Bài giang Kết cầu gỗ - Chương mở đầu: Đại cương về kết cấu gỗ

Nội dung text: Bài giang Kết cầu gỗ - Chương mở đầu: Đại cương về kết cấu gỗ

1. CHƯƠNG MỞ ĐẦU ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU GỖ § 1. ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG Các loại công trình xây dựng hay bộ phận chịu lực chính của công trình xây dựng làm bằng vật liệu gỗ hay chủ yếu bằng vật liệu gỗ gọi là kết cấu gỗ. 1. Ưu, nhược điểm của kết cấu gỗ. a. Ưu điểm: - Nhẹ, khoẻ. Tính chất cơ học tương đối cao so với khối γ -4 -1 -4 lượng riêng C= ; CCT3 = 3,7.10 (m ) < CGỗ nhóm VI = 4,3.10 R -1 -3 -1 (m )<CBTM200 = 2,4.10 (m ); - Chịu nén và uốn tốt; - Vật liệu phổ biến, địa phương nên hạ được giá thành vận chuyển; - Dễ chế tạo: cưa, xẻ, khoan, bào, đóng đinh ; 1
2. - Chống xâm thực của môi trường hoá học tốt hơn so với thép và bê tông. Đa số axit nồng độ thấp ở nhiệt độ thường không làm gỗ hỏng, thường sử dụng trong nhà máy ép hoa quả, nhà máy đường, trại chăn nuôi b. Nhược điểm: - Vật liệu không bền, dễ mục, mối, mọt, cháy nên không sử dụng được trong các kết cấu vĩnh cửu. - Vật liệu gỗ không đồng nhất, không đẳng hướng. Cùng một loại gỗ nhưng cường độ R có thể khác nhau thuỳ theo nơi mọc, tuỳ vị trí trên thân cây (gốc, ngọn), tuỳ theo phương tải trọng (dọc thân, tiếp tuyến, xuyên tâm), khi tính toán lấy hệ số an toàn cao. - Có nhiều khuyết tật (mắt, khe nứt, thớ vẹo) giảm khả năng chịu lực. 2
3. - Kích thước gỗ tự nhiên hạn chế (gỗ xẻ: 30<b<320;1<l<8m) - Vật liệu ngậm nước, độ ẩm thay đổi theo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Khi khô co giãn không đều theo các phương, dễ cong vênh, nứt nẻ làm hỏng liên kết. Để hạn chế nhược điểm của gỗ tự nhiên, khi sử dụng cần xử lý để gỗ khỏi bị mục, phải sấy, hong khô gỗ trước khi sử dụng, không dùng gỗ tươi, gỗ quá độ ẩm quy định, chọn giải pháp sử dụng vật liệu đúng chỗ, tính toán gần với thực tế làm việc của kết cấu. Hiện nay, các phương pháp chế biến gỗ hiện đại đã cải thiện tính chất của vật liệu gỗ. Loại gỗ dán gồm nhiều lớp gỗ dán lại với nhau, đã qua xử lý hoá chất là loại vật liệu quý: nhẹ, khoẻ (chịu lực tốt) bền, đẹp (không bị mục, mối, mọt, khả năng chịu lửa cao); sản xuất công nghiệp hoá (dễ chế tạo, vận chuyển, thi công). 3
4. 2. Phạm vi sử dụng: - Nhà dân dụng: sàn, vì kèo, khung nhà, dầm mái, xả gồ, cầu phong, litô, cầu thang, kết cấu bao che (cửa sổ, cửa đi, cửa trời) - Nhà sản xuất: nhà máy, kho tàng, chuồng trại, xưởng chế biến - Giao thông vận tải: cầu nhỏ, cầu tạm, cầu phao, cầu trên đường cấp thấp - Thuỷ lợi: cầu tàu, cửa cống, đập, - Thi công: dàn giáo, ván khuôn, cầu công tác, cọc ván, tường chắn Ở các nước tiên tiến: gỗ dán được dùng rộng rãi như các nhà công nghiệp lớn, cầu, bể chứa chất lỏng, đường ống (V<2200m3, d < 1,5m); chợ, nhà thời, triển lãm 4
5. § 2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG KẾT CẤU GỖ Ở VIỆT NAM Cùng với gạch đá, gỗ là vật liệu xây dựng chủ yếu và lâu đời, đạt được trình độ cao và nghệ thuật cũng như kỹ thuật (Một số công trình còn lưu lại như: Chùa Một Cột (Hà Nội - 1049), chùa Keo (Thái Bình), Chùa Tây Phương (Hà Tây). 5
6. Hình 1.Chùa Diên Hựu được vua Lý Thái Tông cho khởi công xây dựng vào năm 1049. 6
7. Hình 2. Chùa Keo là một ngôi chùa ở xã Duy Nhất, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình, Việt Nam, được xây dựng từ năm 1061 dưới thời Lý Thánh Tông. 7
8. Hình 3.Khuê Văn Các - Kiến trúc tiêu biểu của Văn Miếu - Quốc Tử Giám xây dựng năm 1070 8
9. Kết cấu gỗ truyền thống của ta có các đặc điểm: - Hình thức kết cấu chịu lực là khung không gian. Độ cứng dọc nhà lớn, vật liệu gỗ chỉ chịu nén và uốn, không chịu kéo (thích hợp với tính năng chịu lực tốt của gỗ); Hình 4.Phối cảnh góc Đình Bảng 9
10. - Dùng sức nặng của nhà chịu lực xô ngang (cột chôn không sâu); - Liên kết: Chủ yếu là liên kết mộng, liên kết chốt, chắt chắn, dễ tháo lắp; Hình 6.Liên kết chân cột Hình 5.Liên kết đầu cột 10
11. - Vật liệu gỗ được bảo về tốt như sơn son thấp vàng, ngâm nước, ngâm bùn, mái đua xa cột để hắt nước mưa; - Kích thước: Được thống nhất hoá ở từng địa phương, được ghi trên các thước tầm (rui mực) của mỗi nhà; 11
12. - Kiến trúc: Chi tiết trang trí kết hợp khéo léo với bộ phận chịu lực tạo nên hình thức nhẹ nhàng, thanh thoát nhưng vẫn chắc chắn vững vàng. Hình 8.Đầu đao chùa tây phương 12
13. Đặc điểm sử dụng kết cấu gỗ của ta hiện nay: - Hình thức kết cấu nghèo nàn. Nguyên nhân: - Gỗ ở nước ta tuy phong phú nhưng phức tạp, chưa được coi trọng nghiên cứu; - Việc bảo quản, khai thác, sử dụng, tái tạo chưa hợp lý. Hướng phát triển: - Khai thác và sử dụng gỗ hợp lý hơn, là vật liệu chính ở nông thôn và thị trấn; - Công nghiệp hoá sản xuất, chế tạo, xử lý kết cấu gỗ thành nhiều dạng: gỗ dán (fame), ván sàn 13
14. CHƯƠNG I VẬT LIỆU GỖ XÂY DỰNG § 1. RỪNG VÀ GỖ VIỆT NAM 1. Nguồn gỗ Nước ta do điều kiện nhiệt đới nên rừng phát triển mạnh và là nguồn cung cấp gỗ. (Miền Băc: Tây Bắc, Việt Bắc, Khu Bốn; Miền Nam: Tây Nguyên, Miền Đông Nam Bộ ) Gỗ của ta có đặc điểm: - Phong phú, có nhiều loại gỗ quý: Đinh, lim, trai, lát hoa, mun (Việt Bắc); tứ thiết (Nghệ An); Huê mộc, Giáng hương (Quảng Ninh); kiềng kiềng, trắc, mun, cam lại (Nam trung Bộ) ; - Chất lượng xấu, hỗn tạp; - Trữ lượng, năng suất khai thác gỗ thấp không đủ nhu cầu sản xuất. 14
15. 2. Phân loại gỗ: Trong hàng ngàn loại gỗ của từng nước ta, số được sử dụng vào khoảng 400 loại. 2.1. Theo tập quán: - Gỗ quý: Màu sắc và vân đẹp, hương thơm, không bị mối, mọt, mục (gụ, trắc mun, lát hoa, trai, trầm hương ) ; - Thiết mộc: Nặng, cứng, tính chất cơ học cao (đinh, lim, sến, táu, kiềng kiềng ) ; - Hồng sắc: Tốt, màu hồng, nâu, đỏ, nặng vừa (mỡ, vàng tâm, dổi, de, sồi, xoan ) ; - Gỗ tạp: Xấu, màu trắng, nhẹ, mềm dễ bị sâu mục (gạo, sung, đước ). 15
16. 2.2. Theo quy định Nhà nước a. Phân nhóm theo TCVN 1072-71; 1077-71 (về phân nhóm gỗ, quy cách, phẩm chất gỗ) - Theo chỉ tiêu ứng suất: 6 nhóm. Ứng suất (kG/cm2) Nhóm Vài loại gỗ thông dụng Nén dọc Uốn kéo Kéo dọc Cắt dọc I ≥630 ≥1300 ≥1395 ≥125 Xoay, kiền kiền, lim, sến II 525-629 1080-1299 1165-1394 105-124 Giẻ, xoan, giổi, đinh vàng III 440-524 900-1079 970-1164 85-104 Mỡ, quế, bời lời, hồng may IV 365-439 750-899 810-969 70-84 Giẻ trắng, xoan đào V 305-364 625-749 675-809 60-69 Xoan mộc, trâm, thông vàng, săng trắng VI ≤304 ≤624 ≤674 ≤59 Sung, gòn, núc nác 16
17. - Theo khối lượng thể tích: 6 nhóm. Cho các loại gỗ chưa có số liệu về ứng suất. Nhóm Khối lượng thể tích Vài loại gỗ thông dụng (T/m3) I ≥0,86 Giẻ vàng, giẻ xám, hổ bì, vải, trâm đỏ II 0,73-0,85 Giẻ cau, xoan đào, sếu, trâm há, vàng vè III 0,62-0,72 Bàng nâu, giẻ ngô, hoa mai, cà lỗ IV 0,55-0,61 Giẻ xoan, xoài, xoan ta, săng vang V 0,50-0,54 Trâm ổi, trám hồng, muông luông VI ≤0,49 Gạo, sung, nâu, vông 17
18. b. Phân nhóm theo Nghị định 10-CP: (Quy định tạm thời về sử dụng kết cấu gỗ) 8 nhóm: - Nhóm I: Có màu sắc, bề mặt, mùi hương đặc biệt, gỗ quý (trắc, gụ, trai, mun); - Nhóm II: Có tính chất cơ học cao (đinh, lim, sến, táu, kiềng, kiềng, nghiến ); - Nhóm III: Có tính dẻo, dai để đóng tàu thuyền (chò chỉ, tếch, sáng lẻ ); - Nhóm IV: Có màu sắc và bề mặt phù hợp gỗ công nghiệp và mộc dân dụng (mỡ, vàng tâm, re, dổi); - Nhóm V: Gồm các loại gỗ thuộc nhóm hồng sắc (giẻ, thông); - Nhóm VI: Gồm các loại gỗ thuộc nhóm hồng sắc (sồi, ràng ràng, bạch đàn); - Nhóm VII, VIII: Gỗ tạp và xấu (gạo, núc nác, nóng ) không dùng làm kết cấu gỗ. 18
19. c. Phân nhóm theo TCXD 44-70 (Quy Phạm thiết kế KCG) - Nhóm A: Cấu kiện chịu kéo chính - Nhóm B: Cấu kiện chịu nén và uốn - Nhóm C: Cầu phong, litô, ván sàn, cấu kiện chịu lực phụ. 3. Quy định sử dụng gỗ 3.1. Quy định sử dụng gỗ Hiện vẫn chưa có quy phạm thiết kế kết cấu gỗ áp dụng cho TCVN 1072 -71 (Gỗ - Phân nhóm theo tính chất cơ lý), TCVN 1076-71 (Gỗ xẻ - Tên gọi và định nghĩa) mà chỉ có NĐ 10 -CP 26/4/1960) về Quy định tiết kiệm gỗ. - Nhà lâu năm, quan trọng (nhà máy xí nghiệp, hội trường, trường học, rạp hát) được dùng những loại gỗ có tên trong nhóm II trừ lim xanh, táu mật, nghiến, để làm những bộ phận khó thay đổi lại chịu những lực nặng (lực nén, lực oằn, lực kéo) như vì kèo, xà gồ, dầm, cầu phong hoặc những bộ phận trực tiếp chịu ảnh hưởng của hóa chất trong các kho chứa hóa 19
20. chất hoặc trong xưởng chế hóa chất. Những địa phương không có những loại khác trong nhóm II mới được dùng lim xanh, táu mật, nghiến. Nhà thông thường (nhà ăn, nhà ở, nhà làm việc, nhà kho nhỏ ) chỉ được dùng những gỗ có tên trong nhóm V để làm các bộ phận khó thay đổi và chịu những lực nặng. Nếu dùng gỗ từ nhóm VI trở xuống để làm những bộ phận đó thì phải tẩm thuốc chống sâu, nấm. - Các kết cấu khác (nhà tạm, lán trại, cọc móng, ván khuôn ) chỉ được dùng gỗ nhóm VI, VII. Nghị định 10-CP ra đời từ năm 1960 đến nay không còn phù hợp nữa, tình hình cung cấp gỗ khó khăn nên gỗ nhóm II hầu như không được dùng làm nhà; kết cấu chịu lực chính phải dùng nhóm VI, kết cấu phụ dùng gỗ nhóm VII (đã qua xử lý hoá chất kỹ). 20
21. 3.2. Quy cách gỗ xây dựng: a. Gỗ xẻ: Chiều dài gỗ xẻ từ 1÷8m, mỗi cấp 0,25m - Ván: Khi bề rộng ≥ 3 bề dày: t=10÷60mm; b=30÷320mm - Hộp: Khi bề rộng < 3 bề dày: a = 15 ÷320mm; b=30 ÷320mm b. Gỗ tròn: Theo chiều dài L (m) và đường kính D (cm) được chia làm 4 hạng: Hạng Đường kính đầu nhỏ D Chiều dài L (m) (cm) I ≥ 25 L≥ 2,5 II ≥ 25 1≤L<2,5 III 10≤D<25 L≥2,5 IV 10≤D<25 1≤L<2,5 21
22. § 2. SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC GỖ Gỗ Việt Nam hầu hết thuộc loại cây lá rộng. Gỗ cây lá kim chỉ có khoảng 10 loại (thông, ngọc am, kim giao, sam, ). Gỗ cây lá rộng có cấu trúc phức tạp hơn. 1. Cấu trúc thô đại: Hình 1.1. 1. gỗ sớm; 2. gỗ muộn; 3. tủy; 4. lõi; 5. giác; 6. vỏ cây Cắt ngang thân cây bằng mắt thường ta thấy các lớp sau: - Vỏ cây: 2 lớp để bảo vệ 22
23. Hình 1.1. 1. gỗ sớm; 2. gỗ muộn; 3. tủy; 4. lõi; 5. giác; 6. vỏ cây - Lớp gỗ giác (gỗ sống): màu nhạt, ẩm, chứa chất dinh dưỡng, dễ mục, mọt - Lớp gỗ lõi (gỗ chết): sẫm, cứng, chứa ít nước, cứng, khó mục, mọt. - Tuỷ: Nằm ở trung tâm, mềm yếu, dễ mục nát. - Tia lõi: Những tia nhỏ hướng vào tâm. - Vòng tuổi: Những vòng tròn đồng tâm bao quanh tuỷ gồm 2 lớp đậm (gỗ muộn), nhạt (gỗ sớm), mỗi vòng ứng với 1 năm sinh trưởng. 23
24. 2. Cấu trúc vĩ mô. Dùng kính hiển vi quan sát ta thấy: a. Gỗ lá rộng Hình 1.2. Cấu trúc gỗ lá rộng - Tế bào thớ gỗ: hình thoi nối xếp nhau theo chiều dài thân cây, chiếm tới 76% thể tích gỗ là bộ phận chính chịu lực của gỗ. 24
25. Hình 1.2. Cấu trúc gỗ lá rộng - Mạch gỗ: tế bào lớn hình ống xếp chồng lên nhau để dẫn nhựa. - Tia lõi: tế bào nằm ngang để dẫn nhựa theo phương ngang. - Nhu tế bào: nằm quanh mạch gỗ để giữ chất dinh dưỡng 25
26. b. Gỗ lá kim: Không có mạch gỗ. Chỉ có quản bảo làm nhiệm vụ của tế bào thớ và mạch gỗ và tia lõi. c. Nhận xét: - Cấu trúc gỗ gồm các thớ chỉ xếp theo phương tộc, có tính chất xếp lớp rõ rệt theo vòng tuổi. Gỗ chịu lực khoẻ nhất theo vòng tuổi. Gỗ chịu lực khoẻ nhất theo phương dọc thớ, kém nhất theo phương ngang thớ (kém vài chục lần so với phương dọc thớ). Gỗ là vật liệu không đẳng hướng và không đồng nhất, tính chất chịu lực không giống nhau theo các phương và theo vị trí. 26
27. - Khi nghiên cứu tính chất cơ học của gỗ phân biệt 3 loại mặt cắt: Mặt cắt ngang (thẳng góc thân cây); Mặt cắt xuyên tâm (dọc theo trục thân cây và xuyên qua tâm); Mặt cắt tiếp tuyến (dọc theo trục thân cây và không đi qua tâm). - Căn cứ theo các loại mặt cắt phân biệt 3 phương tải trọng: Phương dọc trục, phương xuyên tâm, phương tiếp tuyến. Mặt cắt ngang Mặt tiếp tuyến Mặt cắt xuyên tâm – tiếp tuyến Hình 1.3. Các mặt cắt gỗ 27
28. § 3. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA GỖ 3.1. Ảnh hưởng của thời gian chịu lực. Cường độ lâu dài của gỗ - Cường độ gỗ phụ thuộc rõ rệt vào thời gian tác dụng tải trọng. Tải trọng tác dụng trong thời gian ngắn thì cường độ càng lớn. Khi tải trọng đặt rất nhanh (t = 0) ta được cường độ bền tức thời σb. Khi tải trọng đặt lâu vô hạn ta được cường độ lâu Hình 1.4. Đường cong chịu dài σld: là ứng suất lớn nhất mà lực lâu dài của gỗ mẫu gỗ có thể chịu được mà không bao giờ bị phá hoại. 28
29. + σ σld: sớm hay muộn gỗ cũng bị phá hoại. Do đó để xác định Rtc ta dựa : vào σld σld = (0,5 ÷ 0,6)σb = K0.σb (1.1) K0 là hệ số lâu dài tc Hình 1.4. Đường cong chịu R = σld = K0.σb (1.2) lực lâu dài của gỗ 29
30. 3.2. Sự làm việc của gỗ khi chịu kéo - Kéo dọc thớ mẫu thử tiêu chuẩn, vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất và biến dạng, nhận thấy quan hệ giữa σ - ε gần như thẳng. Phá hoại xảy ra đột ngột khi biến dạng tương đối khá nhỏ 0,8% (7÷15mm Hình1.5 - Biểu đồ kéo của gỗ trên một mét dài), quy ước lấy σtl = 0,5σb. Khi chịu kéo gỗ làm việc như vật liệu dòn không thể phân bố lại ứng suất vì chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố khuyết tật và không đồng nhất. 30
31. - Cường độ chịu kéo khi thí nghiệm của gỗ khá cao, thường k 2 k 2 σb = 800 ÷ 1000 kG/cm (gỗ sồi gai σb = 1700kG/cm ). Nhưng thực tế cường độ gỗ chịu kéo giảm đi nhiều do chịu ảnh hưởng các yếu tố khuyết tật của gỗ (mắt gỗ, thớ chéo, kể đến hệ số K2 <1) hay do kích thước tuyệt đối của thanh gỗ lớn dẫn tới mức độ không đồng nhất càng cao (kể đến hệ số K1 <1).Hệ số đồng nhất: K = K1 . K2 . Rk = K.Rtc (1.3) - Cường độ chịu kéo ngang thớ của gỗ rất nhỏ ( 900 ) ⎛ 1 1 ⎞ R = ⎜ ÷ ⎟R (1.4) K ⎝ 20 15⎠ K RK: cường độ kéo dọc thớ. Gỗ không phải là vật liệu chịu kéo tốt, để chịu kéo phải chọn thanh gỗ tốt, ít khuyết tật. 31
32. 3.3. Sự làm việc của gỗ khi chịu nén Hình1.6 - Biểu đồ nén của gỗ Nén mẫu thử tiêu chuẩn, vẽ biểu đồ nén σ - ε, nhận thấy: biểu đồ là một đường cong thoải. Phần đầu thẳng: σtl = 0,5σb. Phần sau cong rõ rệt, biến dạng tăng nhanh so với ứng suất. Gỗ phá hoại ở biến dạng, tương đối khoảng 0,6 ÷ 0,7% nên khi chịu nén gỗ làm việc như vật liệu dẻo, ít chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố khuyết tật vì ứng suất được phân bố đều trước khi phá hoại, vậy b b b chịu nén gỗ đảm bảo được cường độ. Mặc dù σk = 0,4σ k (σk = 2 300÷450 kG/cm ) nhưng Rn>RK nên nén là hình thức chịu lực phù hợp nhất với gỗ. 32
33. 3.4. Sự làm việc của gỗ khi chịu uốn Hình 1.7 - Sự làm việc của gỗ khi uốn a. sự phân bố ứng suất trong giai đoạn đầu (1) và giai đoạn sau (2); b. nếp gẫy ở vùng nén (3) và thớ đứt ở vùng kéo (4) - Tiết diện gỗ gồm 2 vùng kéo và nén. Cường độ chịu uốn của gỗ vào khoảng trung gian giữa kéo và nén từ 700 ÷ 900 kG/cm2. Ảnh hưởng của khuyết tật cũng trung bình. 33
34. - Khi chịu uốn, gỗ làm việc qua các giai đoạn: Hình 1.7 - Sự làm việc của gỗ khi uốn a. sự phân bố ứng suất trong giai đoạn đầu (1) và giai đoạn sau (2); b. nếp gẫy ở vùng nén (3) và thớ đứt ở vùng kéo (4) + Khi M còn nhỏ: ứng suất pháp phân bố dọc chiều cao tiết diện theo quy luật đường thẳng, biểu đồ có dạng tam giác: M σ = (1.5) u W 34
35. + Khi M tăng lên: ứng suất nén tăng chậm theo đường cong, ứng suất kéo tăng nhanh theo đường thẳng, trục trung hoà lùi xuống phía dưới. Khi vùng nén xuất hiện biến dạng dẻo mẫu b thử bắt đầu bị phá hoại khi σn = σn (các thớ nén bị gãy). Mẫu b thử bị phá hoại hoàn toàn khi σk = σk . 35
36. Trong giai đoạn sau không thể xác định σu theo công thức bền mà ở đây chỉ dùng công thức này theo tính chất qui ước M có thể ảnh hưởng của hình dạng tiết diện: σ u = (1.6) mu .W mu: Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết kiệm (theo thực nghiệm) - Môđun đàn hồi E: Được xác định bởi hệ số góc trong phần đường thẳng ban đầu của biểu độ ứng suất - biến dạng tức là trong phạm vi giới hạn tỷ lệ. Vì phần đường thẳng ban đầu của nén, kéo, uống cũng xấp xỉ như sau: Gỗ thông Liên Xô và gỗ nhóm V, VI, VII của ta lấy E = 105 kG/cm2. 36
37. 3.5. Sự làm việc của gỗ khi chịu ép mặt: 1. Khái niệm: ép mặt là sự truyền lực từ cấu kiện này đến cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc. Ứng suất ép mặt tại mặt tiếp N xúc: σ em = ≤ Rem (1.7) Aem N: Lực ép mặt Aem: Diện tích chịu ép mặt (diện tích tiếp xúc) -Tuỳ theo phương tác dụng của lực đối với thớ gỗ ta có: + Ép mặt dọc thớ; + Ép mặt ngang thớ; + Ép mặt xiên thớ. Hình 1.8- Các dạng ép mặt a. dọc thớ; b. ngang thớ; c. chéo thớ 37
38. 2. Cường độ ép mặt của gỗ: a. Ép mặt dọc thớ: Cường độ tương đương như nén dọc thớ R = R = R (1.8) em( 00 ) em n b. Ép mặt ngang thớ: - Ban đầu các thớ ép vào nhau trên biểu đồ là đường OA. Sau đó các thành tế bào của gỗ sớm bị phá hoại, biến dạng tăng nhanh (AB). Hình 1.9 - Biểu đồ ép mặt ngang thớ Cuối cùng các thành tế bào bị phá hoại lại ép vào nhau và gỗ lại có thể chịu được lực (sự cứng lại). 38
39. Hình I.9 - Biểu đồ ép mặt ngang thớ Gỗ phá hoại là do biến dạng lớn quá giới hạn cho phép. Cường độ giới hạn chịu ép mặt ngang thớ được căn cứ vào ứng suất tỷ lệ σtl (điểm A khi gỗ biến dạng nhiều) R = σ .K (1.9) em( 900 ) tl 0 K0: Hệ số lâu dài 39
40. - Ép mặt ngang thớ lại được phân thành: + Ép mặt toàn bộ (hình 1): Cường độ nhỏ nhất, thực chất là nén ngang thớ + Ép mặt 1 phần chiều dài (hình 2): Cường độ tăng theo tỷ lệ l/lem khi l/lem≤3 + Ép mặt 1 phần diện tích (hình 3): Cường độ lớn nhất do có sự tham gia các phần gỗ xung quanh. Diện tích tiếp xúc càng nhỏ, cường độ ép mặt càng cao. Hình 1.10 - Ép mặt ngang thớ 40
41. c. Ép mặt xiên thớ: Cường độ phụ thuộc góc α giữa phương của lực và thớ gỗ: R R = em (1.10) em( 900 ) ⎛ R ⎞ 1 + ⎜ em − 1⎟ sin3 α ⎜ R ⎟ ⎝ em( 900 ) ⎠ Rem : Cường độ ép mặt dọc thớ R : Cường độ ép mặt ngang thớ em( 900 ) 41
42. 3.6. Sự làm việc của gỗ chịu trượt: 1. Khái niệm: Khi lực trượt nằm trong mặt phẳng tiếp xúc 2 cấu kiện sẽ gây trượt. T tb Ứng suất trượt tại mặt trượt: τ tb = ≤ Rtr (1.11) Atr T: Lực trượt Atr: Diện tích mặt trượt - Tuỳ theo vị trí lực cắt đối với thớ gỗ, có 04 trường hợp chịu trượt của gỗ như sau: + Cắt đứt thớ; + Trượt dọc thớ; + Trượt ngang thớ; + Trượt xiên thớ. Hình 1.11 - Các trường hợp chịu trượt 42
43. 2. Cường độ chịu trượt: Rα Rtb = tr (1.12) tr l 1 + β tr e ltr: Chiều dài mặt trượt e: Cánh tay đòn của cặp lực trượt. tb Rtr : tuỳ thuộc vào sự phân bổ ứng suất nên chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố: Hình 1.12 - Biểu đồ phân bố ứng suất trượt 43
44. + Loại trượt: 1 phía hay 2 phía. Trượt 2 phía thì cường độ trung bình cao hơn vì ứng suất đều hơn ⎧β = 0,25 :1 phia ⎨ ⎩β = 0,125 :2 phia + Tỷ số ltr/e, cao nhất khi ltr/e = 3 ÷ 4 (nếu quá lớn thì ứng suất phân bố không đều. Nếu quá nhỏ ảnh hưởng nội lực bóc ngang thớ gỗ). Hình 1.12 - Biểu đồ phân bố ứng suất trượt + Có lực ép vuông góc hay không: Lực ép làm tăng khả năng chịu trượt (vì giảm nội lực bóc). 44
45. a. Cắt đứt thớ: Khả năng chống cắt đứt thớ của gỗ rất lớn nên hầu như không thể xảy ra vì nếu có gỗ sẽ bị phá hoại bởi ép mặt hay uốn trước. b. Trượt dọc thớ: Với mấu thử tiêu chuẩn, ứng suất trượt dọc thớ vào khoảng 70 ÷ 100 kG/cm2, lớn nhất so với các trường hợp khác. c. Trượt ngang thớ: Với mẫu thử tiêu chuẩn, ứng suất trượt ngang thớ vào khoảng 35 ÷ 50 kG/cm2. Rtr d. Trượt xiên thớ: (ít xảy ra) Rtr( α ) = (1.13) ⎛ Rtr ⎞ 3 1 + ⎜ − 1⎟ sin α ⎝ Rtr 90 ⎠ α Rtr Vì Rtr90 = 0,5 Rtr nênR = (1.14) tr 1 + sin3 α 45
46. 3.7. Các nhân tố ảnh hưởng đến tính chất cơ học của gỗ 1. Độ ẩm G − G W = 1 2 .100% (1.15) G2 G1: Trọng lượng gỗ ẩm G2: Trọng lượng gỗ sau khi sấy khô - Độ ẩm của gỗ thay đổi theo môi trường xung quanh và ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ của gỗ. Khi độ ẩm tăng từ W = 0 đến W = 30% (độ ẩm bão hoà thớ) thì tính chất cơ lý của gỗ giảm. Độ ẩm thay đổi 1% thì chỉ tiêu cơ lý thay đổi 3 ÷ 5%. Khi W>Wmax thì không còn ảnh hưởng đến cường độ của gỗ. 46
47. - Ở nước ta độ ẩm thăng bằng của gỗ là 17 ÷ 20% nên độ ẩm tiêu chuẩn được quy định là 18% và cường độ của gỗ được quy đổi về cường độ tương ứng: σ 18 = σ w [1+α(W −18 )] (1.16) σ18: cường độ ở độ ẩm tiêu chuẩn 18% α: hệ số điều chỉnh ẩm độ tuỳ thuộc loại gỗ α= 0,05: nén dọc thớ; α = 0,04: uốn; α = 0,035: nén ngang thớ; α = 0,05: trượt; α = 0,015: kéo dọc thớ. - Khi tính toán các kết cấu làm việc trong điều kiện chịu nhiều mưa gió thì ta lấy W% lớn hơn theo quy phạm đồng thời E phải nhân với hệ số điều kiện làm việc: + Với kết cấu được che mưa nhưng ở vị trí không thoáng thì lấy W=20% + Với kết cấu không được che mưa nắng thì lấy W = 25% 47
48. 2. Nhiệt độ: - Khi nhiệt độ tăng dù độ ẩm nào thì cường độ của gỗ giảm (nhiệt độ tăng từ 20÷500C giới hạn bền của gỗ chịu nén giảm 20÷30%, chịu kéo giảm 12÷15%), môđun đàn hồi giảm nhiều và độ võng tăng. Mặt khác, nhiệt độ tăng, gỗ giãn nở gây nội ứng suất cục bộ lớn, nếu có mắt có thể cắt đứt thớ. Kết cấu chịu nhiệt độ > 500C không dùng vật liệu gỗ. - Khi tính toán quy đổi về cường độ ở nhiệt độ tiêu chuẩn được chọn là 20oC. 2 σ20 = σT+ β (T-20) [MN/m ] (1.17) β: hệ số điều chỉnh nhiệt độ tuỳ thuộc vào trạng thái ứng suất. β = 3,5: nén dọc; β = 4,5: β = 4,0: kéo dọc; β = 0,4: trượt dọc. 48
49. 3. Khối lượng riêng: - Nói chung khi γ càng lớn thì cường độ gỗ càng cao và càng khó mối, mọt, mục, cháy. 4. Các bệnh tật: - Mắt cây: Chỗ gốc của cành đâm từ thân ra, các thớ bị lượn vẹo, mất tính chất liên tục (các thớ không trùng phương của lực tác dụng) gây nên hiện tượng tập trung ứng suất làm khả năng chịu lực, gây khó khăn trong chế tạo. Đặc biệt ảnh hưởng đến cấu kiện chịu kép hay cấu kiện chịu uốn có mắt nằm trong vùng kéo. Gỗ loại A: Không cho phép có mắt Gỗ loại B: Không cho phép quá 1 mắt trên 1m dài 49
50. - Thớ ngiêng: Không nằm trùng phương trục dọc thớ gỗ, làm giảm cường độ của gỗ rất nhiều, nhất là đối với các ứng suất tác dụng dọc thanh. - Khe nứt (thường do co ngót): Làm mất tính nguyên vẹn nên khả năng chịu lực của gỗ giảm; ít ảnh hưởng đến cường độ nén dọc thớ; chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ nén ngang thớ và trượt; vết nứt vuông góc ứng suất pháp là nguy hiểm nhất. Tạo khe đọng hơi nước làm gỗ ẩm, gây mục bên trong dẫn tới ảnh hưởng chất lượng gỗ. - Mối: Mối ăn gỗ rất nhanh, khó phát hiện. - Mục: Do nấm, gỗ bị biến màu, cấu trúc bị phá hoại, mềm, xếp, vụn nát làm cường độ gỗ giảm. - Mọt: Do sâu đục, mặt gỗ có lỗ ≈ 3mm làm R giảm và gây bẩn. Tốc độ phá hoại chậm hơn mối. 50
51. 3.8. Vấn đề bảo quản gỗ - Vật liệu gỗ tự nhiên nói chung không có khả năng tự bảo vệ chống lại sự phá hoại của côn trùng, nấm và chóng hư hại. Vì vậy để tăng tuổi thọ công trình chúng ta cần bảo quản gỗ. Nghị định 10CP quy định mọi loại gỗ từ nhóm VI trở xuống phải được xử lý trước khi sử dụng. Nội dung bảo quản bao gồm việc xử lý bằng hoá chất cũng như dùng các biện pháp kỹ thuật khác. 1. Phòng mối: Phá hoại nhanh, khó phát hiện. Biện pháp phòng mối: Ngăn không cho mối thâm nhập vào gỗ, tẩm thuốc vào chân cột chôn trong đất. Phát hiện và diệt cả tổ mối bằng hoá chất. Không để mối lây lan từ khu vực này sang khu vực khác. 51
52. 2. Phòng mọt: Sâu đục gỗ, đào hang, gây bẩn và giảm khả năng chịu lực của gỗ. Biện pháp phòng trừ: loại trừ điều kiện sinh trưởng; ngâm nước cho bột gỗ trôi đi, sơn kín mặt gỗ. 3. Phòng hà: Thường gặp khi kết cấu làm việc trong vùng nước mặn, nước lợ. Biện pháp phòng trừ: thui gỗ định kỳ làm gỗ cháy sém thành lớp than mỏng bên ngoài; dùng gỗ cứng (thiết mộc), dẻo (tếch); gỗ có nhựa (bạch đàn); để nguyên lớp vỏ cây, bọc kết cấu bằng kim loại, ống sành, amiăng; Dùng hoá chất Creozt, CuSO4. 52