Xem mẫu
- ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG
GIÁO TRÌNH
CƠ XÂY DỰNG
NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Trình độ: Cao đẳng
(Ban hành theo Quyết định số: 568 /QĐ-CĐN ngày 21tháng 5 năm 20 18
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)
Năm ban hành: 2020
1
- LỜI GIỚI THIỆU
Môn học Cơ xây dựng là một trong những môn học cơ sở trong chương trình
đào tạo nghề kỹ thuật xây dựng của tất cả các cơ sở dạy nghề trên toàn quốc, trong
đó có trường cao đẳng nghề An Giang.
Để thực hiện tốt chương trình đào tạo đã được BGH trường Cao đẳng nghề
An Giang phê duyệt. Đồng thời, nhằm giúp cho sinh viên có tài liệu để dễ dàng
cho việc học tập. Tập thể khoa Xây dựng cùng tác giả đã biên soạn tài liệu Cơ xây
dựng. Đây là tài liệu được biên soạn trên cơ sở Chương trình chi tiết của môn học
và tổng hợp các kiến thức cũng như kinh nghiệm giảng dạy của tác giả nhằm mang
tính cô đọng, dễ hiểu, phù hợp với yêu cầu và trình độ đào tạo
Giáo trình này đề cập đến một số nội dung chính sau:
- Chương 1: Các khái niệm cơ bản về cơ học và sức bền vật liệu
- Chương 2: Đặc trưng hình học của tiết diện
- Chương 3: Kéo (nén) đúng tâm
- Chương 4: Uốn ngang phẳng
- Chương 5: Dàn tĩnh định
Mặc dù đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định,
tác giả mong nhận được những góp ý cả về nội dung lẫn hình thức của bạn đọc để
tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn.
An Giang, ngày 5 tháng 2 năm 2020
GV Biên soạn
Nguyễn Thị Cát Tường
2
- MỤC LỤC
ĐỀ MỤC TRANG
Lời giới thiệu 1
Mục lục 2
CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC VÀ SỨC BỀN VẬT
LIỆU
I/ Các khái niệm về cơ học 4
II/ Các khái niệm về sức bền vật liệu 6
Câu hỏi và bài tập 7
CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN
I/ Khái niệm. 8
II/ Mô men tĩnh của hình phẳng 8
III/ Mô men quán tính của hình phẳng 9
Bài tập 11
Câu hỏi và bài tập 14
CHƯƠNG 3: KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM
I/ Khái niệm về kéo (nén). 16
II/ Lực dọc và biểu đồ lực dọc. 17
III/ Thí nghiệm kéo (nén) vật liệu 19
Bài tập 22
Câu hỏi và bài tập 23
CHƯƠNG 4: UỐN NGANG PHẲNG
I/ Khái niệm 25
II/ Nội lực trong dầm chịu uốn 26
III/ Điều kiện cường độ, ba bài toán cơ bản 35
Bài tập 37
Câu hỏi và bài tập
CHƯƠNG 5: DÀN TĨNH ĐỊNH
I/ Khái niệm, cấu tạo 38
3
- II/ Tìm nội lực theo phương pháp tách nút 40
III/ Tìm nội lực theo phương pháp mặt cắt 40
Câu hỏi và bài tập 42
Tài liệu tham khảo 46
Phụ lục 47
4
- CHƯƠNG 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VỀ CƠ HỌC VÀ SỨC BỀN VẬT LIỆU
Mục tiêu:
- Nêu được các khái niệm cơ bản về Cơ học
- Trình bày được nội dung phương pháp mặt cắt
Nội dung chính:
I/ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC
1/ Lực và trạng thái cân bằng của lực
a/ Định nghĩa lực : Lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng tương hỗ giữa
các vật mà kết quả là gây nên sự thay đổi trạng thái động học của các vật đó
b/ Các yếu tố của lực :
- Điểm đặt : Đặt trên vật mà tại đó lực tác dụng vào vật
- Phương của lực : Biểu thị phương chuyển động mà lực gây ra cho lực, còn
gọi là giá của lực
- Chiều của lực : Đặc trưng cho chiều chuyển động của vật do lực gây ra
- Độ lớn của lực : đơn vị là N ( hoặc KN,..)
c/ Biểu diễn lực : theo vector có điểm đặt tại điểm đặt của lực, có phương là
phương của lực, có chiều là chiều của lực và có độ lớn lấy theo đơn vị lực
d/ Trạng thái cân bằng của lực :
Một hệ lực tác dụng lên một vật rắn mà không làm thay đổi trạng thái
chuyển động của vật thì gọi là hệ lực cân bằng
2/ Hình chiếu của lực lên hệ trục tọa độ
a/ Cho lực F, hợp với phương OX 1 góc , tìm hình chiếu của lực trên 2 trục
Ox, Oy ( hình 1.1)
Fx = ±F.cos ( N )
Fy = ±F.sin ( N )
y
Fy F
Fx x
O
Hình 1.1
5
- - Mang dấu (+) khi đi từ điểm chiếu của gốc đến điểm chiếu của mút cùng
chiều dương của trục
- Mang dấu (–) trong trường hợp ngược lại
Ví dụ 1: cho lực F có trị số =10N, hợp với phương Ox 1 góc = 300, tìm Fx,
Fy và vẽ hình
Giải:
3
Fx F cos 30 0 10 5 3 N
2
1
Fy F sin 30 0 10 5 N
2
Ví dụ 2: Cho Fx = 10N, Fy=-20N. Tìm lực F và vẽ hình
Có Fx, Fy tìm ngược lại F Fx2 Fy2
Giải:
F 10 2 20 2 500 10 5 N
3/ Momen của lực đối với 1điểm
a/ Định nghĩa : momen của lực đối với 1 điểm là tích số giữa trị số của lực
với cánh tay đòn của lực đối với điểm đó
M O ( F ) F .a
O: tâm của momen
a : cánh tay đòn của lực
+ Mang dấu (+) khi lực F có xu hướng làm vật quay quanh O ngược chiều
kim đồng hồ
+ Mang dấu (-) ngược lại
- Đơn vị của momen N.m [Lực.chiều dài]
F
a
o
P1=10N P2=30N
A B
Hình 1.2
b/ Ví dụ
Cho tính momen tại điểm
2m A và B của
4m hệ sau (hình
2m 1.3)
Hình 1.3
Giải:
M A 2 P1 6 P2 2.10 6.30 200 Nm
6
- II/ CÁC KHÁI NIỆM VỀ SỨC BỀN VẬT LIỆU
1/ Các giả thuyết đối với môn sức bền vật liệu
a/ Giả thuyết 1 : Vật liệu có tính liên tục, đồng chất và đẳng hướng
b/ Giả thuyết 2 : Giả thuyết vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi và tính
đàn hồi của vật liệu được xem là tuyệt đối
c/ Giả thuyết 3 : Biến dạng của vật thể do ngoại lực gây ra được xem là bé
2/ Các khái niệm về nội lực, ngoại lực
a/ Khái niệm
- Ngoại lực : ngoại lực bao gồm lực tác dụng từ bên ngoài và phản lực liên
kết
Phân loại theo cách tác dụng của ngoại lực : lực tập trung và lực phân bố
+ Lực tập trung : là lực tác dụng trên một diện tích nhỏ
+ Lực phân bố : là lực tác dụng trên một chiều dài hay một diện tích
Ví dụ trọng lượng bản thân dầm phân bố trên chiều dài dầm, đơn vị là N/m
Ví dụ trọng lượng bản thân sàn phân bố trên chiều dài sàn, đơn vị là N/m2
Phân loại theo tính chất tác dụng : có tải trọng tĩnh và tải trọng động
+ Nội lực
Trong vật thể có các lực liên kết của các phần tử, khi có ngoại lực tác dụng,
lực liên kết này tăng lên để chống lại ngoại lực đó, độ tăng đó được gọi là nội lực
Như vậy : “nội lực chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng’’
b/ Phương pháp mặt cắt
Để xét các thành phần nội lực, ta sử dụng phương pháp mặt cắt
Tưởng tượng dùng mặt phẳng cắt, cắt ngang vật thể, xuất hiện 6 thành phần
nội lực
Lực dọc : Nz
Lực cắt : Qx,Qy
Momen uốn : Mx,My
Momen xoắn : Mz
Do chỉ xét trong mặt phẳng của lực tác dụng nên chỉ xét 3 thành phần nội
lực Nz, Mx, Qy
Câu hỏi ôn tập, bài tập:
1/ Nội lực là gì? Ngoại lực là gì? Khi nào xuất hiện nội lực trong kết cấu.
2/ Phản lực có phải là ngoại lực không? Tại sao
3/ Mô men của lực đối với một điểm? Cách xác định? Quy ước dấu âm,
dương?
7
- CHƯƠNG 2
ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN
Mục tiêu:
- Xác định được hệ trục quán tính chính trung tâm của hình phẳng
- Tính toán được mô men quán tính của hình phẳng
Nội dung chính:
I/ KHÁI NIỆM
- Đặc trưng hình học gồm : tiết diện, momen tĩnh, momen quán tính, mo đun
chống cắt
P
P
X
(a)x
Z (b)
Z
Y
Y
Hình 2.1
(Phân tích khả năng chịu lực của 2 hình trên)
II/ MOMEN TĨNH CỦA HÌNH PHẲNG
- Momen tĩnh của hình phẳng có diện tích F đối với trục X, ký hiệu Sx
- Momen tĩnh của hình phẳng có diện tích F đối với trục Y, ký hiệu Sx
F
Sx y.dF yc .F
Sy x.dF xc .F
F
, đơn vị của Sx, Sy là [chiều dài]3, thường là m3, cm3
Trong đó, xc, yc là tọa độ trọng tâm C của hình phẳng ( có mang dấu)
Từ công thức trên, suy ra tọa độ trọng tâm
SX
yc F
x SY
c F
, đơn vị là cm, m
Chú ý : khi hình phẳng có dạng phức tạp, có thể chia hình ra nhiều hình đơn
giản sau đó lấy tổng giá trị đại số của các hình
8
- III/ CÁC MOMEN QUÁN TÍNH CỦA HÌNH PHẲNG
1/ Các định nghĩa về momen quán tính
- Momen quán tính của hỉình phẳng có diện tích F đối với trục Ox là Jx
- Momen quán tính của hình phẳng có diện tích F đối với trục Ox là Jx
- Momen quán tính ly tâm của hình phẳng có diện tích F là Jxy
Có :
J X y .dF
2
JY x .dF
F
2
XY
F
J xy.dF
F
đơn vị tính là [chiều dài]4, thường là m4, cm4
Chú ý : khi hình phẳng có dạng phức tạp, có thể chia hình ra nhiều hình đơn
giản sau đó lấy tổng giá trị đại số của các hình
2/ Trục quán tính chính trung tâm
- Hệ trục quán tính chính ( hay gọi là hệ trục chính ) là hệ trục có Jxy =0
- Hệ trục chính có gốc trùng với trọng tâm C của hình phẳng là hệ trục quán
tính chính trung tâm
J XY 0
Có :
S X SY 0
- Momen quán tính của hình phẳng đối với trục quan tính chính trung tâm
gọi là momen quán tính chính trung tâm.
3/ Momen quán tính của một số hình đơn giản
a/ Hình chữ nhật
Cho hình chữ nhật có cạnh bxh, có XCY là trục quán tính chính trung tâm (
hình 2.2)
y
dF
h/ 2
x
dy
h
Hình 2.2
h/ 2
b
9
-
X
y3 b h3 h3 bh3
h/2
J y 2
.dF y 2
.b .dy b. h / 2
.dy ( )
3 3 8 8 12
h / 2
F h / 2
Y
hb3
h/2
J x 2
.dF x 2
.b .dy
12
J XY xy.dF 0
F h / 2
F
b/ Hình tam giác: (hình 2.3)
y
dy
2/ 3h
x
h
C
3h
1
b
Hình 2.3
bh3
Tương tự tính được J X
36
c/ Hình tròn: (hình 2.4)
y
x
c
D
Hình 2.4
R4
Tương tự có J X JY 0.05 D 4
4
4/ Momen quán tính với các trục song song
- Gọi trục XCY là trục quán tính chính trung tâm của hình
10
- - Tìm momen quán trính của hình phẳng đối với trục X1OY1 bất kỳ (hình
2.5)
y1 y
b c x
a
x1
o
- Có công thức chuyển trục
J X 1 J X a2F
J Y1 J Y b 2 F
11
- BÀI TẬP
Cho tiết diện chữ I như hình vẽ:
1/ Tìm trọng tâm của hình, chọn hệ trục trung tâm của hình I làm chuẩn.
2/ Tính Jx, Jy của toàn hình so với hệ trục quán tính chính trung tâm
Bài giải:
1. Chọn X1C1Y1 làm hệ trục chuẩn
Chia hình thành 3 hình I,II,III
12
- S X S XI S XII S XIII
S XI 0
S XII y 2 c .F2 3.(2.3) 18cm 3
S XIII S XII 18cm 3
S X 0 18 18 36cm 3
S Y S YI S YII S YIII
S YI 0
S YII x 2 c .F2 2.(2.3) 12cm 3
S YIII x3c .F3 2.(2.3) 12cm 3
S Y 0 12 12 0
SY
XC 0
F
S 36 36 36
YC X 1,2cm
F F1 F2 F3 3.6 3.2 3.2 30
0,25
Vậy trọng tâm của hình có tọa độ CX cách trục C1X1 1.2cm về phiá dưới, có
trục CY trùng với trục C1Y1
2. Tính Jx, Jy
13
- J X J XI J XII J XIII
bh 3
J XI a12 .F1
12
b 6cm
h 3cm
a1 1,2cm
F1 3.6 18cm 2
6.33
J XI 1,2 2.18 39,42cm 4
12
bh 3
J XII a 22 .F2
12
b 2cm
h 3cm
a 2 1,8cm
F2 3.2 6cm 2
2.33
J XII 1,8 2.6 23,94cm 4
12
J XIII J XII 23,94cm 4
J X 39,42 23,94 23,94 87.3cm 4
J Y J YI J YII J YIII
hb 3
J YI b12 .F1
12
b 6cm
h 3cm
b1 0
F1 3.6 18cm 2
3.6 3
J YI 54cm 4
12
hb 3
J YII b22 .F2
12
b 2cm
h 3cm
b2 2cm
F2 3.2 6cm 2
3.2 3
J YII 2 2.6 26cm 4
12
J YIII J YII 26cm 4
J Y 54 26 26 106cm 4
14
- Câu hỏi ôn tập, bài tập:
1/ Phân biệt mô men tĩnh và mô men quán tính?
2/ Công thức chuyển trục song song?
3/ Cho một dầm Bêtông cốt thép có tiết diện mặt cắt ngang chữ T, kích
thước như hình vẽ
a) Xác định trọng tâm của mặt cắt?
Từ đó chỉ ra hệ trục quán tính chính
trung tâm?
b) Tính các mô men quán tính
chính trung tâm Jx , Jy của mặt cắt.
4/ Cho dầm có tiết diện mặt cắt
ngang như hình vẽ
a) Xác định trọng tâm của mặt cắt?
Từ đó chỉ ra hệ trục quán tính chính
trung tâm?
b) Tính các mô men quán tính
chính trung tâm Jx , Jy của mặt cắt.
15
- CHƯƠNG 3
KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM
Mục tiêu:
- Tính toán và vẽ được biểu đồ lực dọc khi thanh chịu kéo (nén) đúng tâm
- Trình bày được thí nghiệm kéo (nén) vật liệu
Nội dung chính:
I/ KHÁI NIỆM
1/ Khái niệm về kéo (nén) đúng tâm
Khi tác dụng vào đầu thanh 2 lực song song ngược chiều, có phương trùng
với phương của trục thanh, và có trị số giống nhau ta sẽ có
- Thanh chịu nén đúng tâm( hình 3.1)
P P
Hình 3.1
- Thanh chịu kéo đúng tâm( hình 3.2)
P P
Hình 3.2
2/ Ứng suất trên mặt cắt ngang
- Làm thí nghiệm, kết luận :
+ Các mặt cắt của thanh vẫn phẳng và vuông góc với trục thanh
+ Các thớ dọc của thanh vẫn thẳng và song song với trục thanh
Nội lực phân bố trên mc phải có phương song song với trục thanh, tức là
vuông góc với mặt cắt.
Vậy trên mặt cắt của thanh chịu kéo(nén) chỉ có ứng suất pháp
N
, (daN/m2 )
F
Mang dấu (-) khi thanh chịu nén
Mang dấu (+) khi thanh chịu kéo
3/ Biến dạng
- Biến dạng dọc tuyệt đối l l1 l , (mm)
L1 là chiều dài sau khi biến dạng
L : chiều dài thực
l 0 , thanh dài ra, gọi là độ dãn dọc tuyệt đối
l 0 , thanh ngắn lại, gọi là độ co dọc tuyệt đối
Công thức tính l
Nl
l , (mm)
EF
16
- N : lực dọc ,
E : mo đun đàn hồi khi kéo(nén)
EF : độ cứng khi kéo(nén) đúng tâm
Nếu thanh có độ cứng lớn thì biến dạng nhỏ và ngược lại
- Biến dạng dọc tương đối
l N
, (mm)
l EF
II/ LỰC DỌC VÀ BIỂU ĐỒ LỰC DỌC.
1/ Cách tính lực dọc
- Để tính lực dọc, dùng phương pháp mặt cắt (hình 3.3)
1
P A B P
1
1
P A N
1
Hình 3.3
- Xét cân bằng phần A
Z 0 N P 0 N P
- Quy ước dấu của lực dọc
+ Dấu (+) khi hướng ra ngoài mặt cắt ( kéo)
+ Dấu (-) khi hướng vào mặt cắt (nén)
2/ Cách vẽ biểu đồ
- Để biểu thị sự biến thiên của lực dọc tại các mặt cắt dọc theo trục thanh, ta
vẽ một đồ thị gọi là biểu đồ lực dọc N
- Trình tự vẽ biểu đồ lực dọc
+ Lấy 1 trục chuẩn song song với trục thanh, có chiều dài bằng chiều
dài trục thanh
+ Trên trục chuẩn đặt các đường vuông góc, có độ dài = trị số lực dọc
tại vị trí mặt cắt đó ( trị số theo tỉ xích )
3/ Ví dụ tính toán
Cho thanh thép tròn có gồm 2 đường
kính khác nhau chịu các tải trong P như hình
vẽ.
a) Vẽ biểu đồ lực dọc N.
b) Tính ứng suất trong thanh?
Biết F1 = 2cm2; F2 = 4cm2;P1 = 10KN; P2 =
30KN; P3 = 50KN;
Bỏ qua trọng lượng riêng của thanh.
Bài giải:
17
- a) Vẽ biểu đồ lực dọc N.
- Xét mặt cắt 1 – 1:
Z N 1 P1 0 N1 P1 10KN
- Xét mặt cắt 2 – 2:
Z N 2 P1 P2 0 N 1 P1 P2 20 KN
- Xét mặt cắt 3 – 3:
Z N 2 P1 P2 P3 0 N1 P1 P2 P3 30 KN
- Biểu đồ lực dọc:
b) Tính ứng suất trong thanh.
N1 10
1 5 KN / cm 2 50 MN / m 2
F1 2
N 2 20
2 10 KN / cm 2 100 MN / m 2
F1 2
N 30
3 3 7.5 KN / cm 2 75MN / m 2
F2 4
III/ THÍ NGHIỆM KÉO (NÉN) VẬT LIỆU
1/ Khái niệm
- Để biết rõ tính chất cơ học của vật liệu, người ta đem thí nghiệm, nghiên
cứu những hiện tượng xảy ra trong quá trình biến dạng của nó cho tới khi bị phá
hỏng.
- Trong điều kiện thông thường phần thành 2 loại vật liệu : vật liệu dẻo như
thép, đồng, nhôm…vật liệu giòn như gang, đá, bê tông
Chỉ xét thí nghiệm vật liệu dẻo
2/ Thí nghiệm kéo vật liệu dẻo
18
- - Thí nghiệm kéo thép có hình dạng như hình 3.5
l=200
20
35
220
340
390
Hình 3.5
- Gọi l là chiều dài làm việc của mẫu
- Đặt mẫu vào máy kéo rồi cho tăng dần trị số từ 0 lên, ta thấy chiều dài
thanh tăng dần lên, chiều ngang hẹp bớt cho đến khi P đạt cực đại
- Biểu đồ kéo của vật liệu ( hình 3.6)
+ Trục hoành biểu diễn trị số l, là trị
p
pb
D số biến dạng của vật liệu
+ Trục tung biểu diễn trị số lực kéo P
+ Thí nghiệm trải qua 3 giai đoạn
pd
E
pc h B
ptl A
C chính
Hình 3.6
o
a/ Giai đoạn thứ nhất: vật liệu có tính chất đàn hồi và tuân theo định luật
Hook
- Giai đoạn này được gọi là giai đoạn tỉ lệ, trên đồ thị là đoạn OA, lực đạt tới
Ptl
Ptl
tl , (daN/m2)
F0
tl : gọi là giới hạn tỉ lệ
Ptl : là lực lớn nhất ở giai đoạn tỉ lệ
F0 : diện tích ban đầu của mẫu thí nghiệm
b/ Giai đoạn thứ hai : giai đoạn chảy dẻo
- Giai đoạn AB – thường rất ngắn nên được bỏ qua không khảo sát, sau giai
đoạn này từ điểm B đồ thị có đoạn nằm ngang BC. Lúc này biến dạng của thanh
tăng lên rõ rệt nhưng lực không tăng.
Pch
ch ch : gọi là giới hạn chảy
F0
Pch : là lực bắt đầu làm cho vật chảy dẻo
F0 : diện tích ban đầu của mẫu thí nghiệm
c/ Giai đoạn thứ ba : giai đoạn củng cố
19
- - Vật liệu tự củng cố để chống lại biến dạng, khi lực đạt đến trị số cực đại Pb
(P bền) thì có một chỗ nào đó trên mẫu thử bị thắt lại, sau đó lực P giảm xuống dần
nhưng biến dạng vẫn tăng, cho đến lúc lực P giảm đến trị số Pđ (P đứt) thì thanh bị
đứt chỗ thắt.
Pb
b , (daN/m2)
F0
b : gọi là giới hạn bền
Pb : là lực bắt đầu làm cho vật liệu thắt lại
F0 : diện tích ban đầu của mẫu thí nghiệm
3/ Thí nghiệm nén vật liệu dẻo: (Hình 3.7)
p
pc h B
ptl A
o
Hình 3.7
- Mẫu thí nghiệm có dạng trụ tròn, có chiềucao lớn hơn đường kính một tí
- Nhận xét
+ Không có giới hạn bền chỉ có giới hạn tỉ lệ và giới hạn chảy dẻo
+Đối với vật liệu dẻo giới hạn chảy, giới hạn tỉ lệ của quá trình kéo và nén
sắp xỉ nhau
BÀI TẬP
Dọc theo trục thanh của một thanh thép tròn gồm 3 đoạn có đường kính khác
nhau. Các lực P1= 10KN, P2= 20KN và P3= 30KN tác
dụng dọc theo trục thanh như hình vẽ. Biết F1= 2 cm2, F2=
4 cm2 và F3= 6 cm2.
a) Vẽ biểu đồ lực dọc của thanh thép.
b) Tính ứng suất trong các đoạn thanh.
c) Kiểm tra cường độ ứng suất trong thanh. Biết
[ ] 160 MN / m 2 .
Khi tính toán bỏ qua trọng lượng thanh.
Bài giải:
a). Vẽ biểu đồ lực dọc N.
20
nguon tai.lieu . vn