Tài liệu Cấu tạo kiến trúc 3 - Hệ chịu lực

Nội dung text: Tài liệu Cấu tạo kiến trúc 3 - Hệ chịu lực

1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KIEÁN TRUÙC HOÀ CHÍ MINH KHOA KIEÁN TRUÙC BOÄ MOÂN COÂNG NGHIEÄP VAØ KYÕ THUAÄT KIEÁN TRUÙC HEÄ CHÒU LÖÏC TAØI LIEÄU ÑOÏC THEÂM - MOÂN HOÏC CAÁU TAÏO KIEÁN TRUÙC 3 LÖU HAØNH NOÄI BOÄ
2. Taäp taøi lieäu naøy cung caáp theâm moät caùch tieáp caän noäi dung moân hoïc Caáu taïo kieán truùc 3, beân caïnh taäp giaùo trình moân hoïc, nhaèm muïc ñích tham khaûo cho sinh vieân. Noù ñöôïc trích dòch töø quyeån saùch Understanding structures cuûa taùc giaû Fuller Moore, nhaø xuaát baûn WCB/McGraw-Hill, naêm 1999.
3. MUÏC LUÏC CHÖÔNG I: HEÄ KHUNG PHAÚNG 4 CHÖÔNG IV: HEÄ VOÛ MOÛNG 70 1. Coät vaø töôøng 5 13. Voû moûng 71 2. Daàm vaø baûn saøn 11 14. Baûn gaáp neáp 79 3. Khung phaúng 27 PHUÏ LUÏC I: LYÙ THUYEÁT CAÁU TRUÙC 83 CHÖÔNG II: HEÄ TOÅ HÔÏP TAM GIAÙC 33 I:1 Cô hoïc 84 4. Daây caùp treo 34 I:2 Söùc beàn vaät lieäu 94 5. Daøn 36 6. Khung khoâng gian 40 PHUÏ LUÏC II: BẢNG TRA DAØNH CHO THIẾT KẾ SÔ BỘ 102 7. Voøm traéc ñòa 45 Taøi lieäu tham khaûo 113 CHÖÔNG III: HEÄ CONG DAÏNG DAÂY CAÙP 48 8. Daây caùp voõng catenary 49 9. Maøng caêng 52 10. Maøng khí neùn 55 11. Voøm cung 62 12. Voøm maùi 67
4. CHÖÔNG I HEÄ KHUNG PHAÚNG Heä khung phaúng truyeàn taûi troïng xuoáng ñaát neàn nhôø vaøo caùc boä phaän phöông ngang (nhö daàm vaø baûn saøn) vaø caùc boä phaän phöông ñöùng (nhö coät vaø töôøng chòu löïc)―nhöõng boä phaän coù söùc khaùng chòu bieán daïng voõng vaø uoán. 4
5. 1 COÄT VAØ TÖÔØNG Caùc caáu kieän phöông ñöùng goàm coù coät vaø töôøng chòu löïc. COÄT Coät laø moät caáu kieän coù truïc thaúng (thöôøng laø thaúng ñöùng), chòu taûi troïng neùn doïc truïc. Caùc coät laøm vieäc khaùc nhau tuøy theo chieàu daøi cuûa chuùng. CHIEÀU DAØI COÄT Moät coät ngaén, nhö moät vieân gaïch chaúng haïn, khi chòu taûi troïng neùn quaù möùc, seõ bò nghieàn vôõ. Moät coät daøi chòu taûi troïng neùn taêng daàn seõ ñoät ngoät oaèn (cong veà moät beân). Giaù trò taûi troïng neùn tôùi haïn naøy Hình 1.1: Moâ hình thí nghieäm cho thaáy coät bò nghieàn hoaëc uoán cong. ñöôïc goïi laø taûi troïng uoán doïc cuûa caáu kieän. Caùc caáu kieän chòu neùn baèng vaät lieäu chòu neùn ñuû cöùng (nhö theùp chaúng haïn) seõ chæ caàn dieän coù daáu hieäu baùo tröôùc (khoâng nhö nhieàu hình thöùc caáu kieän khaùc, bò tích tieát dieän ngang nhoû, töùc caáu kieän thanh maûnh hôn (Hình 1.1). phaù hoaïi töø töø). Söï bieán daïng uoán naøy vaãn xaûy ra ngay caû neáu coät ñöôïc thieát keá chòu Taûi troïng uoán doïc cuûa moät coät phuï thuoäc vaøo chieàu daøi, dieän tích vaø taûi troïng chính xaùc doïc truïc qua taâm vaø coät hoaøn toaøn ñoàng nhaát. Moät hình thöùc tieát dieän ngang, vaø kieåu caùch lieân keát taïi caùc ñaàu coät. khi coät bieán daïng khoâng coøn thaúng ñöùng vaø baét ñaàu oaèn taïi giöõa thaân, Chieàu daøi coät taêng seõ laøm giaûm taûi troïng uoán doïc cuûa noù. Vôùi cuøng söï leäch truïc giöõa hai ñaàu vaø trung ñieåm thaân coät seõ gaây neân moät löïc maët caét ngang, chieàu daøi coät taêng gaáp ñoâi seõ laøm giaûm taûi troïng uoán caùnh tay ñoøn; löïc naøy gia taêng, laøm söï bieán daïng oaèn lôùn hôn. Vì lyù doïc coøn moät phaàn tö. Noùi caùch khaùc, taûi troïng uoán doïc thay ñoåi tæ leä do naøy, moät khi coät baét ñaàu oaèn, noù seõ bò phaù hoaïi ñoät ngoät maø khoâng nghòch theo bình phöông cuûa thay ñoåi chieàu daøi coät (Hình 1.2). 5
6. Hình 1.2: Moâ hình thí nghieäm cho thaáy söï aûnh höôûng cuûa chieàu daøi coät ñeán taûi troïng uoán doïc. HÌNH DAÙNG COÄT Coät seõ bò oaèn theo höôùng coù söùc chòu keùm nhaát. Neáu tieát dieän ngang cuûa coät coù caùc caïnh khoâng nhö nhau, bieán daïng uoán seõ xaûy ra theo truïc cuûa kích thöôùc maûnh nhaát. Vôùi cuøng moät löôïng vaät lieäu, coät coù kích thöôùc caùc caïnh cuûa tieát dieän ngang lôùn hôn seõ coù taûi troïng uoán doïc lôùn hôn (Hình 1.3). Moâ-men quaùn tính laø soá ño cuûa söï phaân boá vaät lieäu quanh taâm cuûa moät vaät. Moâ-men quaùn tính laø nhoû nhaát khi Hình 1.3: Moâ hình thí nghieäm cho thaáy söï aûnh höôûng cuûa hình daùng coät ñeán taûi taát caû löôïng vaät lieäu taäp trung taïi taâm (nhö moät thanh tieát dieän troøn troïng uoán doïc. ñaëc chaúng haïn). Noù lôùn nhaát khi löôïng vaät lieäu ñöôïc phaân boá xa taâm nhaát (nhö moät thanh roãng). Taûi troïng uoán doïc tæ leä thuaän vôùi moâ-men LIEÂN KEÁT ÑAÀU COÄT quaùn tính (Hình 1.4). Khaû naêng haïn cheá söï chuyeån vò phöông ngang vaø quay cuûa hai ñaàu moät coät maûnh coù aûnh höôûng ñaùng keå ñeán taûi troïng uoán doïc cuûa noù. Coät ñöôïc lieân keát khôùp coá ñònh (töï do quay nhöng bò ngaên khoâng chuyeån vò ngang) taïi hai ñaàu seõ bò uoán theo moät ñöôøng cong lieân tuïc 6
7. Hình 1.4: Hình daùng hình hoïc cuûa thaân tre laø moät hình daùng höõu hieäu cho coät. Hình daùng hình truï troøn phaân boá vaät lieäu caùch xa taâm, taïo ra moâ-men quaùn tính lôùn. Hình daùng naøy ñöôïc giöõ oån ñònh nhôø vaøo caùc maét tre ñaëc, ngaên khoâng cho thaân tre Hình 1.5: Moâ hình thí nghieäm cho thaáy söï aûnh höôûng cuûa hình thöùc lieân keát ñaàu bò loõm hay uoán cong. coät ñeán taûi troïng uoán doïc. vaø thoaûi. Coät ñöôïc lieân keát cöùng (bò ngaên khoâng quay vaø chuyeån vò nhau gaáp taùm laàn (xeùt caùc coät coù cuøng chieàu daøi tính toaùn, vaät lieäu vaø ngang) taïi chaân vaø töï do (töï do quay hay chuyeån vò ngang) taïi ñaàu tieát dieän ngang) (Hình 1.5). kia seõ bieán daïng gioáng nhö nöûa treân cuûa coät coù lieân keát khôùp coá ñònh, vaø coù chieàu daøi coù ích (chieàu daøi tính toaùn) gaáp ñoâi chieàu daøi thöïc; TÖÔØNG CHÒU LÖÏC taûi troïng uoán doïc cuûa noù baèng moät phaàn tö so vôùi coät lieân keát khôùp coá Töôøng chòu löïc laø moät boä phaän chòu neùn keùo daøi lieân tuïc theo moät ñònh (nhôù raèng, taûi troïng uoán doïc thay ñoåi tæ leä nghòch theo bình phöông, phaân boá taûi troïng thaúng ñöùng toûa ñeàu xuoáng beä töïa (thöôøng phöông cuûa thay ñoåi chieàu daøi coät). Lieân keát cöùng moät ñaàu vaø lieân laø ñaát neàn). Noù ñöôïc phaân bieät khaùc vôùi moät daõy caùc coät ñöùng keà keát khôùp coá ñònh ñaàu kia coù hieäu quaû nhö vieäc giaûm chieàu daøi coù ích nhau lieân tuïc ôû khaû naêng phaân toûa taûi troïng doïc chieàu daøi cuûa noù coøn 70 phaàn traêm cuûa moät coät lieân keát khôùp coá ñònh, vaø laøm gia taêng (laøm vieäc gioáng moät caây daàm; Hình 1.6) vaø khaû naêng chòu löïc taûi troïng uoán doïc cuûa coät leân baèng 200 phaàn traêm. Lieân keát cöùng caû phöông ngang trong maët phaúng töôøng (Hình 1.7). Hai ñaëc ñieåm laøm hai ñaàu laøm giaûm theâm chieàu daøi coù ích (coøn moät nöûa) vaø laøm taêng vieäc naøy ñöôïc sinh ra töø nhöõng öùng suaát caét noäi taïi coù theå xaûy ra taûi troïng uoán doïc leân baèng 400 phaàn traêm. Nhö theá, söï haïn cheá trong böùc töôøng. chuyeån vò ngang hay quay daãn ñeán taûi troïng uoán doïc thay ñoåi khaùc 7
8. Hình 1.6: Moät böùc töôøng chòu löïc phaân taùn caùc taûi troïng taäp trung doïc theo chieàu daøi cuûa noù, nhôø vaøo söùc chòu caét phöông ñöùng; taûi troïng nhö vaäy khi taùc ñoäng leân moät daõy coät lieân tuïc vaãn laø taûi troïng taäp trung taùc ñoäng leân moät coät. Hình 1.8: Töôøng chaân thoaûi vaø töôøng coù moùng chaân töôøng coù khaû naêng choáng laïi söï laät ñoå, trong khi phaân boá taûi troïng leân moät dieän tích lôùn hôn ôû chaân. Trong caùc coâng trình nhieàu taàng, caùc töôøng chòu löïc phaûi chòu taûi troïng khoâng chæ cuûa saøn beân treân noù (vaø taûi troïng baûn thaân) maø coøn cuûa taát caû caùc saøn vaø töôøng beân treân coäng laïi. Vì taûi troïng coäng doàn, gia taêng veà phía döôùi coâng trình neân beà daøy cuûa töôøng ôû thaáp hôn cuõng phaûi gia taêng. Hôn nöõa, trình töï thi coâng trôû neân phöùc taïp khi Hình 1.7: Moät böùc töôøng chòu löïc taïo ñöôïc söï oån ñònh choáng löïc xoâ ngang doïc nhaø nhieàu taàng söû duïng töôøng chòu löïc, vì ôû moãi taàng, vieäc xaây döïng theo chieàu daøi cuûa noù, nhôø vaøo söùc chòu caét phöông ngang; ñaëc ñieåm naøy khoâng coù töôøng laïi bò giaùn ñoaïn khi saøn ñöôïc thi coâng. Vì nhöõng lyù do naøy, caùc trong moät daõy coät lieân tuïc. coâng trình hieän ñaïi thöôøng söû duïng khung keát caáu (heä coät vaø daàm) ñeå chòu taûi troïng cho töôøng vaø saøn beân treân hôn laø töôøng chòu löïc. Caùc böùc töôøng gaïch truyeàn thoáng thöôøng ñöôïc xaây thoaûi chaân (chaân töôøng daøy hôn). Ñieàu naøy cho pheùp töôøng oån ñònh theo phöông Moät ngoaïi leä laø vieäc söû duïng keát hôïp töôøng gaïch chòu löïc vaø taám beâ- ngang hôn (hình daùng tam giaùc voán oån ñònh hôn hình chöõ nhaät). Hôn toâng tieàn cheá. Theo kieåu naøy, ngöôøi thôï vöøa xaây döïng töôøng vöøa laép theá, chaân töôøng coù dieän tích chòu löïc lôùn hôn ñeå phaân boá taûi troïng döïng caùc baûn beâ-toâng, giuùp cho phöông thöùc thi coâng naøy trôû neân xuoáng neàn ñaát. Trong caáu taïo töôøng ngaøy nay, caùc hieäu quaû naøy ñaït moät löïa choïn kinh teá vaø mau choùng ñoái vôùi coâng trình nhaø ôû, khaùch ñöôïc nhôø vaøo boä phaän moùng töôøng traûi roäng lieân keát vaøo töôøng qua saïn nhieàu taàng. coát theùp (Hình 1.8). 8
9. MOÄT SOÁ ÑIEÅM VEÀ KEÁT CAÁU Vì töôøng chòu löïc chòu taûi troïng neùn thaúng ñöùng vaø coù beà daøy töông ñoái maûnh so vôùi chieàu cao cuûa noù, noù coù theå uoán cong (gioáng nhö Töôøng chòu löïc thích hôïp nhaát khi taûi troïng phaân boá töông ñoái ñoàng coät). Caùc töôøng xaây gaïch moûng khi uoán cong seõ bò phaù hoûng vì gaïch ñeàu. Khi caùc taûi troïng taäp trung, chuùng sinh ra vuøng öùng suaát neùn cuïc voán chòu keùo raát keùm. Truï lieàn töôøng ñöôïc söû duïng seõ gia coá töôøng boä cao. choáng laïi bieán daïng uoán cong maø khoâng caàn gia taêng beà daøy cuûa toaøn boä böùc töôøng. Moät caùch khaùc, töôøng coù theå ñöôïc gia cöôøng baèng Truï lieàn töôøng laø moät boä phaän coù beà daøy gia taêng trong moät böùc caùch ñöôïc xaây thaønh hai lôùp noái vôùi nhau thoâng qua caùc truï, taïo neân töôøng chòu löïc chòu taùc duïng cuûa taûi troïng taäp trung. Noù coù taùc duïng böùc töôøng gioáng nhö coät tieát dieän chöõ H. Caùc söôøn ôû giöõa giuùp choáng nhö moät coät naèm trong töôøng. Caùc loã cöûa trong töôøng chòu löïc taïo ra laïi löïc caét vì moãi böùc töôøng moûng chòu uoán cong ñoäc laäp nhau (Hình nhöõng vuøng öùng suaát neùn cao cuïc boä ôû hai beân cuûa loã cöûa (Hình 1.9). 1.10). Hình 1.10: Moâ hình cho thaáy aûnh höôûng cuûa söï taäp trung taûi troïng trong Hình 1.9: Nhöõng aûnh höôûng cuûa söï phaân boá taûi troïng ñeán söï taäp trung öùng töôøng chòu löïc: (a) bieán daïng cuïc boä döôùi taûi troïng taäp trung töø daàm, (b) truï lieàn suaát trong töôøng chòu löïc. Truï lieàn töôøng coù taùc duïng nhö moät coät naèm trong töôøng coù tieát dieän gia taêng laøm giaûm öùng suaát, vaø (c) töôøng hai lôùp vôùi caùc truï cöùng töôøng ñeå nhaän taûi troïng taäp trung. ôû giöõa choáng laïi bieán daïng oaèn. 9
10. Heä töôøng chòu löïc song song Heä töôøng chòu löïc song song thöôøng ñöôïc söû duïng cho coâng trình nhaø ôû gia ñình. Chuùng khoâng chæ chòu löïc chính cho saøn, maùi maø coøn giuùp caùch aâm vaø caùch li hoûa hoaïn giöõa caùc nhaø. Maët baèng cuûa heä töôøng chòu löïc song song ñaëc bieät phuø hôïp ñoái vôùi caùc daõy nhaø phoá. Söï oån ñònh phöông ngang Töôøng seõ ñoå ngaõ khi hôïp cuûa taát caû caùc löïc theo phöông ngang vaø Hình 1.11: Minh hoïa söï thay ñoåi hình thöùc maët baèng ñeå gia taêng söï oån ñònh phöông ñöùng rôi ra ngoaøi maët chaân ñeá cuûa töôøng. Neáu töôøng khoâng tröôùc löïc xoâ ngang trong töôøng chòu löïc: (a) moät taám bìa töôïng tröng cho töôøng chòu keùo (neáu böùc töôøng xaây gaïch khoâng ñöôïc gia cöôøng), thì hôïp löïc caøng caàn phaûi naèm trong vuøng moät phaàn ba giöõa cuûa tieát dieän töôøng khoâng oån ñònh tröôùc löïc xoâ ngang, nhöng (b) taám bìa ñöôïc gaáp laïi taïo ra goùc vuoâng taïi baát kyø cao ñoä naøo. thì oån ñònh. Beà daøy töôøng lôùn hôn seõ gia taêng söï oån ñònh phöông ngang. Tuy nhieân, moät caùch khaùc höõu hieäu hôn laø thay ñoåi hình thöùc maët baèng cuûa töôøng. Töôøng coù theâm caùc maët vuoâng goùc seõ ñöôïc giaèng vaø gia cöôøng raát lôùn söï oån ñònh phöông ngang. Hieäu quaû naøy ñaït ñöôïc baèng caùch giao töôøng vuoâng goùc hoaëc uoán cong töôøng treân maët baèng (Hình 1.11 vaø 1.12). Hình 1.12: Moät böùc töôøng xaây gaïch uoán löôïn (nhö thieát keá cuûa Thomas Jefferson taïi Tröôøng ñaïi hoïc Virgina) coù hình daùng maët baèng giuùp ñaït ñöôïc söï oån ñònh tröôùc löïc xoâ ngang, cho pheùp noù ñöôïc xaây baèng moät lôùp gaïch. 10
11. 2 DAÀM VAØ BAÛN SAØN Caùc caáu kieän phöông ngang goàm coù daàm vaø baûn saøn. phaàn vaät lieäu gaàn maët cong loõm nhaát (maët treân) coù khuynh höôùng ngaén laïi, taïo neân öùng suaát neùn (cuõng vaäy song song vôùi beà maët daàm). DAÀM Phaàn vaät lieäu ôû trung taâm daàm khoâng thay ñoåi chieàu daøi vaø vaãn giöõ traïng thaùi trung hoøa (khoâng bò keùo cuõng khoâng bò neùn). ÖÙng suaát cöïc Daàm laø moät caáu kieän thaúng chòu taûi troïng vuoâng goùc vôùi truïc daøi cuûa ñaïi xaûy ra taïi hai maët ngoaøi vaø giaûm daàn ñeán khoâng taïi truïc trung noù; taûi troïng nhö vaäy ñöôïc goïi laø taûi troïng uoán. hoøa (Hình 2.2 vaø 2.3). Bieán daïng uoán laø khuynh höôùng cuûa moät caáu kieän bò cong xuoáng khi nhaän taûi troïng vuoâng goùc vôùi truïc daøi nhaát cuûa noù. Bieán daïng uoán gaây cho moät maët cuûa caáu kieän bò keùo giaõn (chòu keùo) vaø maët ñoái dieän bò thu ngaén laïi (chòu neùn). Vaø vì caùc öùng suaát keùo vaø neùn xaûy ra cuøng nhau, neân öùng suaát caét cuõng xaûy ra. Daàm laø moät ví duï chung nhaát cuûa moät caáu kieän chòu uoán. Noù laø giaûi phaùp toát nhaát cho baøi toaùn keát caáu veà vieäc truyeàn taûi troïng theo phöông ngang ñeán caùc caáu kieän chòu löïc (Hình 2.1). ÖÙNG SUAÁT DAÀM Xeùt ví duï, moät daàm ñôn giaûn ñöôïc ñôõ chòu taïi hai ñaàu vaø nhaän taûi troïng ôû giöõa. Taûi troïng taùc ñoäng (vaø taûi troïng baûn thaân cuûa daàm) gaây cho daàm bò bieán daïng cong. Khi daàm cong, phaàn vaät lieäu gaàn maët Hình 2.1: Moät daàm ñöôïc ñôõ chòu ñôn giaûn bò voõng döôùi taûi troïng. Maët treân cong loài nhaát cuûa daàm (maët döôùi trong tröôøng hôïp naøy) coù khuynh daàm neùn laïi, vaø maët döôùi giaõn ra, trung taâm daàm vaãn giöõ nguyeân chieàu daøi. höôùng bò keùo giaõn, taïo neân öùng suaát keùo song song vôùi maët daàm; 11
12. Hình 2.3: Caùc öùng suaát keùo vaø neùn trong moät daàm ñöôïc ñôõ chòu ñôn giaûn. laø ñöôøng cong vaø giao caét nhau (Hình 2.4). Khi caùc ñöôøng öùng suaát keùo vaø neùn giao caét, chuùng luoân vuoâng goùc nhau. Khoaûng caùch giöõa caùc ñöôøng ñoàng öùng suaát bieåu thò möùc ñoä taäp trung öùng suaát taïi vuøng ñoù (khoaûng caùch gaàn nhau coù nghóa söï taäp trung öùng suaát cao). Vaät lieäu Vaät lieäu toát nhaát daønh cho daàm laø loaïi coù cöôøng ñoä chòu keùo vaø neùn töông ñöông nhau. Goã vaø theùp laø nhöõng vaät lieäu toát ñeå laøm daàm nhôø Hình 2.2: Moâ hình minh hoïa öùng suaát neùn vaø keùo vaø söï bieán daïng trong daàm. vaøo ñaëc ñieåm naøy. Ñaù töï nhieân, beâ-toâng vaø gaïch xaây laø nhöõng vaät lieäu chòu neùn töông ñoái cao nhöng laïi chòu keùo keùm. Vì vaäy, caùc daàm Ñöôøng ñoàng öùng suaát ñaù ñöôïc tìm thaáy ôû nhöõng ñeàn thôø Hy Laïp coå ñaïi chæ coù theå vöôït nhöõng khoaûng ngaén vaø khaù daøy so vôùi söùc chòu cuûa chuùng. Neáu noùi ñôn giaûn hoùa, bieán daïng keùo xaûy ra ôû phaàn döôùi vaø neùn ôû phaàn treân cuûa moät daàm ñôn giaûn. Nhöng thöïc teá, caùc ñöôøng öùng suaát 12
13. Hình 2.4: Caùc ñöôøng ñoàng öùng suaát trong daàm: (a) goái töïa hai ñaàu, vaø (b) goái töïa ôû giöõa. Caùc ñieåm caàn ñeå yù: khi caùc ñöôøng naøy giao nhau, chuùng luoân vuoâng goùc; caùc ñöôøng ñoàng öùng suaát neùn vaø keùo laø ñoái xöùng; khoaûng caùch gaàn nhau giöõa caùc ñöôøng cong bieåu thò söï taäp trung töông ñoái cuûa öùng suaát. Hình 2.5: Bieán daïng uoán trong daàm beâ-toâng khoâng coù vaø coù loõi theùp gia cöôøng. Söï gia cöôøng söùc chòu keùo Daàm beâ-toâng öùng löïc tröôùc vaø daàm beâ-toâng caêng sau Söùc chòu keùo cuûa beâ-toâng quaù thaáp, ñeán noãi noù khoâng bao giôø ñöôïc Ngay caû khi ñöôïc gia cöôøng baèng thanh theùp beân trong, caùc veát nöùt tính ñeán trong thieát keá keát caáu. Caùc daàm beâ-toâng phaûi ñöôïc gia nhoû do chòu keùo vaãn xaûy ra taïi maët cong loài cuûa daàm. Lyù do laø theùp cöôøng baèng theùp ñeå khoâng bò nöùt do chòu keùo. Vì muïc ñích cuûa caùc phaûi baét ñaàu giaõn ra tröôùc khi noù coù theå laøm vieäc choáng laïi bieán daïng thanh theùp gia cöôøng trong daàm laø ñeå chòu öùng suaát keùo, chuùng luoân voõng―thöïc chaát, moät chuùt bieán daïng voõng phaûi xaûy ra ñeå cho söùc ñöôïc boá trí taïi maët cong loài cuûa daàm (Hình 2.5). beàn keùo cuûa theùp coù taùc duïng. Ñieàu naøy coù theå ñöôïc khaéc phuïc baèng caùch keùo giaõn (öùng löïc tröôùc) theùp khi noù ñöôïc boá trí trong khuoân Caùc noäi löïc neùn vaø keùo ñoái laäp trong daàm hình thaønh moâ-men khaùng daàm tröôùc khi ñoå beâ-toâng vaø duy trì traïng thaùi chòu keùo ñoù trong khi chòu. Neáu khoaûng caùch giöõa caùc noäi löïc naøy laø nhoû (nhö trong tröôøng beâ-toâng ñoâng cöùng. Khi caùc löïc keùo taïi hai ñaàu theùp thoâi khoâng taùc hôïp daàm thaáp) thì chuùng phaûi coù giaù trò lôùn ñeå hình thaønh neân moâ- duïng, theùp co laïi gaây cho caùc vaät lieäu chung quanh noù bò neùn (Hình men choáng laïi bieán daïng voõng caàn thieát. Neáu khoaûng caùch giöõa caùc 2.6). noäi löïc naøy lôùn (nhö trong tröôøng hôïp daàm cao) thì chuùng coù theå coù giaù trò nhoû vaø vaãn hình thaønh neân moâ-men khaùng chòu thoûa yeâu caàu. 13
14. Hình 2.6: Daàm beâ-toâng öùng löïc tröôùc: (a) daây caùp cöôøng ñoä cao ñöôïc keùo caêng giöõa hai beä söû duïng kích thuûy löïc; (b) beâ-toâng ñöôïc ñoå bao quanh daây caùp caêng tröôùc vaø ñoâng cöùng; vaø (c) sau khi beâ-toâng ñaõ cöùng, daây caùp ñöôïc caét. Neáu daây caùp ñöôïc ñaët ôû phaàn döôùi cuûa daàm, vieäc caét daây caùp coù hieäu quaû nhö taùc ñoäng löïc neùn vaøo hai ñaàu cuûa daàm taïi vò trí naøy. Ñieàu naøy gaây cho daàm cong leân, taïo Hình 2.7: Daàm beâ-toâng caêng sau: (a) khuoân daàm ñöôïc thi coâng, caùc oáng bao ra ñoä cong voàng buø laïi bieán daïng voõng (d), xaûy ra khi daàm nhaän taûi troïng phöông ñöùng. roãng coù ñaët daây caùp chöa caêng ñöôïc ñöa vaøo vò trí, vaø beâ-toâng ñöôïc ñoå bao quanh oáng bao; (b) sau khi beâ-toâng ñaõ cöùng, daây caùp ñöôïc keùo caêng baèng kích taïi hai Caùch khaùc, theùp gia cöôøng coù theå ñöôïc caêng sau―baèng caùch laép beân ñaàu daàm; vaø (c) sau khi khuoân daàm vaø kích ñöôïc thaùo ñi, daây caùp ñöôïc giöõ nguyeân trong khoái beâ-toâng caùc oáng bao roãng sao cho theùp vaø beâ-toâng khoâng baèng caùc neo coá ñònh taïi hai ñaàu. keát dính. Sau khi beâ-toâng ñoâng cöùng, theùp ñöôïc keùo caêng, taïo ra söï caêng sau (hieäu quaû töông töï nhö söï öùng löïc tröôùc) (Hình 2.7 vaø 2.8). Söùc khaùng chòu ñoái vôùi löïc caét naøy caàn thieát ñeå choáng laïi bieán daïng voõng cuûa daàm. So saùnh moät daàm ñaëc vôùi moät daàm coù cuøng kích thöôùc ÖÙNG SUAÁT CAÉT TRONG DAÀM ñöôïc hôïp thaønh töø nhieàu ñoaïn caét moûng cuøng vaät lieäu gheùp laïi. Khi chòu taûi troïng gioáng nhau, caùc ñoaïn caét nhoû coù khuynh höôùng tröôït vaø Bôûi vì caùc öùng suaát keùo vaø neùn xaûy ra ôû maët döôùi vaø maët treân cuûa laøm cho daàm bò bieán daïng nhieàu hôn so vôùi daàm ñaëc. Ñaây laø lyù do moät daàm song song nhöng ngöôïc chieàu nhau, chuùng gaây ra caùc löïc maø moät daàm goã goàm nhieàu taám goã ñöôïc daùn dính laïi vôùi nhau thì caét doïc theo chieàu daøi cuûa daàm. (Hình 2.9). 14
15. chaéc hôn nhieàu so vôùi daàm goàm nhieàu taám goã nhö vaäy nhöng khoâng ñöôïc daùn dính (Hình 2.10). Tröôùc khi coù söï ra ñôøi cuûa caùc loaïi keo daùn hieäu quaû, caùc khoùa ñöôïc duøng ñeå choáng laïi söï tröôït maët do löïc caét giöõa caùc taám goã cuûa moät daàm goã nhieàu lôùp (Hình 2.11). Hình 2.8: Moâ hình minh hoïa söï so saùnh caùc daàm beâ-toâng khoâng coù coát theùp, coù coát theùp gia cöôøng, vaø öùng löïc tröôùc. Hình 2.9: Moâ hình minh hoïa öùng suaát caét cuïc boä theo phöông ñöùng vaø phöông ngang trong daàm. Caùc löïc caét naøy coù khuynh höôùng laøm bieán daïng tieát dieän hình vuoâng cuûa daàm thaønh hình bình haønh vôùi caùc löïc keùo vaø neùn töông öùng phaùt ÑOÄ VOÕNG sinh doïc theo hai ñöôøng cheùo. Ñieàu naøy gaây cho daàm laøm vieäc trong Caùc ñaëc ñieåm aûnh höôûng ñeán ñoä voõng cuûa moät daàm ñôn giaûn bao traïng thaùi gioáng nhö moät daøn (Hình 2.12 vaø 2.13). goàm khoaûng vöôït, chieàu cao vaø chieàu roäng, vaät lieäu, ñieåm ñaët taûi troïng, hình thöùc tieát dieän ngang, vaø hình daùng daàm theo chieàu daøi. 15
16. Hình 2.10: Moâ hình minh hoïa caùch thöùc söùc beàn choáng laïi öùng suaát caét ngang trong daàm ngaên cho noù khoâng laøm vieäc nhö nhöõng lôùp ñoäc laäp. Hình 2.12: Moâ hình minh hoïa söï laøm vieäc kieåu daøn ñeå choáng laïi bieán daïng uoán ôû ñoaïn giöõa daàm. Khoaûng vöôït Hình 2.11: Daàm goã gheùp, coù caùc khoùa goã giuùp caùc lôùp khoâng tröôït maët nhau. Ñoä voõng cuûa daàm gia taêng nhanh choùng theo laäp phöông khoaûng vöôït cuûa noù. Neáu khoaûng vöôït taêng gaáp ñoâi, ñoä voõng taêng theo heä soá 8 (Hình 2.14). 16
17. thay ñoåi chieàu cao laøm giaûm ñoä voõng nhieàu hôn nöõa. Ñoä voõng thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi laäp phöông chieàu cao. Chieàu cao taêng gaáp ñoâi seõ laøm giaûm ñoä voõng theo heä soá 8. Do vaäy, daàm seõ ñöôïc gia cöôøng hieäu quaû hôn khi ñöôïc theâm vaät lieäu theo caïnh chieàu cao hôn laø theo caïnh chieàu ngang (Hình 2.15). Hình 2.13: (a) Daàm goã hoãn hôïp laøm vieäc nhö daøn ñeå choáng laïi öùng suaát caét ngang giöõa caùc thanh caùnh thöôïng vaø haï. Hình thöùc naøy ñöôïc thay theá baèng (b) daàm vaùn eùp. Hình 2.15: Söï aûnh höôûng cuûa chieàu cao vaø chieàu roäng ñeán ñoä voõng cuûa daàm. Ñoä voõng thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi söï thay ñoåi chieàu roäng vaø theo laäp phöông söï thay ñoåi chieàu cao. Söùc beàn vaät lieäu Vôùi nhöõng daàm coù kích thöôùc gioáng nhau, ñoä voõng thay ñoåi tæ leä Hình 2.14: Söï aûnh höôûng cuûa khoaûng vöôït ñeán ñoä voõng. Ñoä voõng gia taêng theo nghòch vôùi moâ-ñun ñaøn hoài cuûa vaät lieäu (Hình 2.16). Moät daàm baèng laäp phöông söï thay ñoåi cuûa khoaûng vöôït. nhoâm seõ voõng nhieàu hôn gaáp ba laàn so vôùi daàm töông töï baèng theùp (coù moâ-ñun ñaøn hoài cao hôn gaáp ba laàn so vôùi vaät lieäu nhoâm). Chieàu cao vaø chieàu roäng Ñieåm ñaët taûi troïng Ñoä voõng cuûa moät daàm hình chöõ nhaät thay ñoåi theo caùc kích thöôùc tieát dieän ngang cuûa noù. Ñoä voõng thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi kích thöôùc caïnh Ñoä voõng taïi trung ñieåm daàm chòu aûnh höôûng bôûi ñieåm ñaët cuûa taûi ngang. Chieàu roäng taêng gaáp ñoâi seõ laøm giaûm ñoä voõng coøn moät nöûa; troïng, vaø gia taêng khi taûi troïng di chuyeån töø goái töïa vaøo trung ñieåm chieàu roäng taêng gaáp ba seõ laøm giaûm ñoä voõng coøn moät phaàn ba. Söï daàm (Hình 2.17). 17
18. nhaát. Vì tieát dieän chöõ I deã cheá taïo hôn so vôùi tieát dieän hình hoäp, tieát dieän hình I baûn roäng trôû neân laø löïa choïn toái öu cho caùc caáu truùc daàm theùp hieän nay (Hình 2.18). Hình 2.16: Söï aûnh höôûng cuûa söùc beàn vaät lieäu ñeán ñoä voõng cuûa daàm. Ñoä voõng thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi moâ-ñun ñaøn hoài cuûa vaät lieäu. Hình 2.18: Caùc hình thöùc thích hôïp cho daàm goã vaø daàm theùp (vaø caùc vaät lieäu khaùc coù söùc beàn neùn vaø keùo töông ñöông). Söùc beàn uoán gia taêng khi vaät lieäu ñöôïc phaân boá xa truïc trung hoøa toái ña maø vaãn ñaûm baûo söï laøm vieäc nhö moät daàm duy nhaát. Ví duï, muïc ñích cuûa baûn ñöùng trong daàm theùp hình baûn roäng laø ñeå taùch xa hai Hình 2.17: Söï aûnh höôûng cuûa ñieåm ñaët taûi troïng ñeán ñoä voõng cuûa daàm. Ñoä baûn caùnh thöôïng vaø haï (hai baûn taïo ra haàu heát söùc beàn chòu öùng suaát neùn vaø keùo) vaø voõng gia taêng khi taûi troïng ñeán gaàn trung ñieåm. ñeå taïo ra söùc beàn caét phöông ngang caàn thieát giuùp hai baûn caùnh thöôïng vaø haï khoâng tröôït nhau. Hình thöùc tieát dieän ngang Hình daùng daàm theo chieàu daøi Moät vaán ñeà ñoái vôùi daàm laø söï thieáu taûi cho phaàn vaät lieäu gaàn trung taâm tieát dieän ngang cuûa daàm. Nhö ñaõ ñeà caäp, caùc noäi löïc keùo vaø neùn Gioáng nhö tieát dieän ngang cuûa daàm ñöôïc toái öu hoùa baèng caùch gia lôùn nhaát trong daàm bò voõng xaûy ra taïi nhöõng phaàn vaät lieäu ngoaøi cuøng taêng toái ña vaät lieäu ôû caùc caïnh treân vaø döôùi, hình daùng daàm theo nhaát, vaø giaûm daàn ñeán khoâng taïi trung taâm (truïc trung hoøa). Neáu daàm chieàu daøi cuõng coù theå ñöôïc toái öu hoùa baèng caùch gia taêng chieàu cao coù tieát dieän ngang ñeàu ñaën (ví duï nhö hình chöõ nhaät), nhieàu phaàn vaät cuûa daàm taïi ñieåm maø moâ-men uoán lôùn nhaát xaûy ra doïc theo chieàu daøi lieäu gaàn truïc trung hoøa ôû giöõa coù theå boû ñi maø khoâng aûnh höôûng ñeán daàm. Vôùi moät daàm ñöôïc ñôõ chòu ñôn giaûn nhaän taûi phaân boá ñeàu doïc söùc beàn voõng chung cuûa daàm. Noùi caùch khaùc, söï phaân boá moät phaàn truïc, chieàu cao daàm lôùn nhaát toái öu laø taïi trung ñieåm khoaûng vöôït, vaø lôùn vaät lieäu xa truïc trung hoøa nhaát trong söï laøm vieäc cuûa daàm seõ laøm giaûm daàn veà phía hai ñaàu. Moâ-men taïi hai goái töïa ñaàu daàm baèng gia taêng söùc beàn voõng. Do vaäy, caùc tieát dieän ngang coù phaàn lôùn löôïng khoâng (giaû ñònh lieân keát khôùp coá ñònh hoaëc di ñoäng), theá neân khoâng vaät lieäu xa truïc trung hoøa nhaát (nhö hình hoäp hay chöõ I) laø hieäu quaû 18
19. caàn chieàu cao daàm ñeå choáng laïi moâ-men; taïi ñieåm naøy, yeâu caàu veà hoïc tam giaùc, khoâng chæ nhaèm taùch caùc thanh bieân maø coøn ñeå taïo söùc beàn caét quyeát ñònh chieàu cao daàm (Hình 2.19). ñöôïc söùc beàn caét. Caùc thanh buïng chæ thaúng ñöùng cuõng coù theå ñöôïc duøng ñeå taïo ra khoaûng caùch caàn thieát cho caùc thanh bieân, nhöng neáu ñeå choáng laïi öùng suaát caét ngang giöõa caùc thanh bieân daøn thì caùc lieân keát giöõa thanh buïng thaúng ñöùng vaø bieân daøn phaûi coá ñònh ñeå traùnh caùc hình chöõ nhaät bò bieán ñoåi thaønh hình bình haønh bôûi öùng suaát caét. (Nhôø söï oån ñònh hình hoïc cuûa hình tam giaùc, lieân keát trong daøn coù theå laø khôùp.) Ñöôïc goïi teân laø daàm Vierendeel (thænh thoaûng bò goïi sai laø daøn Vierendeel), ñaây laø moät hình thöùc keát caáu töông ñoái keùm hieäu quaû (so saùnh vôùi daøn toå hôïp tam giaùc). Caùc loã troáng hình chöõ nhaät ñöôïc taïo ra coù theå phuø hôïp vôùi nhöõng muïc ñích khaùc nhö laø khoaûng khoâng cho ñöôøng oáng hay ñöôøng daây kyõ thuaät (Hình 2.20). Hình 2.19: Moâ hình minh hoïa söï so saùnh söùc beàn uoán cuûa caùc hình daùng daàm khaùc nhau theo chieàu daøi. Toång löôïng vaät lieäu trong caùc daàm vaø taûi troïng taùc ñoäng laø nhö nhau. Daàm (c) voõng ít nhaát do vaät lieäu taäp trung ôû trung ñieåm daàm, nôi moâ-men uoán lôùn nhaát Daàm Vierendeel Moät caùch ñeå giaûm löôïng vaät lieäu taïi trung taâm daàm laø laøm moûng ñi thaân daøn (Hình 2.18). Moät caùch khaùc nöõa laø taïo loã roãng treân thaân Hình 2.20: Moâ hình minh hoïa söï so saùnh moät daøn toå hôïp tam giaùc (baát bieán daàm, chöøa laïi caùc thanh lieân keát caùc thanh caùnh thöôïng vaø haï. Neáu hình vôùi caùc lieân keát khôùp) vôùi daàm Vierendeel (bieán hình vôùi caùc lieân keát khôùp, baát bieán caùc loã roãng hình tam giaùc, daàm laøm vieäc nhö moät daøn söû duïng hình hình vôùi caùc lieân keát coá ñònh). 19
20. DAÀM CHÌA (COÂNG-XON)∗ Daàm chìa laø moät boä phaän lieân keát coá ñònh vôùi goái töïa chæ ôû moät ñaàu vaø nhaän taûi troïng gaây uoán cong vuoâng goùc vôùi truïc. Söï phaân boá öùng suaát Nhöõng hieåu bieát ban ñaàu veà söï laøm vieäc cuûa daàm ñöôïc boå sung nhôø vaøo nghieân cöùu cuûa Galileo vaøo naêm 1638, khi oâng ñöa ra giaû thuyeát cho vieäc tìm hieåu söï uoán cong cuûa moät daàm chìa. OÂng ñaõ ngoä nhaän raèng taát caû vaät lieäu chòu öùng suaát keùo ñoàng ñeàu vaø raèng öùng suaát neùn khoâng coù aûnh höôûng gì ñeán söï voõng cuûa daàm (Hình 2.21). Khoaûng 50 naêm sau ñoù, nhaø vaät lyù ngöôøi Phaùp Edme Mariotte ñöa ra keát luaän ñuùng ñaén raèng phaàn nöûa treân cuûa daàm chòu öùng suaát keùo vaø nöûa döôùi chòu öùng suaát neùn. Nhö theá, öùng suaát trong daàm chìa cuõng gioáng nhö trong daàm ñôn giaûn, chæ khaùc laø chuùng ngöôïc chieàu nhau. Hình 2.21: Thí nghieäm cuûa Galileo veà bieán daïng uoán trong daàm chìa. Moâ-men cöïc ñaïi xaûy ra gaàn ñieåm töïa (goác) bôûi vì caùnh tay ñoøn moâ- men (khoaûng caùch ñeán taûi troïng ôû ñaàu) laø lôùn nhaát taïi ñoù. Vaø neáu daàm coù tieát dieän ngang nhö nhau suoát chieàu daøi cuûa noù thì chính taïi ñaây öùng suaát uoán cöïc ñaïi xaûy ra. Phaàn chieàu daøi coøn laïi cuûa daàm coù öùng suaát giaûm daàn khi khoaûng caùch ñeán taûi troïng giaûm. Vì haàu heát vaät lieäu trong daàm laøm vieäc thieáu taûi, hình thöùc tieát dieän ngang ñoàng nhaát laø khoâng hôïp lyù. Ñeå höõu duïng nhaát, chieàu cao daàm neân giaûm daàn ñeå öùng suaát uoán giöõ khoâng thay ñoåi (Hình 2.22 vaø 2.23). ÑOÄ VOÕNG CUÛA DAÀM CHÌA Hình 2.22: Vì moâ-men uoán trong moät daàm chìa nhaän taûi troïng taïi ñaàu gia taêng theo khoaûng caùch ñeán ñieåm töïa, chieàu cao daàm caàn thieát lôùn nhaát laø taïi ñieåm töïa vaø Ñoä voõng cuûa daàm chìa chòu aûnh höôûng bôûi chieàu daøi, chieàu cao vaø nhoû nhaát taïi ñaàu töï do. Ñaây laø hình daùng thích hôïp nhaát cho daàm chìa, vì öùng suaát chieàu roäng, vaät lieäu, ñieåm ñaët taûi troïng, vaø hình thöùc tieát dieän ngang, uoán seõ töông ñoái ñoàng ñeàu doïc chieàu daøi daàm. ∗ Tieáng Anh: cantilever 20
21. theo kieåu caùch vaø möùc ñoä gioáng nhö moät daàm ñôn giaûn. Daàm chìa laøm vieäc gioáng nhö moät nöûa daàm ñöôïc chòu hai ñaàu ñôn giaûn laät ngöôïc (xem Hình 2.14 ñeán 2.17). Hình 2.24: Söï so saùnh daàm chìa vaø daàm vöôn ngoaøi. Daàm vöôn ngoaøi voõng nhieàu hôn daàm chìa do noù coù theå quay taïi ñieåm lieân keát ñôn giaûn (beân traùi). Neáu ñieåm goái töïa cuûa daàm vöôn ngoaøi laø cöùng thì ñoä voõng cuûa noù gioáng nhö cuûa daàm chìa. Hình 2.23: Caây coï, coät côø, coät buoàm khoâng coù giaèng laø nhöõng ví duï cuûa daàm chìa phöông ñöùng vôùi lieân keát cöùng taïi chaân. Ñeå yù raéng, taát caû ñeàu coù daùng thuoân keùo ôû maët treân, öùng suaát neùn maët döôùi, vaø ñöôøng cong bieán daïng laø nhoû ôû ñaàu, voán laø hình daùng hôïp lyù nhaát cuûa daàm chìa. ñöôøng cong loài. Taïi khoaûng giöõa daàm, söï laøm vieäc ngöôïc laïi: öùng suaát keùo suaát hieän ôû maët döôùi, öùng suaát neùn maët treân, vaø ñöôøng cong DAÀM CHÌA SO SAÙNH VÔÙI DAÀM VÖÔN NGOAØI∗ bieán daïng loõm xuoáng. Caùc moâ-men uoán cöïc ñaïi xaûy ra ôû ñieåm vöôït qua ñieåm töïa vaø ôû trung ñieåm khoaûng vöôït; tuy nhieân, moâ-men ôû caû Thuaät ngöõ daàm chìa thænh thoaûng ñöôïc duøng sai ñeå goïi hình thöùc daàm hai vò trí naøy ñeàu nhoû hôn moâ-men cöïc ñaïi (taïi trung ñieåm) cuûa moät vöôn ngoaøi ñieåm goái töïa (khôùp) xa nhaát; noù khaùc daàm chìa ôû ñaëc daàm ñôn giaûn ñöôïc chòu hai ñaàu. Vì lyù do ñoù, daàm lieân tuïc coù theå coù ñieåm ñieåm goái töïa cuoái khoâng coá ñònh, vaø do ñoù, töï do quay khi baêng tieát dieän ngang nhoû hôn so vôùi daàm ñôn giaûn töông töï ñöôïc chòu hai ngang qua coät (Hình 2.24). ñaàu vaø thöôøng ñöôïc söû duïng nhieàu hôn ñeå tieát kieäm chi phí xaây döïng. DAÀM LIEÂN TUÏC Daàm Gerber Daàm lieân tuïc laø moät daàm ñôn giaûn vöôït qua nhieàu ñieåm töïa. Noù khaùc Trong moät daàm lieân tuïc (Hình 2.25), ñöôøng cong bieán daïng thay ñoåi vôùi moät chuoãi daàm ñôn giaûn töông töï ñöôïc chòu hai ñaàu (Hình 2.25). töø ñöôøng cong loài (baêng treân ñieåm töïa) sang cong loõm (trung ñieåm Khi moät daàm lieân truïc vöôït qua moät ñieåm töïa, noù sinh ra öùng suaát khoaûng vöôït). Taïi ñieåm uoán (ñieåm thay ñoåi chieàu ñöôøng cong), moâ- men giaûm baèng khoâng vaø khoâng coù bieán daïng uoán. Vì vaäy, lieân keát ∗ Tieáng Anh: overhanging beam 21
22. khôùp coù theå ñöôïc theâm vaøo daàm taïi ñieåm uoán maø khoâng daãn ñeán söï thay ñoåi trong söï laøm vieäc keát caáu. Daàm lieân tuïc khi ñoù trôû neân moät söï keát hôïp nhieàu daàm ñôn giaûn vöôït khoaûng ngaén töïa treân caùc ñaàu cuûa nhöõng daàm vöôn ngoaøi. Vì nhòp tính toaùn nhoû ñi, daàm giöõa coù theå coù tieát dieän ngang nhoû hôn nhieàu so vôùi daàm ñöôïc chòu ôû hai ñieåm töïa. Daàm nhö theá ñöôïc goïi theo teân cuûa moät kyõ sö ngöôøi Ñöùc Heinrich Gerber, ngöôøi aùp duïng noù ñaàu tieân (Hình 2.26). Hình 2.26: Daàm Gerber coù lieân keát khôùp taïi ñieåm uoán, giuùp cho chieàu daøi giöõa hai ñaàu cuûa caùc daàm vöôn ngoaøi ngaén hôn; tieát dieän ngang cuûa daàm ôû giöõa coù theå giaûm ñaùng keå. (a) Ñöôøng cong bieán daïng uoán cuûa moät daàm lieân tuïc cho thaáy caùc ñieåm uoán, vaø (b) daàm Gerber vôùi lieân keát khôùp taïi nhöõng ñieåm uoán. HEÄ DAÀM GIAO HAI PHÖÔNG Heä daàm giao hai phöông (heä daàm hai phöông) coù caùc daàm vöôït theo hai phöông vaø caùc daàm theo phöông naøy giao caét vôùi caùc daàm phöông kia. Moät heä daàm hai phöông tieâu bieåu ñöôïc chòu ôû boán caïnh cuûa moät maët baèng gaàn hình vuoâng, vaø khi ñoù chieàu cao daàm coù theå nhoû hôn so vôùi trong tröôøng hôïp heä vöôït moät phöông töông öùng. Hình 2.25: Söï so saùnh (a) daàm lieân tuïc vaø (b) caùc daàm ñöôïc ñôõ chòu ñôn giaûn Trong moät heä daàm hai phöông, moãi daàm rieâng leû noùi chung seõ ñöôïc cuøng kích thöôùc. Moâ-men uoán lôùn nhaát taïi vò trí daàm cong nhieàu nhaát. Trong daàm lieân chòu moät phaàn bôûi caùc daàm giao nhau vuoâng goùc. Khi coù taûi troïng taäp tuïc, khoâng coù moâ-men taïi ñieåm uoán—vò trí ñöôøng cong loài chuyeån thaønh ñöôøng cong trung ñaët taïi giao ñieåm cuûa hai daàm trong moät heä, caû hai daàm bò loõm. voõng, cuøng vôùi caùc daàm laân caän. Hôn nöõa trong bieán daïng uoán naøy, 22
23. söï taùc ñoäng laãn nhau daãn ñeán caùc daàm lieàn keà bò xoaén. Ñieàu naøy xaûy daàm, maëc duø vaäy noù khaùc vôùi moät chuoãi daàm ñoäc laäp ñöôïc xeáp lieân ra do caùc daàm vuoâng goùc lieân keát coá ñònh vôùi nhau (Hình 2.27). tuïc töông ñöông. Khi coù moät taûi troïng taäp trung taùc ñoäng leân chuoãi daàm nhö theá, chæ daàm naøo nhaän löïc bò uoán voõng. Nhöng vì caùc daàm ñôõ saøn ñöôïc lieân keát vaø laøm vieäc cuøng nhau, khi moät taûi troïng taùc ñoäng taïi moät ñieåm, nhöõng phaàn saøn keá caän seõ cuøng khaùng laïi bieán daïng voõng. Taûi troïng ñöôïc phaân boá theo phöông ngang trong baûn saøn nhôø vaøo söùc beàn caét giöõa phaàn nhaän löïc vaø nhöõng phaàn keà caän. Do vaäy, vieäc nhaän taûi troïng taäp trung seõ gaây neân bieán daïng uoán cuïc boä vuoâng goùc vôùi phöông khoaûng vöôït chính, daãn ñeán hieän töôïng xoaén trong saøn (Hình 2.28). Hình 2.27: Bieán daïng cuûa moät heä daàm giao hai phöông döôùi taùc ñoäng cuûa taûi troïng taäp trung. Caùc daàm trong moät heä caàn thieát giao nhau, vaø tính lieân tuïc cuûa caû heä ñaûm baûo söï laøm vieäc chòu uoán hai phöông naøy. Moät soá loaïi vaät lieäu cho pheùp heä daàm laøm vieäc trong ñaëc ñieåm naøy deã daøng hôn so vôùi nhöõng loaïi khaùc. Beâ-toâng coát theùp deã daøng hình thaønh neân heä daàm, vôùi yeâu caàu caùc loõi theùp gia cöôøng baêng lieân tuïc qua caùc ñieåm giao nhau. Caùc daàm theùp hoäp coù theå ñöôïc haøn vôùi nhau taïi giao ñieåm ñeå taïo ñöôïc tính lieân tuïc caàn thieát cuûa heä. Caùc daàm goã laïi khaùc, phaûi Hình 2.28: Söï so saùnh cuûa moät saøn goàm moät chuoãi daàm ñoäc laäp. (a) Moät chuoãi khoâng lieân tuïc (ít nhaát laø trong moät phöông) taïi nhöõng giao ñieåm, vaø daàm döôùi taùc ñoäng cuûa taûi troïng taäp trung―Ñeå yù raèng, chæ coù daàm nhaän löïc bò do ñoù vaãn luoân khoâng thích hôïp cho heä daàm hai phöông. voõng vì noù tröôït qua giöõa caùc daàm keà caän. (b) Trong moät baûn saøn, caùc vuøng keà caän ñöôïc lieân keát vôùi phaàn nhaän taûi troïng vaø cuøng chòu bieán daïng. (c) Caùc phaàn keà caän bò SAØN xoaén do taùc duïng cuûa öùng suaát caét. (d) Vì ñaëc ñieåm naøy, baûn saøn bò voõng theo hai Saøn laø moät boä phaän chòu uoán phaân boá taûi troïng theo moät hoaëc nhieàu phöông, vaø do vaäy, cöùng hôn (ñoái vôùi moät beà daøy nhaát ñònh) so vôùi moät chuoãi daàm phöông trong moät maët naèm ngang. Tính chòu uoán cuûa saøn gioáng nhö ñoäc laäp. 23
24. Saøn toát nhaát ñöôïc caáu taïo baèng beâ-toâng coát theùp. Tuy vaäy, söï laøm vieäc cuûa saøn coù theå ñöôïc ñaùp öùng baèng nhöõng loaïi vaät lieäu khaùc, ñaëc bieät laø goã. CAÙC HÌNH THÖÙC SAØN Daàm thöôøng ñöôïc phaân loaïi theo ñaëc ñieåm cuûa heä chòu löïc gaây neân bieán daïng voõng khaùc nhau cho saøn (Hình 2.29). Saøn moät phöông vaø saøn hai phöông Saøn moät phöông ñöôïc chòu lieân tuïc bôûi hai boä phaän chòu löïc song song (daàm hay töôøng) vaø choáng laïi bieán daïng uoán chuû yeáu theo moät phöông. Saøn hai phöông ñöôïc chòu lieân tuïc ôû boán caïnh (bôûi daàm hoaëc töôøng) vaø choáng laïi bieán daïng uoán theo caû hai phöông. Saøn hai phöông cöùng chaéc hôn (vaø coù theå moûng hôn) so vôùi saøn moät phöông Hình 2.29: Caùc hình thöùc saøn. töông öùng. Saøn hai phöông thích hôïp nhaát khi khoaûng caùch caùc boä phaän chòu löïc saøn töông ñoái ñoàng ñeàu (hôïp thaønh hình vuoâng). söï boá trí coät baát thöôøng. Ñoái vôùi khoaûng vöôït hay taûi troïng lôùn hôn, öùng suaát caét chung quanh coät thöôøng ñöôïc choáng laïi nhôø vaøo muõ coät. Saøn phaúng (saøn khoâng daàm) Saøn ña söôøn∗ Caùc saøn ñöôïc chòu chæ taïi caùc ñieåm baèng coät ñöôïc goïi laø saøn phaúng. Maëc duø coù hình thöùc ñôn giaûn, heä saøn phaúng taïo ra söï taäp trung öùng Saøn coù theå ñöôïc gia cöôøng baèng söôøn ñeå tieát kieäm vaät lieäu, taûi troïng, suaát caét lôùn chung quanh ñaàu coät laøm coät coù khuynh höôùng ñaâm vaø chi phí. Baèng beâ-toâng coát theùp, saøn ña söôøn ñöôïc thieát keá coù haàu thuûng saøn. Do ñoù, saøn phaúng beâ-toâng coát theùp phaûi ñöôïc gia cöôøng heát löôïng beâ-toâng naèm ôû maët treân (nôi caàn vaät lieäu chòu neùn), vaø haàu chaéc chaén. Tuy nhieân, chi phí thaáp ñi cho taám khuoân vaø chieàu cao heát löôïng theùp gia cöôøng beân döôùi trong caùc söôøn (nôi caàn gia cöôøng saøn-ñeán-saøn giaûm buø laïi hôn nhieàu chi phí gia cöôøng, saøn phaúng vaãn nhaát). Saøn ña söôøn ñöôïc phaân loaïi tuøy theo khoaûng vöôït laø moät ñöôïc öa duøng cho caùc coâng trình khoaûng vöôït ngaén. Cho moät soá theå phöông (saøn ña söôøn song song) hay hai phöông (saøn oâ côø). loaïi coâng trình (nhö khaùch saïn vaø nhaø ôû caên hoä), maët döôùi saøn chæ caàn sôn ñeå hoaøn thieän traàn vôùi chi phí raát thaáp. Moät öu ñieåm nöõa laø tính töông thích cuûa saøn phaúng vôùi caùc khoâng gian kieán truùc ñoøi hoûi ∗ Tieáng Anh: ribbed slab 24
25. Söôøn song song Caùc söôøn beâ-toâng ngaøy nay ñöôïc thi coâng kinh teá hôn vôùi taám khuoân theùp taùi söû duïng hình chöõ U (Hình 2.31a). Ñoái vôùi giaûi phaùp thi coâng Söôøn beâ-toâng laøm vieäc tích hôïp vôùi baûn saøn beân treân. Caùc söôøn laép gheùp, daàm chöõ T keùp beâ-toâng coát theùp tieàn cheá ñöôïc söû duïng roäng thöôøng ñöôïc thieát keá vöôït giöõa caùc daàm lôùn hôn; thoâng thöôøng, daàm raõi (Hình 2.31b). ÔÛ nhöõng nôi ñieàu kieän khí haäu thích hôïp, caáu taïo vöôït khoaûng caùch ngaén cuûa moät maët baèng hình chöõ nhaät, vaø caùc söôøn söôøn goã ñöôïc duøng phoå bieán cho caáu taïo saøn nhaø ôû. Neàn saøn baèng goã ñöôïc boá trí theo phöông caïnh daøi. daùn ñöôïc ñoùng ñinh (vaø thöôøng laø daùn keo) leân maët treân cuûa caùc söôøn goã naèm gaàn nhau ñeå cuøng khaùng chòu öùng suaát uoán (Hình 2.31c). Tröôùc ñaây, ngöôøi ta thöôøng söû duïng gaïch boäng, ñaët coù khaûng caùch treân maët taám khuoân (Hình 2.30), roài ñaët loõi theùp gia cöôøng vaøo ñaùy cuûa khoaûng troáng; sau ñoù ñoå beâ-toâng laáp caùc khoaûng troáng giöõa caùc vieân gaïch (ñeå taïo caùc söôøn cöùng) vaø leân treân caùc vieân gaïch ñeå taïo baûn saøn. Sau khi taám khuoân ñöôïc thaùo dôõ, caùc vieân gaïch boäng vaãn ôû ñuùng vò trí. Caùch thöùc naøy laø moät löïa choïn söû duïng vaät lieäu nheï vaø kinh teá. Maët döôùi saøn ñöôïc hoaøn thieän vôùi caùc vaät lieäu caáu taïo traàn (thöôøng laø traàn treo ñeå taïo khoaûng khoâng kyõ thuaät). Hình 2.31: Caùc hình thöùc saøn ña söôøn. Hình 2.30: Saøn ña söôøn söû duïng gaïch boäng. 25
26. Saøn oâ côø hình daùng maët baèng hôïp lyù nhaát laø hình vuoâng. Caùc oâ troáng ñöôïc thi coâng nhôø vaøo caùc khuoân vuoâng baèng kim loaïi hay sôïi thuûy tinh; beà Saøn ña söôøn beâ-toâng hai phöông thöôøng ñöôïc goïi laø saøn oâ côø (Hình maët beâ-toâng hoaøn thieän coù theå ñöôïc ñeå loä cho thaáy hình thöùc keát caáu 2.31d). Hình thöùc naøy laøm vieäc töông töï nhö heä daàm giao hai phöông ñeïp maét. Chung quanh ñaàu coät thöôøng khoâng coù caùc oâ troáng ñeå gia vôùi moät ñieåm ngoaïi leä laø baûn saøn lieân truïc treân caùc söôøn laø moät boä taêng söùc chòu caét. phaän tích hôïp thoáng nhaát cuûa caû heä. Saøn oâ côø vöôït caû hai phöông, vaø 26
27. 3 KHUNG PHAÚNG Daàm, saøn, coät, vaø töôøng chòu löïc keát hôïp nhau hình thaønh caùc khung phaúng tröïc giao (taïo baèng caùc ñöôøng thaúng)―heä chòu löïc phoå bieán nhaát trong caùc coâng trình. Trong moät khung, taûi troïng ñöôïc phaân boá theo phöông ngang (thoâng qua daàm) ñeán coät theo phöông ñöùng (roài xuoáng moùng). Moät khung nhö vaäy ñöôïc goïi laø hình thöùc caáu taïo coät- daàm. Saøn coù theå ñöôïc duøng thay cho daàm vaø töôøng chòu löïc thay cho coät, nhöng söï laøm vieäc vaãn töông töï. Theâm vaøo caùc boä phaän theo phöông ñöùng vaø ngang naøy, moät heä khung phaûi coù heä giaèng ngang ñeå choáng laïi taûi troïng phöông ngang, nhö löïc gioù hay ñòa chaán (Hình 3.1). Heä khung phaúng tröïc giao coù theå ñöôïc phaân loaïi theo soá löôïng lôùp Hình 3.1: Moät heä khung phaúng tieâu bieåu bao goàm caùc thaønh phaàn vöôït phöông keát caáu theo phöông ngang trong heä. Heä moät lôùp thöôøng goàm moät ngang (baûn saøn hoaëc daàm), caùc thaønh phaàn ñôõ chòu phöông ñöùng (coät hoaëc töôøng), baûn saøn moät phöông vöôït giöõa hai töôøng chòu löïc song song. Heä hai vaø caùc boä phaän giaèng choáng xoâ ngang. lôùp thöôøng goàm coù moät baûn saøn ñöôïc chòu treân caùc daàm song song goái leân hai töôøng chòu löïc song song hoaëc treân moät daõy coät (moãi daàm SÖÏ OÅN ÑÒNH PHÖÔNG NGANG ñaët treân moät coät). Heä ba lôùp thöôøng bao goàm moät baûn saøn ñöôïc chòu Caùc khung phaúng tröïc giao caàn ñöôïc oån ñònh tröôùc caùc löïc gioù vaø caùc treân caùc söôøn caùch khoaûng ngaén goái leân caùc daàm (vuoâng goùc vôùi löïc xoâ ngang khaùc. Moät caùch toång quaùt, coù caùc nguyeân taéc sau ñeå söôøn), vaø cuoái cuøng ñöôïc ñôõ bôûi coät (Hình 3.2). giuùp ñaït ñöôïc söï oån ñònh naøy: chuyeån thaønh heä tam giaùc (theâm thaønh phaàn ñeå chuyeån heä khung thaønh toå hôïp nhieàu hình tam giaùc, voán laø hình daùng hình hoïc oån ñònh), söû duïng lieân keát cöùng (taïo caùc lieân keát cöùng giöõa caùc thaønh phaàn khung giao nhau), duøng töôøng chòu caét (lôïi 27
28. duïng söùc beàn caét cuûa moät caáu kieän daïng baûn ñeå choáng laïi bieán daïng cho khung) (Hình 3.3 ñeán 3.8). Hình 3.4: Söï oån ñònh phöông ngang nhôø vaøo ñaëc ñieåm hình tam giaùc: (a) moät khung hình chöõ nhaät vôùi caùc lieân keát khôùp bò bieán hình; (b) theâm daây caùp giaèng cheùo giuùp oån ñònh theo moät höôùng (khi daây caùp chòu keùo), (c) nhöng khoâng giuùp oån ñònh theo höôùng ngöôïc laïi (daây caùp khoâng theå chòu neùn); (d) theâm daây caùp giaèng cheùo thöù hai Hình 3.2: Heä khung phaúng ñöôïc phaân loaïi theo soá lôùp caùc thaønh phaàn phöông giuùp oån ñònh theo caû hai höôùng; (e) moät thanh giaèng cheùo giuùp oån ñònh theo caû hai ngang. höôùng, bôûi vì noù coù theå laøm vieäc caû chòu keùo laãn (f) chòu neùn. Hình 3.5: Söï oån ñònh phöông ngang nhôø vaøo lieân keát cöùng: moät lieân keát beân Hình 3.3: Söï oån ñònh phöông ngang nhôø vaøo ñaëc ñieåm hình tam giaùc: khung tam treân cöùng seõ laøm khung oån ñònh (khi ñoù, noù laøm vieäc nhö moät khung tam giaùc baát bieán giaùc vôùi caùc lieân keát khôùp laø baát bieán hình. Nhaéc laïi raèng, khoâng theå thay ñoåi hình daùng hình). Nhieàu hôn moät lieân keát cöùng seõ laøm gia taêng ñoä cöùng cho khung, nhöng gaây cho hình tam giaùc khi chieàu daøi cuûa moät hay nhieàu caïnh khoâng thay ñoåi. heä trôû neân sieâu tónh. 28
29. Hình 3.6: Söï oån ñònh phöông ngang nhôø vaøo lieân keát cöùng: coät ñöôïc lieân keát cöùng vôùi neàn, nhö moät daàm chìa ñöùng. Moät lieân keát ôû chaân cöùng seõ taïo ñöôïc söï oån ñònh (khung laøm vieäc nhö moät khung tam giaùc baát bieán hình). Cuõng nhö treân, nhieàu hôn moät lieân keát cöùng seõ laøm gia taêng ñoä cöùng cho khung, nhöng gaây cho heä trôû neân sieâu tónh. NHÒP Nhòp laø moät khoaûng chia giöõa caùc khung keát caáu laëp laïi, ñöôïc xaùc ñònh bôûi khoaûng caùch cuûa coät (hoaëc töôøng chòu löïc). Caùc oâ saøn keát caáu bình thöôøng coù caùc coät doïc theo taát caû boán caïnh cuûa oâ (Hình 3.9). Maëc daàu coù hình thöùc ñôn giaûn, caùch boá trí naøy gaây cho caùc coät ôû giöõa chòu taûi troïng lôùn nhaát, caùc coät bieân nhaän taûi troïng baèng phaân Hình 3.7: Söï oån ñònh phöông ngang nhôø vaøo lieân keát cöùng: khung ba khôùp. (a) nöûa cuûa coät giöõa,vaø caùc coät ôû goùc nhaän taûi troïng chæ baèng moät phaàn Khung hình nguõ giaùc seõ bieán hình vôùi boán lieân keát khôùp hoaëc nhieàu hôn. (b) Coá ñònh hai lieân tö cuûa coät giöõa. Nhaèm caân baèng taûi troïng leân caùc coät, oâ saøn nöûa ñöôïc keát ôû giöõa seõ giuùp khung oån ñònh, laøm vieäc nhö moät khung tam giaùc (neùt ñöùt). (c) aùp duïng cho caùc coät ôû bieân, söû duïng caùc daàm vöôn ngoaøi. Caùch naøy Töông töï, coá ñònh hai lieân keát ôû chaân cuõng giuùp khung oån ñònh. (d) Luaät chung laø, ñeå oån giuùp phaân boá ñoàng ñeàu taûi troïng leân taát caû caùc coät vaø giaûm soá löôïng ñònh, moät khung môû khoâng coù nhieàu hôn ba lieân keát khôùp trong soá caùc lieân keát. Noùi coät (vaø moùng) caàn thieát. caùch khaùc, caùc khung nhö vaày phaûi laøm vieäc töông ñöông nhö khung tam giaùc ñeå ñöôïc oån ñònh. KHUNG CÖÙNG moâ hình trong Hình 3.10. Neáu coät ñöôïc lieân keát cöùng vôùi daàm, heä laø Söï laøm vieäc cuûa moät khung coät-daàm ñôn giaûn (lieân keát khôùp ôû ñænh) moät khung cöùng. Neáu daàm ñöôïc chòu ôû hai ñaàu (coät töï do quay) vaø thay ñoåi raát nhieàu khi lieân keát coät-daàm ñöôïc caáu taïo cöùng. Xem xeùt nhaän taûi troïng ñoàng ñeàu doïc chieàu daøi, noù seõ voõng vaø coät daïng chaân 29
30. ra; moät khung cöùng coù lieân keát khôùp di ñoäng ôû chaân coät cuõng laøm vieäc töông töï nhö vaäy. Neáu chaân coät bò haïn cheá khoâng daïng ra ngoaøi ñöôïc (neáu chaân coät laø lieân keát khôùp), coät seõ uoán cong vaø khi ñoù cuøng taïo theâm söùc beàn uoán cuûa caû heä, giuùp daàm beân treân voõng ít hôn. Hình 3.8: Söï oån ñònh phöông ngang nhôø vaøo vaùch cöùng. Theâm moät böùc töôøng traùm bít khung coù taùc duïng nhö laø theâm giaèng cheùo, bôûi vì hình daùng cuûa töôøng khoâng theå bò bieán daïng khi vaät lieäu töôøng khoâng bò keùo giaõn hay neùn laïi. Hình 3.10: Moâ hình minh hoïa söï laøm vieäc cuûa khung cöùng: (a) khung cöùng khoâng taûi, (b) nhaän taûi troïng phaân boá ñeàu, ñöôïc ñôõ chòu ñôn giaûn taïi ñaàu coät (coät daïng ra), (c) khung cöùng nhaän taûi troïng phaân boá ñeàu, lieân keát khôùp ôû chaân (coät uoán cong, daàm voõng ít hôn), vaø (d) khung cöùng nhaän taûi troïng phaân boá ñeàu, lieân keát coá ñònh ôû chaân (coät uoán cong theo hai höôùng, daàm voõng ít hôn nöõa). Ñöôøng cong parabola neùt chaám ôû Hình 3.11 bieåu thò hình daùng cong toái öu ñeå nhaän taûi troïng phaân boá ñeàu. Neáu khung mang hình daùng naøy, noù seõ khoâng uoán cong. Möùc ñoä voõng (moâ-men) phuï thuoäc tröïc tieáp vaøo söï chuyeån ñoåi hình thöùc khung so vôùi hình daùng toái öu naøy. ÔÛ nhöõng vò trí coù söï khaùc nhau nhieàu nhaát (taïi trung ñieåm khoaûng Hình 3.9: Caùc hình thöùc oâ saøn: (a) nhöõng oâ saøn ñôn giaûn, caàn 24 coät; (b) coù vöôït vaø taïi caùc ñieåm lieân keát cöùng giöõa coät vaø daàm), moâ-men uoán lôùn caùc oâ saøn vöôn ra ngoaøi truïc coät ôû hai caïnh, caàn 20 coät; vaø (c) coù caùc oâ saøn vöôn nhaát vaø chieàu cao khung caàn laø lôùn nhaát. ÔÛ nhöõng vò trí maø söï khaùc ngoaøi ôû boán caïnh, caàn 15 coät. bieät laø nhoû nhaát (taïi caùc chaân coät vaø caùc ñieåm moät phaàn tö khoaûng 30
31. vöôït cuûa daàm), moâ-men uoán baèng khoâng vaø khung coù theå ñöôïc lieân keát khôùp. Nhöng vì nhö vaäy coù theå gaây neân söï maát oån ñònh, trong khung boán khôùp, caùc ñieåm lieân keát beân treân thöôøng coù tieát dieän gia taêng. Hình 3.11: Moâ-men uoán taïi töøng ñieåm trong moät khung cöùng ñeàu ñöôïc quyeát Hình 3.12: Moâ hình minh hoïa söï truyeàn taûi troïng trong moät khung cöùng nhieàu ñònh bôûi möùc ñoä khaùc nhau giöõa hình daùng cuûa khung vôùi hình daùng cong toái öu khoâng nhòp. Phaàn nöûa traùi cuûa khung coù caùc lieân keát cöùng; ñeå yù moâ-men uoán ñöôïc truyeàn ñi sinh ra bieán daïng uoán (ñöôøng parabola trong tröôøng hôïp naøy). Phaàn naøo cuûa khung nhö theá naøo qua caùc ñieåm lieân keát gaây bieán daïng cho caùc thaønh phaàn lieàn keà giuùp naèm caøng xa ñöôøng parabola thì moâ-men caøng lôùn vaø caàn chieàu cao tieát dieän caøng chuùng cuøng taïo ra söùc beàn uoán choáng laïi söï taùc ñoäng cuûa taûi troïng. Phaàn nöûa beân lôùn. Taïi ñieåm giao nhau giöõa ñöôøng parabola vaø khung, moâ-men uoán baèng khoâng, vaø coù phaûi cuûa khung coù caùc lieân keát khôùp; ñeå yù moâ-men uoán giöõ aûnh höôûng cuïc boä vôùi taùc theå laø moät lieân keát khôùp. Trong moät khung boán khôùp, lieân keát caàn coù ñoä lôùn nhaát ñònh ñoäng toái thieåu nhö theá naøo ñeán caùc thaønh phaàn lieàn keà, vaø nhö vaäy, chæ thaønh phaàn ñeå ñaûm baûo söï oån ñònh. chòu taûi môùi sinh ra söùc beàn uoán. Khung cöùng nhieàu nhòp seõ truyeàn moâ-men uoán, vaø ñoä voõng xaûy ra ôû baát kyø moät oâ saøn naøo (khi nhaän taûi troïng) ñeàu ñöôïc chung chòu bôûi caùc oâ laân caän. Ñaëc ñieåm Khi caùc khung phaúng tröïc giao cöùng ñöôïc laëp laïi, caùc lieân keát coá ñònh töông taùc giöõa caùc oâ saøn lieàn keà daãn ñeán söùc beàn uoán cuûa nhieàu oâ saøn 31
32. keát hôïp nhau taïo neân moät caáu truùc vöõng chaéc hôn. Ñieàu ñoù cuõng coù CAÁU TAÏO KHUNG NHEÏ nghóa laø bieán daïng ôû moät oâ saøn ñöôïc truyeàn khaép caû caáu truùc. Moâ hình ôû Hình 3.12 cho thaáy caùc kieåu caùch lieân keát khaùc nhau cuûa Maëc duø caùc töôøng nheï caáu taïo goã ñöôïc hình thaønh töø nhieàu thanh khung (cöùng hay laø khôùp) aûnh höôûng nhö theá naøo ñeán caùch thöùc taûi ñöùng (laøm vieäc nhö coät) rieâng reõ, khoaûng caùch nhoû giöõa chuùng, cuøng troïng uoán ñöôïc phaân boá trong moät caáu truùc goàm nhieàu khung. Vieäc vôùi caùc thanh treân cuøng vaø thanh ñaùy lieân tuïc vaø caùc taám bao che cuûa quyeát ñònh moät khung neân coù caáu taïo laø khung cöùng hay khoâng raát töôøng laøm cho caáu taïo naøy laøm vieäc nhö moät böùc töôøng chòu löïc lieân phöùc taïp vaø ñoøi hoûi nhieàu söï phaân tích vaø kinh nghieäm (Hình 3.13). tuïc. (Töông töï, caùc daàm naèm gaàn nhau cuøng vôùi caùc taám laùt baèng goã daùn laøm vieäc nhö moät baûn saøn hôn laø nhö nhieàu daàm rieâng reõ.) Daàm lanh-toâ (daàm ngaén chòu taûi lôùn) ñöôïc duøng ñeå baêng qua caùc loã cöûa, truyeàn taûi troïng töôøng lieân tuïc ñeán hai beân cuûa loã cöûa ñeán caùc thanh ñöùng, nhaän vaø truyeàn taûi troïng gia taêng xuoáng moùng. Söï oån ñònh phöông ngang thöôøng nhôø vaøo söùc chòu caét cuûa caùc taám bao cöùng (Hình 3.14). Hình 3.14: Hình thöùc vaùch ñöôïc söû duïng phoå bieán trong caáu taïo khung nheï baèng goã goàm coù caùc thanh ñöùng caùch khoaûng gaàn nhau, caùc thanh bieân lieân tuïc treân cuøng vaø ôû caïnh ñaùy, vaø laøm vieäc nhö moät böùc töôøng chòu löïc. Caùc taám oáp baèng goã daùn (hay töông töï) laøm gia taêng caû khaû naêng chòu löïc laãn söùc beàn caét. Hình 3.13: Moâ hình minh hoïa nhöõng aûnh höôûng cuûa söï thay ñoåi ñoä cöùng cuûa daàm vaø coät khi moät boä khung coâng trình chòu taùc ñoäng bôûi taûi troïng xoâ ngang. 32
33. CHÖÔNG II HEÄ TOÅ HÔÏP TAM GIAÙC Caáu truùc toå hôïp tam giaùc laø caáu truùc toå hôïp caùc thaønh phaàn caáu kieän cuûa chuùng. Nhöõng löïc uoán naøy thöôøng ñöôïc boû qua trong heä toå hôïp laøm vieäc chæ trong traïng thaùi chòu neùn hoaëc chòu keùo doïc theo truïc tam giaùc vì chuùng khoâng ñaùng keå so vôùi caùc löïc doïc truïc. cuûa chuùng, lieân keát khôùp vôùi nhau theo caùc ñôn vò hình tam giaùc. Caáu truùc naøy bao goàm khung khoâng gian, voøm traéc ñòa, daây caùp treo. Tính oån ñònh veà hình daùng hình hoïc cuûa hình tam giaùc laø cô sôû cho nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caáu truùc naøy; hình tam giaùc laø ña giaùc duy nhaát chæ coù theå bò bieán daïng neáu caùc caïnh cuûa noù thay ñoåi ñoä daøi. Ñieàu naøy coù nghóa, vôùi lieân keát khôùp, caùc caïnh cuûa hình tam giaùc chæ caàn choáng laïi löïc keùo vaø neùn (khoâng coù löïc uoán) ñeå giöõ hình daïng baát bieán. Caùc kieåu daùng ña giaùc khaùc ñoøi hoûi ít nhaát moät lieân keát cöùng (vaø nhö vaäy gaây cho caùc caïnh bò uoán) ñeå giöõ chuùng khoâng thay ñoåi hình daïng (Hình II). Hình II: Hình tam giaùc laø ña giaùc (lieân keát khôùp) duy nhaát coù hình daïng oån ñònh. Trong thöïc teá, caùc thaønh phaàn cuûa heä bò bieán daïng uoán moät ít baát cöù khi naøo caùc lieân keát khoâng phaûi laø lieân keát khôùp khoâng ma saùt, hoaëc khi taûi troïng taùc ñoäng tröïc tieáp leân caùc thaønh phaàn vuoâng goùc vôùi truïc 33
34. 4 DAÂY CAÙP TREO Ví duï ñôn giaûn nhaát cuûa hình thöùc daây caêng laø moät taûi troïng ñöôïc treo bôûi moät daây caùp. Taûi troïng seõ naèm thaúng döôùi ñieåm treo vaø daây caùp seõ bò caêng thaønh moät ñoaïn thaúng. Moät hình thöùc keát caáu khaùc höõu duïng hôn laø moät daây caùp treo giöõa hai ñieåm töïa, chòu moät taûi troïng ñôn ñaët taïi trung ñieåm. Döôùi taùc ñoäng cuûa taûi troïng, daây caùp seõ voõng vaø phaân nöûa taûi troïng seõ truyeàn ñeán moãi ñieåm töïa. Giaû söû raèng taûi troïng cuûa daây caùp laø raát nhoû so vôùi taûi troïng taùc ñoäng, daây caùp seõ coù hình daùng chöõ V. Löïc caêng trong daây caùp phuï thuoäc vaøo taûi troïng taùc ñoäng vaø ñoä doác cuûa daây caùp. Neáu hai ñieåm töïa gaàn nhau vaø ñoä doác cuûa daây caùp raát lôùn, löïc caêng trong daây caùp xaáp xæ baèng nöûa taûi troïng (moãi beân daây caùp chòu nöûa taûi troïng). Ngöôïc laïi, neáu hai ñieåm töïa xa nhau vaø ñoä doác cuûa daây caùp raát nhoû, löïc caêng trong daây caùp seõ lôùn leân raát nhieàu (Hình 4.1). Hình 4.1: Caùc daây caùp ôû nhöõng ñoä voõng khaùc nhau. Ñeå yù raèng, trong khi caùc Neáu taûi troïng taùc ñoäng di chuyeån ra khoûi trung ñieåm daây caùp, taïi phaûn löïc thaønh phaàn thaúng ñöùng luoân khoâng ñoåi baát chaáp ñoä voõng (toång caùc löïc naøy ñieåm töïa seõ phaùt sinh caùc phaûn löïc thaúng ñöùng khaùc nhau nhöng caùc baèng taûi troïng thaúng ñöùng), caùc phaûn löïc thaønh phaàn theo phöông ngang gia taêng phaûn löïc theo phöông ngang vaãn baèng nhau (ñeå ñaït traïng thaùi caân raát nhieàu khi ñoä voõng tieán ñeán 0. Löïc caêng trong daây caùp luoân baèng hôïp löïc cuûa caùc baèng tónh). Löïc caêng trong daây caùp ôû moãi ñaàu seõ khaùc nhau, vaø baèng phaûn löïc thaønh phaàn theo phöông thaúng ñöùng vaø ngang. hôïp löïc cuûa caùc phaûn löïc thaønh phaàn theo hai phöông taïi moãi ñieåm töïa. thöùc naøy töông töï nhö kieåu giaèng buoäc ñeå döïng moät coät buoàm. Ñoái vôùi taøu buoàm, muïc ñích laø giöõ coät buoàm khoâng bò nghieâng vaø taïo caùc Daây caùp cuõng coù theå ñöôïc choáng ñôõ taïi trung ñieåm vaø ñöôïc aùp duïng löïc choáng ñôõ boå sung ñeå coät khoâng bò oaèn. Ñoái vôùi coâng trình kieán ñeå chòu taûi troïng treo ôû hai ñaàu. Thoâng thöôøng, caùc daây giaèng phuï truùc, muïc ñích laø ñeå treo heä maùi töø ñaàu coät choáng. ñöôïc duøng ñeå keùo moãi ñaàu daây caùp xuoáng ñeå ñaït söï oån ñònh. Hình 34
35. Caáu truùc daây caùp treo taïo khoaûng vöôït theo phöông ngang baèng caùc daây caùp xieân treo töø ñieåm töïa cao hôn. Trong haàu heát caùc caáu truùc daïng naøy, coät choáng ñöôïc lieân keát ngaøm ôû chaân. 35
36. 5 DAØN Daøn laø moät toå hôïp tam giaùc phaân boá taûi troïng ñeán goái töïa thoâng qua caùc thaønh phaàn keát hôïp vôùi nhau baèng lieân keát khôùp theo nhöõng hình tam giaùc, ñeå nhôø ñoù taát caû thaønh phaàn chæ chòu neùn hoaëc keùo (khoâng chòu uoán hoaëc caét), vaø taát caû öùng löïc ñöôïc giaûi quyeát trong baûn thaân toå hôïp. Trong thöïc teá, moät soá öùng suaát uoán coù theå xaûy ra do söï ma saùt cuûa lieân keát vaø do taûi troïng phaân boá taùc ñoäng leân caùc thaønh phaàn daøn giöõa caùc nuùt lieân keát; nhöõng öùng suaát naøy thöôøng laø nhoû so vôùi caùc löïc doïc truïc vaø thöôøng ñöôïc boû qua trong tính toaùn. Hình tam giaùc laø ñôn vò hình hoïc caên baûn cuûa daøn. Hình tam giaùc laø hình duy nhaát coù hình daùng khoâng bò thay ñoåi neáu caùc caïnh khoâng thay ñoåi chieàu daøi, ngay caû khi caùc lieân keát laø khôùp. Taát caû ña giaùc lieân keát khôùp khaùc (hình chöõ nhaät chaúng haïn) ñeàu baát oån ñònh. Neáu moät daây caùp ñöôïc treo giöõa hai ñieåm neo, öùng löïc theo phöông ngang ñöôïc khaùng chòu bôûi caùc goái töïa (laø coá ñònh; Hình 5.1a). Neáu sô ñoà naøy thay ñoåi, moät goái töïa laø lieân keát khôùp coá ñònh, vaø goái kia laø Hình 5.1: Daây caùp nhaän löïc ôû giöõa coù (a) hai lieân keát khôùp coá ñònh (oån ñònh), (b) khôùp di ñoäng, noù trôû neân baát oån ñònh. Caû hai goái töïa ñeàu coù theå lieân keát khôùp di ñoäng (khoâng oån ñònh vì khôùp di chuyeån khoâng khaùng chòu öùng löïc ngang, khaùng chòu phaûn löïc phöông ñöùng, vaø goái töïa khôùp coá ñònh coù theå vaø (c) khôùp di ñoäng vôùi thanh ngang khaùng chòu öùng löïc ngang (oån ñònh). khaùng chòu phaûn löïc phöông ngang, nhöng goái töïa khôùp di ñoäng seõ bò keùo veà giöõa bôûi öùng löïc phöông ngang cuûa daây caùp (Hình 5.1b). giaûn, nhôø vaøo ñaëc ñieåm hình tam giaùc, caùc lieân keát khôùp, vaø khaû naêng noäi taïi choáng laïi öùng löïc cuûa noù (Hình 5.1c). Ñeå choáng laïi öùng löïc naøy (vaø laøm cho heä oån ñònh), moät thanh ngang coù theå ñöôïc theâm vaøo. Toå hôïp naøy laøm vieäc gioáng nhö moät daøn ñôn 36
37. Neáu toå hôïp daøn trong hình 5.1c bò laät ngöôïc, caùc löïc neùn vaø keùo seõ phöông. (Ñaëc ñieåm vöôït chæ theo moät phöông naøy phaân bieät daøn vaø hoaùn ñoåi. Hình 5.2 cho thaáy söï phaùt trieån cuûa caùc hình thöùc daøn phöùc khung khoâng gian―vöôït hai phöông, ñöôïc trình baøy thaønh moät daïng taïp hôn töø sô ñoà ñôn giaûn naøy. Trong moãi tröôøng hôïp, Ñeå yù raèng, ñôn caáu truùc rieâng bieät ôû muïc soá 6.) vò hình hoïc caên baûn vaãn laø hình tam giaùc. Hình 5.2 (tieáp theo): (d, e) Daøn phöùc taïp hôn coù theå ñöôïc taïo ra baèng caùch Hình 5.2: Daøn xuaát phaùt töø caùc daây caùp vaø thanh. Taát caû lieân keát laø khôùp. töôûng töôïng raèng toaøn boä toå hôïp trong hình (c) ñöôïc chòu bôûi moät daây caùp khaùc Thanh chæ chòu öùng suaát neùn vaø daây caùp chæ chòu öùng suaát keùo. Caùc daøn ôû beân phaûi laø nöõa. (f) Moät thanh ngang caàn ñöôïc theâm vaøo ñeå chòu öùng löïc cuûa daây caùp môùi. Caùch hình thöùc töông öùng laät ngöôïc cuûa caùc daøn ôû beân traùi; Ñeå yù raèng, thanh chuyeån thöùc naøy coù theå ñöôïc tieáp tuïc ñeå taïo ra hình thöùc daøn phöùc taïp hôn. thaønh daây caùp vaø ngöôïc laïi vì löïc trong caùc thaønh phaàn daøn hoaùn ñoåi. (a) Ñôn vò daây caùp caên baûn; (phaûi) hình thöùc laät ngöôïc töông öùng laø moät voøm cung ba khôùp caên baûn. CAÙC HÌNH THÖÙC DAØN (b) Daøn ñôn giaûn ñöôïc hình thaønh baèng caùch theâm thanh ngang ñeå chòu öùng löïc höôùng Hình bao ngoaøi cuûa haàu heát daøn phaúng laø hình tam giaùc, hình chöõ vaøo trong; (phaûi) hình thöùc daøn töông öùng ñöôïc hình thaønh baèng caùch theâm daây caùp nhaät, hình caùnh cung (caïnh treân hoaëc döôùi cong), hay hình haït ñaäu ñeå chòu öùng löïc höôùng ra ngoaøi. (c) Hình thöùc naøy coù theå ñöôïc naâng cao bôûi caùc (caïnh treân vaø döôùi cong). Nhöõng hình bao ngoaøi naøy ñöôïc chia nhoû thanh ñöùng (daây caùp môùi ôû bieân döôùi khoâng chòu öùng suaát tröïc tieáp nhöng caàn thieát thaønh caùc ñôn vò tam giaùc nhoû hôn theo caùc caùch khaùc nhau. Taát caû ñeå ñaûm baûo söï oån ñònh phöông ngang) (coøn tieáp). thaønh phaàn daøn (daây caùp hay thanh) ñeàu khoâng lieân tuïc taïi ñieåm lieân keát, vaø taát caû lieân keát laøm vieäc kieåu khôùp (xem töø Hình 5.3 ñeán 5.9). Caùc thaønh phaàn daøn ôû treân vaø döôùi cuøng ñöôïc goïi laø bieân treân vaø bieân döôùi. Taát caû thaønh phaàn daøn ôû giöõa bieân treân vaø döôùi ñöôïc goïi laø caùc thaønh phaàn thaân daøn. Daøn phaúng coù taát caû caùc thaønh phaàn naèm trong moät maët phaúng, trong khi daøn khoâng gian coù caùc thaønh phaàn theo caáu truùc ba chieàu. Caû daøn phaúng vaø daøn khoâng gian ñeàu vöôït moät 37
38. Hình 5.5: ÖÙng suaát keùo vaø neùn trong caùc daøn hình chöõ nhaät. Hình 5.3: Caùc hình thöùc daøn. Hình 5.6: Söï oån ñònh trong caùc daøn: (a) daøn baát oån ñònh—phaàn giöõa daøn khoâng Hình 5.4: ÖÙng suaát keùo vaø neùn trong caùc daøn hình tam giaùc. hình tam giaùc seõ bieán daïng raát lôùn khi coù taûi troïng taùc ñoäng, daãn ñeán caû daøn suïp ñoå; (b) vaø (c) daøn oån ñònh—hình thöùc caùc thanh thaønh phaàn hoaøn toaøn hình tam giaùc; vaø (d) daøn oån ñònh trong hình thöùc caùc thanh thaønh phaàn khoâng hoaøn toaøn hình tam giaùc—hai daøn ñôn giaûn laøm vieäc nhö hai thanh bieân treân cuûa daøn. 38
39. Hình 5.7: Caùc hình thöùc lieân keát taïi maét daøn. Hình 5.9: Daøn ñöôïc duøng nhö heä giaèng gioù phöông ngang trong moät caây caàu. Hình 5.8: Caùc daøn theùp môû laø caùc daøn nhe,ï ñöôïc ñaët vôùi khoaûng caùch nhoû (thoâng thöôøng 1,2 m tính töø truïc) vaø thöôøng ñöôïc söû duïng beân döôùi baûn beâ-toâng trong caáu taïo maùi hoaëc saøn∗. ∗ Tieáng Anh: metal decking 39
40. 6 KHUNG KHOÂNG GIAN Khung khoâng gian laø moät heä toå hôïp ñôn vò tam giaùc ba chieàu, vöôït ñònh cuûa khung khoâng gian khoâng bò aûnh höôûng nhieàu neáu moät vaøi hai phöông, coù caùc thanh thaønh phaàn chæ chòu keùo hoaëc neùn. Teân goïi thanh thaønh phaàn bò maát khaû naêng laøm vieäc; maø khi ñoù, ñöôøng phaân khung khoâng gian thöôøng ñöôïc duøng cho caû daøn lieân keát khôùp vaø lieân boá caùc löïc taùc ñoäng seõ theo ñöôøng voøng qua choã hoång, vaø caùc thanh keát cöùng. Haàu heát caùc khung khoâng gian ñöôïc hình thaønh töø nhöõng thaønh phaàn coøn laïi cuøng chòu theâm löïc theo moät tæ leä tuyø thuoäc ñoä moâ-ñun ñoàng nhaát, vôùi hai lôùp treân vaø döôùi song song nhau. cöùng hoaëc söùc chòu löïc. Hình thöùc hình hoïc cuûa caùc khung khoâng gian raát ña daïng. Tuy nhieân, khoái baùn baùt dieän (hình kim töï thaùp boán maët beân) vaø khoái töù dieän (hình kim töï thaùp ba maët beân) ñöôïc söû duïng roäng raõi hôn trong caùc coâng trình kieán truùc (Hình 6.1). Maëc duø thöôøng ñöôïc söû duïng cho keát caáu maùi phaúng ngang khoaûng vöôït lôùn, caáu truùc khung khoâng gian cuõng thích öùng vôùi nhieàu hình thöùc keát caáu khaùc, nhö töôøng vaø keát caáu maùi doác hoaëc maùi cong. Chieàu cao khung khoâng gian coù theå baèng 3 phaàn traêm khoaûng vöôït; tuy nhieân, chieàu cao kinh teá nhaát laø khoaûng 5 phaàn traêm khoaûng vöôït giöõa hai goái töïa hoaëc 11 phaàn traêm ñoaïn vöôït coâng-xon. Kích thöôùc moâ-ñun kinh teá nhaát laø töø 7 ñeán 14 phaàn traêm khoaûng vöôït, xeùt ñeán vieäc kích thöôùc moâ-ñun giaûm seõ daãn ñeán soá löôïng caùc thaønh phaàn (vaø chi phí nhaân coâng) taêng raát nhieàu. Chieàu cao cuûa moät khung Hình 6.1: Caùc moâ-ñun hình hoïc cuûa khung khoâng gian thöôøng duøng: (a) khoái baùn khoâng gian nhoû hôn cuûa heä vì keøo vaø xaø goà töông öùng (Hình 6.2). baùt dieän, vaø (b) khoái töù dieän. Trong ñoù, khoái baùn baùt dieän coù maët baèng vuoâng, thích Khung khoâng gian laø caáu truùc hieäu quaû vaø an toaøn, trong ñoù caùc taûi hôïp hôn cho caùc coâng trình hình khoái chöõ nhaät. troïng ñöôïc phaân chia vaø chòu bôûi töøng thanh thaønh phaàn. Tính oån 40
41. LIEÂN KEÁT Vì caùc thanh hôïp vôùi nhau theo ba phöông, caùc nuùt lieân keát cuûa khung khoâng gian khaù phöùc taïp. Ñoái vôùi khoaûng vöôït nhoû, nuùt lieân keát coù theå coù theå laø baûn theùp daäp hình vaø lieân keát bu-loâng vôùi caùc thanh. Caùc thanh naøy thoâng thöôøng coù tieát dieän ngang hình chöõ nhaät, thuaän tieän cho vieäc laép ñaët vôùi caùc taám saøn, taám maùi laáy saùng, vaùch kính, vaø caùc boä phaän khaùc. Ñoái vôùi khoaûng vöôït lôùn, nuùt thöôøng ñöôïc duøng laø khoái hình caàu ñaëc vôùi caùc loã coù raõnh ñeå xieát vôùi caùc thanh hình truï. Coù khaû naêng cho khoaûng vöôït ñeán 200 m, caùc nuùt lieân keát Hình 6.3: Caùc hình thöùc nuùt lieân keát trong khung khoâng gian : (a) heä I ñöôïc cheá kieåu naøy cho pheùp caùc ñöôøng kính vaø beà daøy thanh khaùc nhau tuøy taïo töø caùc thaønh phaàn theùp caùn lieân keát bu-loâng vôùi nhau vaø thích hôïp vôùi khoaûng thuoäc löïc xuaát hieän trong moãi thaønh phaàn (Hình 6.3). vöôït nhoû; (b) heä triodetic bao goàm moät nuùt keùo daøi baèng nhoâm coù caùc raõnh khoùa vaø caùc thanh oáng baèng theùp khoâng ræ coù moät ñaàu deïp gaén khôùp vôùi raõnh khoaù; vaø (c) heä nuùt caàu KK Mero bao goàm caùc thanh thaønh phaàn hình truï roãng xieát ñöôïc vôùi nuùt caàu vaø thích hôïp cho khoaûng vöôït lôùn. caùc thanh khaùc. Caùc thanh gaàn goái töïa ñöôïc gia taêng tieát dieän ngang ñeå chòu löïc lôùn hôn ñoù. Hình 6.2: Söï so saùnh khung khoâng gian vaø heä vì keøo-xaø goà. (a) Khung khoâng gian Khung khoâng gian caàn toái thieåu ba goái töïa ñeå oån ñònh, maëc duø haàu laø caáu truùc ba chieàu vaø vöôït hai phöông (hoaëc hôn). (b) Ngöôïc laïi, söï keát hôïp vì keøo- heát coù ít nhaát boán goái töïa. Noùi chung, khung khoâng gian caøng coù xaø goà veà cô baûn laø hai chieàu vaø vöôït chæ theo moät phöông cho töøng thaønh phaàn. nhieàu goái töïa thì keát caáu caøng hieäu quaû. Ví duï, löïc thaønh phaàn toái ña trong caùc thanh cuûa moät khung khoâng gian hình vuoâng coù caùc goái töïa Vì caùc nuùt lieân keát trong khung khoâng gian coù hình thöùc phöùc taïp vaø lieân tuïc theo chu vi chæ baèng 11% löïc ñoù trong caùc thanh cuûa cuøng heä chòu löïc töông ñoái lôùn, theùp vaø nhoâm laø vaät lieäu ñöôïc söû duïng nhieàu khung nhöng vôùi boán goái töïa ôû goùc. Hôn nöõa, söï khaùc bieät veà löïc chòu nhaát. Tuy nhieân, ngöôøi ta cuõng ñaõ xaây döïng khung khoâng gian baèng trong caùc thanh thaønh phaàn cuõng nhoû. Söï khaùc bieät naøy caøng nhoû thì goã cho caùc boä phaän noäi thaát khoâng chòu löïc. caùc thanh caøng mang tính ñoàng boä vaø tieâu chuaån hoùa cao; do ñoù, kích GOÁI TÖÏA côõ caùc thanh vaø nuùt lieân keát seõ kinh teá hôn. Tuy nhieân, khi ñoù chi phí xaây döïng cho nhieàu coät vaø moùng hôn laïi taêng (Hình 6.4). Neáu khung khoâng gian ñöôïc ñôõ bôûi caùc coät taïi nhieàu vò trí, caùc löïc beân trong caùc thanh xung quanh goái töïa seõ lôùn hôn ñaùng keå so vôùi ôû Ñoái vôùi heä khung khoâng gian coù caùc thanh ñoàng nhaát vôùi soá löôïng coät haïn cheá, öùng suaát taïi goái töïa coù theå ñöôïc giaûm ñi baèng caùch phaân boá 41
42. caùc phaûn löïc goái töïa qua nhieàu thanh thaønh phaàn hôn. Ñieàu naøy coù theå thöïc hieän baèng vieäc söû duïng coät daïng caønh caây vôùi nhieàu thanh hôn ôû ñieåm tieáp xuùc vôùi khung khoâng gian (Hình 6.5). Hình 6.4: Caùc hình thöùc goái töïa cuûa khung khoâng gian : (a) taïi caùc goùc, vaø (b) doïc theo chu vi. Hình thöùc goái töïa doïc theo chu vi giaûm raát nhieàu löïc cöïc ñaïi trong caùc thanh nhöng taêng chi phí cho nhieàu moùng vaø coät. CAÁU TRUÙC TENSEGRITY Tensegrity laø moät caáu truùc khung khoâng gian ba chieàu oån ñònh ñöôïc Hình 6.5: Caùc hình thöùc goái töïa cuûa khung khoâng gian: (a) goái töïa ñaàu coät hình thaønh töø caùc daây caùp vaø thanh choáng, trong ñoù daây caùp noái tieáp (ñieåm), (b) goái töïa hình kim töï thaùp laät ngöôïc, vaø (c) caùc daàm baét cheùo. Goái töïa nhau lieân tuïc nhöng caùc thanh choáng khoâng chaïm vôùi nhau. Ñöôïc ñieåm gaây ra caùc löïc raát lôùn trong caùc thaønh phaàn gaàn goái töïa. Caùc löïc naøy coù theå ñieâu khaéc gia Kenneth Snelson saùng cheá naêm 1948, vaø ñöôïc hoaëc ñöôïc giaûm ñi baèng caùch phaân boá chuùng treân moät dieän tích lôùn hôn nhôø vaøo caùc Buckminster Fuller phaùt trieån vaø laáy baèng saùng cheá naêm 1961, goái töïa coù nhaùnh, hoaëc ñöôïc gia chòu baèng caùch taêng kích thöôùc cuûa caùc thaønh phaàn nhöõng caáu truùc naøy oån ñònh nhôø vaøo nhöõng thanh choáng chòu neùn gaàn goái töïa. ñöôïc ñôõ chòu giöõa caùc boä daây caùp caêng ñoái nhau. Snelson, moät sinh Naêm 1961, Fuller laáy baèng saùng cheá cho caáu truùc maùi aspension söû vieân cuûa Fuller, ñaõ hoaøn hoaøn chænh moät soá hình thöùc döïa treân caáu duïng hình thöùc tensegrity ñeå taïo neân moät caáu truùc nheï chòu ñöôïc söï truùc hình hoïc tensegrity (Hình 6.6 ñeán 6.11). chuyeån vò bôûi löïc gioù. Tuy nhieân, cho ñeán gaàn ñaây, khoâng coù coâng trình thöïc teá naøo öùng duïng lyù thuyeát cuûa hai oâng ñöôïc xaây döïng. 42
43. David Geiger ñaõ chuyeån ñoåi lyù thuyeát naøy ñeå aùp duïng ñöôïc trong thöïc tieãn, qua vieäc giaûm ñi söï röôøm raø trong hình thöùc toå hôïp tam giaùc cuûa Fuller. Theo caùch cuûa Geiger, nhöõng daây caùp lieân tuïc vaø caùc thanh choáng khoâng lieân tuïc ñöôïc boá trí toûa troøn, ñôn giaûn hoùa caùc ñöôøng phaân boá löïc vaø taïo neân hình thöùc voøm daây caùp. Vôùi hình thöùc naøy, caùc ñöôøng cong nheï ñöôïc söû duïng, daãn ñeán keát quaû coù lôïi laø löïc toác maùi nhoû ñi vaø dieän tích beà maët cuõng giaûm (giaûm chi phí xaây döïng). Hình 6.7: Free Ride Home (1974, nhoâm vaø theùp khoâng ræ) laø moät trong nhieàu moâ hình tensegrity cuûa Kenneth Snelson. Hình 6.6: Khoái 12 maët tensegrity, do Buckminster Fuller xaây döïng, 1949. Hình 6.8: Phieân baûn hình vuoâng cuûa caáu truùc maùi aspension coù baèng saùng cheá cuûa Fuller: (a) hình chieáu truïc ño, vaø (b) sô ñoà taûi troïng. 43
44. Hình 6.11: Phieân baûn voøm daây caùp ñöôïc ñôn giaûn hoùa töø hình thöùc cuûa Geiger, coù taùm caïnh, vôùi ba voøng daây caùp. Hình 6.9: Baûn veõ maùi voøm aspension coù baèng saùng cheá cuûa Fuller. Hình 6.10: Caùc maùi voøm tensegrity so saùnh. 44
45. 7 VOØM TRAÉC ÑÒA Voøm traéc ñòa laø moät khung khoâng gian cong hình caàu, phaân boá löïc hình tam giaùc neân coù tính oån ñònh hôn vaø ñöôïc söû duïng laøm cô sôû cho ñeán caùc goái töïa thoâng qua heä caùc thanh thaúng laøm vieäc trong traïng haàu heát caùc voøm traéc ñòa trong coâng trình kieán truùc. Taàn soá chia nhoû thaùi neùn hoaëc keùo lieân keát vôùi nhau döôùi daïng voøm caàu. caøng lôùn thì voøm ñöôïc hình thaønh caøng trôn tru (Hình 7.2, 7.3). Hình thöùc hình hoïc cuûa voøm traéc ñòa xuaát phaùt töø naêm khoái ña dieän ñeàu sau: khoái boán maët, khoái saùu maët, khoái taùm maët, khoái möôøi hai maët vaø khoái hai möôi maët (Hình 7.1). Ñoù laø naêm khoái (vaø chæ naêm khoái naøy) coù caùc maët laø nhöõng ña giaùc ñeàu, taát caû caùc caïnh ñeàu baèng nhau, vaø soá maët giao nhau taïi moãi ñænh nhö nhau. Trong moãi tröôøng hôïp, caùc ñænh ñeàu naèm treân moät hình caàu ngoaïi tieáp. Hình 7.2: Caùch chia nhoû trong moät daïng hình hoïc. Ñoä troøn cuûa khoái ña dieän ñeàu trôn hôn qua vieäc chia nhoû caùc caïnh thaønh caùc ñoaïn nhoû hôn vaø naâng nhieàu ñieåm tieáp xuùc vôùi hình caàu ngoaïi tieáp hôn. Caùc maët caét qua moät phaàn hình caàu cho thaáy (a) maët nguyeân thuyû cuûa khoái ña dieän ñeàu, (b) taàn soá chia ñoâi, (c) chia ba, vaø (d) chia tö. Hình 7.1: Naêm khoái ña dieän ñeàu HÌNH THÖÙC HÌNH HOÏC Voøm traéc ñòa ñöôïc hình thaønh baèng vieäc chia nhoû moät hay nhieàu khoái Hình 7.3: Hình thöùc chia nhoû moät maët voøm traéc ñòa ñôn vò tam giaùc. ña dieän keå treân. Caùc khoái taùm maët vaø hai möôi maët coù caùc maët laø 45
46. Voøm traéc ñòa thöïc söï ra ñôøi sau thieát keá cuûa voøm khung söôøn. Voøm Taûi troïng taäp trung ñöôïc chòu bôûi chieàu cao tieát dieän töông ñoái taïo Schwedler (ñöôïc kyõ sö ngöôøi Ñöùc mang teân naøy saùng cheá vaøo cuoái neân bôûi hai thanh lieàn keà taïo ra. Khi taàn soá chia nhoû laø nhoû vaø caùc theá kyû möôøi chín) coù caáu taïo goàm caùc thanh vó tuyeán, kinh tuyeán, vaø chieàu daøi thanh lôùn, chieàu cao tieát dieän (vaø söùc chòu taûi troïng taäp caùc thanh cheùo gia taêng söï oån ñònh. Voøm Zeiss-Dywidag ñöôïc xaây trung) seõ lôùn. Khi taàn soá gia taêng, chieàu cao tieát dieän giaûm vaø keùo döïng ñaàu tieân vaøo naêm 1922; noù bao goàm heä khung söôøn toå hôïp tam theo laø söùc chòu taûi troïng taäp trung cuõng seõ nhoû (Hình 7.6). Vaán ñeà giaùc baèng thanh theùp cöôøng löïc vaø beân treân noù hình thaønh moät voøm choáng laïi taûi troïng taäp trung trong caùc voøm lôùn coù theå ñöôïc giaûi quyeát voû moûng beâ-toâng coát theùp (Hình 7.4). baèng caùch taïo ra voøm hai lôùp coù chieàu cao tieát dieän gia taêng (Hình 7.7). Caùc voøm moät lôùp (khoâng coù chieàu daøy maët) cho khoaûng vöôït haïn cheá trong voøng 30 m. Caùc voøm lôùn hôn ñöôïc caáu taïo theo hình thöùc khung khoâng gian hai lôùp. Hình 7.4: Caùc hình thöùc voøm khung söôøn tröôùc khi xuaát hieän voøm traéc ñòa: (a) voøm Schwedler (1890) vaø (b) voøm Zeiss-Dywidag (1922). Taûi troïng ñöôïc truyeàn xuoáng neàn moùng doïc theo caùc thanh thaønh phaàn (chòu neùn vaø keùo). Döôùi taùc ñoäng cuûa taûi troïng phaân boá ñeàu, voøm baùn caàu seõ chòu neùn ôû phaàn beân treân (caùc thanh beân treân khoaûng 45º); caùc thanh phía döôùi seõ chòu keùo neáu coù phöông gaàn naèm ngang vaø chòu neùn neáu coù phöông gaàn thaúng ñöùng. Hình daùng cuûa voøm quyeát ñònh phöông cuûa löïc ñaïp taïi neàn moùng. Voøm baùn caàu gaàn nhö thaúng ñöùng ôû chaân, coù ñöôøng bao quanh ñeá gaàn nhö naèm ngang, sinh ra löïc ñaïp höôùng ra ngoaøi raát nhoû. Voøm moät phaàn tö caàu (coù chieàu cao gaàn baèng nöûa voøm baùn caàu) coù naêm ñieåm töïa xuoáng neàn moùng, sinh ra löïc ñaïp höôùng ra ngoaøi khaù lôùn, vaø ñoøi hoûi coù giaûi phaùp söôøn Hình 7.5: Söï phaân boá löïc trong caùc voøm traéc ñòa: (a) öùng suaát keùo vaø neùn, (b) truï hoaëc vaønh ñai chòu keùo. Voøm hai phaàn ba caàu cuõng coù naêm ñieåm phaûn löïc goái töïa trong voøm baùn caàu, (c) caùc voøm moät phaàn tö caàu vaø (d) hai phaàn ba töïa nhöng sinh ra löïc ñaïp höôùng vaøo trong (Hình 7.5). caàu. 46
47. Hình 7.7: Chieàu cao tieát dieän trong caùc voøm lôùn hôn coù theå gia taêng baèng caùch theâm moät lôùp ñeå taïo moät khung khoâng gian hai lôùp. Hình 7.6: Söùc chòu taûi troïng taäp trung phuï thuoäc chieàu cao tieát dieän. Ñoái vôùi caùc voøm moät lôùp, khi taàn soá taêng, chieàu cao tieát dieän giaûm. 47
48. CHÖÔNG III HEÄ CONG DAÏNG DAÂY CAÙP Caùc caáu truùc thuoäc heä cong daïng daây caùp ñöôïc hình thaønh mang hình daùng öùng traû taûi troïng taùc duïng, sao cho nhöõng öùng suaát xaûy ra beân trong caùc boä phaän chæ laø öùng suaát keùo hoaëc laø öùng suaát neùn. 48
49. 8 DAÂY CAÙP VOÕNG CATENARY ÑÖÔØNG CONG DAÏNG DAÂY CAÙP naøy. Tæ soá naøy cuõng quyeát ñònh chieàu cao coät choáng vaø caùc löïc neùn cuõng nhö caùch thöùc choáng laïi löïc xoâ ngang höôùng vaøo trong do daây Hình thöùc voõng catenary laø hình daïng daây caùp bò voõng chæ döôùi taùc caùp gaây ra. ñoäng cuûa taûi troïng baûn thaân (ñoàng ñeàu doïc chieàu daøi daây caùp). Hình thöùc parabola laø hình daïng daây caùp treo chòu taûi troïng phaân boá ñeàu treân phöông ngang cuûa khoaûng vöôït, khoâng keå taûi troïng baûn thaân. Khi tæ leä giöõa khoaûng vöôït vaø ñoä voõng lôùn hôn 5, hai hình thöùc treân gaàn nhö ñoàng nhaát, vaø hình thöùc parabola thoâng thöôøng ñöôïc duøng cho tính toaùn (Hình 8.1). Trong taäp taøi lieäu naøy, thuaät ngöõ caáu truùc daây caùp voõng chæ caáu truùc daây caùp chòu löïc döôùi hình thöùc catenary vaø caùc hình thöùc daây caùp treo khaùc chòu taûi troïng doïc theo chieàu daøi cuûa noù, khoâng xeùt ñeán söï phaân boá taûi troïng cuï theå. ÖÙNG LÖÏC CATENARY Hình 8.1: Caùc hình thöùc voõng cuûa daây caùp treo döôùi taùc ñoäng cuûa taûi troïng: (a) catenary ñoái vôùi taûi troïng phaân boá ñeàu doïc theo chieàu daøi cong cuûa daây caùp, vaø Ñoái vôùi moät tình huoáng chòu taûi xaùc ñònh, chieàu saâu ñoä voõng cuûa caáu (b) parabola ñoái vôùi taûi troïng phaân boá ñeàu treân phöông ngang cuûa khoaûng vöôït. Khi tæ truùc daây caùp voõng quyeát ñònh löïc xoâ ngang sinh ra (höôùng vaøo trong); leä giöõa khoaûng vöôït vaø ñoä voõng lôùn hôn 5, hai hình thöùc naøy gaàn nhö ñoàng nhaát. ñoä voõng caøng nhoû, löïc xoâ ngang caøng lôùn (Hình 8.2). Moät caùch toång quaùt, caùc löïc daây caùp tæ leä nghòch vôùi ñoä voõng; noùi Caáu truùc daây caùp voõng coù theå vöôït khoaûng vöôït raát lôùn. Vôùi moãi caùch khaùc, khi chieàu daøi daây caùp giaûm noù ñoøi hoûi ñöôøng kính taêng. tröôøng hôïp cuï theå cuûa khoaûng vöôït vaø taûi troïng, tæ leä giöõa ñoä voõng vaø Moät daây caùp coù ñoä voõng nhoû thì ngaén nhöng yeâu caàu ñöôøng kính lôùn khoaûng vöôït luoân laø yeáu toá tieân quyeát trong thieát keá keát caáu vaø caáu ñeå chòu löïc keùo raát lôùn; ngöôïc laïi, moät daây caùp coù ñoä voõng lôùn coù theå taïo. Caùc löïc daây caùp, chieàu daøi, vaø ñöôøng kính ñeàu phuï thuoäc tæ soá coù ñöôøng kính nhoû vì löïc keùo nhoû nhöng laïi trôû neân khaù daøi. Ñoái vôùi 49
50. moät taûi troïng ñôn ñaët taïi trung ñieåm, ñoä voõng toái öu laø 50% khoaûng Caáu truùc daây caùp voõng coù theå ñöôïc chia laøm ba hình thöùc: caáu truùc vöôït; ñoái vôùi daây caùp chòu taûi troïng phaân boá hình thöùc parabola, ñoä moät chieàu cong, caáu truùc hai heä caùp, vaø caáu truùc hai chieàu cong voõng toái öu xaáp xæ 33% khoaûng vöôït. Tuy nhieân treân thöïc teá, caùc vaán (Hình 8.3). ñeà khaùc (chieàu saâu cho pheùp cuûa ñoä voõng vaø thieát keá cuûa goái töïa theo phöông ñöùng) laøm giaûm tæ leä naøy ñaùng keå; haàu heát caùc daây caùp cho keát caáu maùi coâng trình kieán truùc coù tæ leä ñoä voõng:khoaûng vöôït laø 1:8 ñeán 1:10. Hình 8.3: Caùc hình thöùc caáu truùc daây caùp voõng. CAÁU TRUÙC MOÄT CHIEÀU CONG Caáu truùc moät chieàu cong bao goàm hai hay nhieàu daây caùp catenary song song treo giöõa caùc goái töïa chính. Heä daây caùp naøy coù theå chòu keát caáu bao che moät caùch tröïc tieáp (taïo neân moät maùi cong chaúng haïn) hoaëc giaùn tieáp (söû duïng heä daây caùp phuï thaúng ñöùng ñeå chòu keát caáu maùi phaúng hay saøn caàu treo, v.v.) CAÁU TRUÙC HAI HEÄ CAÙP Caáu truùc hai heä caùp töông töï caáu truùc moät heä caùp nhöng coù theâm moät heä caùp giaèng heä caùp treo chính ñeå choáng laïi löïc toác maùi. Neáu hai heä caùp naèm trong cuøng maët phaúng thì caàn coù theâm caùc hình thöùc ñaûm Hình 82.2: Phaûn löïc xoâ ngang thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi chieàu saâu ñoä voõng cuûa baûo söï oån ñònh theo phöông ngang (vuoâng goùc vôùi maët phaúng naøy) daây caùp. (Hình 8.4, 8.5). 50
51. CAÁU TRUÙC HAI CHIEÀU CONG Caáu truùc hai chieàu cong coù hình daïng yeân ngöïa (moät chieàu cong döông theo moät phöông vaø moät aâm theo phöông ngöôïc laïi), theo ñoù, heä caùp treo vöôït giöõa caùc goái töïa theo moät phöông trong khi heä caùp giaèng theo phöông vuoâng goùc höôùng xuoáng ñeå traùnh löïc toác maùi (Hình 8.6). Hình 8.4: Ba ví duï cuûa caáu truùc hai heä caùp cho thaáy sô ñoà truyeàn löïc cuûa heä caùp treo (beân traùi) vaø heä caùp giaèng (beân phaûi). Hình 8.6: Hình daïng yeân ngöïa laø hình ñaëc tröng cuûa caáu truùc daây caùp hai chieàu cong vaø caáu truùc maøng caêng, coù khaû naêng choáng laïi söï dao ñoäng do löïc toác maùi. Hình 8.5: Heä caùp treo vaø heä caùp giaèng khoâng ñoàng phaúng. 51
52. 9 MAØNG CAÊNG Caáu truùc maøng caêng laø moät maøng moûng, cong hai chieàu ngöôïc nhau, Neáu caïnh bieân cuûa caáu truùc khoâng ñöôïc coá ñònh lieân tuïc, noù thöôøng ñöôïc chòu bôûi voøm cung hay coät choáng chòu neùn. Coù theå xem ñaây laø mang daùng cong loõm ñeå ñaûm baûo noù vaãn trong traïng thaùi keùo. Vì caùc moät bieán daïng cuûa caáu truùc daây caùp voõng hai chieàu cong maø khoaûng caïnh bieân laø nôi taäp trung öùng suaát cao, chuùng thöôøng ñöôïc gia caùch giöõa caùc daây caùp giaûm nhoû baèng khoâng vaø beà maët trôû neân laø cöôøng baèng daây caùp chaïy lieân tuïc ñeán ñieåm neo. Ñieåm neo coù theå moät maøng lieân tuïc (Hình 9.1). Trong caáu truùc maøng caêng, taám maøng lieân keát vôùi daây caùp giaèng (truyeàn löïc keùo xuoáng moùng), hoaëc coù theå chòu taát caû hoaëc moät phaàn löïc keùo. Khi khoaûng vöôït gia taêng, löïc keùo ñöôïc chòu bôûi coät choáng hay truï chòu neùn (truyeàn taûi troïng neùn xuoáng gia taêng, dieän tích beà maët phaûi ñöôïc chia nhoû bôûi caùc daây caùp—chòu ñaát neàn). taûi troïng keùo chuû yeáu—vaø maøng caêng vöôït giöõa caùc daây caùp. VIEÄC THIEÁT KEÁ CAÁU TRUÙC MAØNG CAÊNG Horst Berger, moät kyõ sö tham gia trong nhieàu thieát keá caáu truùc maøng caêng gaàn ñaây, ñaõ vieát “Maëc duø vaät lieäu vaø coâng ngheä ñaõ phaùt trieån ñaùng keå trong nhöõng naêm gaàn ñaây, nhieàu kieán truùc sö vaãn thaáy xa laï vôùi nhöõng thieát keá vaø caùch thöùc laøm vieäc cuûa maøng caêng. Ñaëc tính taïm thôøi vaø khoâng oån ñònh gaén lieàn vôùi caùc teân goïi taám baït hay maøng che ñaäy moät söï thaät laø nhöõng caáu truùc naøy ñaõ trôû neân an toaøn vaø ñaùng tin caäy hôn so vôùi nhieàu hình thöùc thoâng duïng khaùc―bôûi vì chuùng haàu nhö laø khoâng coù taûi troïng vaø taïo neân moät beà maët kín nöôùc lieân tuïc, meàm deûo. Tính phöùc taïp veà hình thöùc cong ba chieàu cuûa caáu truùc maøng caêng laøm sai leäch ñaëc ñieåm laøm vieäc giaûn ñôn cuûa noù―phuï thuoäc chæ vaøo öùng suaát keùo vaø ñoä cong ñeå ñaûm baûo tính oån ñònh khi Hình 9.1: Caáu truùc maøng caêng vôùi caùc hình thöùc goái töïa chòu neùn khaùc nhau: (a) chòu taûi. Söï giaûn ñôn naøy taïo ra hình thöùc bieåu hieän cuûa maøng caêng coät choáng beân trong, (b) voøm cung beân trong, vaø (c) coät choáng beân ngoaøi. laø hình thöùc thöïc söï cuûa chính söï truyeàn löïc. 52
53. “Trong caáu truùc maøng caêng, hình thöùc kieán truùc vaø vai troø keát caáu laø moät vaø nhö nhau. Do vaäy, keát caáu vaø kieán truùc laø khoâng theå taùch rôøi, vaø söï am hieåu veà maët caáu truùc laø moät coâng cuï thieát keá quan troïng. Vì hình daùng bieåu hieän lieân heä chaët cheõ vôùi söï laøm vieäc veà maët keát caáu, söï am hieåu naøy khoâng khoù ñeå naém baét. Quan saùt nhöõng caáu truùc naøy laø moät caùch raát toát ñeå böôùc ñaàu coù theå thieát keá chuùng.” (Berger, 1995). Moät caùch khaùc ñeå coù ñöôïc nhöõng hieåu bieát tröïc giaùc veà hình thöùc thích hôïp cuûa caáu truùc maøng caêng laø thöïc hieän moâ hình thí nghieäm baèng vaûi moûng co giaõn ñöôïc vôùi caùc goái töïa laø voøm cung, coät choáng hay daây. Maëc duø ñoái vôùi kích thöôùc coâng trình thaät, ngöôøi ta caàn möùc ñoä keùo giaõn toái thieåu; vaø thöïc teá, vaûi baït ñöôïc choïn duøng phaûi choáng laïi söï keùo giaõn khi nhaän taûi troïng (cuøng vôùi nhöõng ñaëc ñieåm khaùc). Trong caùc thieát keá caáu truùc maøng caêng hieän nay, moâ hình maùy tính Hình 9.2: Ñaëc tính maët cong hình yeân ngöïa cuûa haàu heát caáu truùc maøng caêng ba chieàu ñöôïc söû duïng ñeå theå hieän hình daùng cuûa caáu truùc vaø caùc taám coù theå ñöôïc taïo ra vaø nghieân cöùu baèng caùch keùo caêng boán goùc cuûa moät taám vaät lieäu rieâng leû vaø ñeå tính toaùn öùng suaát keùo noäi taïi. Ñeå oån ñònh tröôùc taûi co giaõn ñöôïc ra khoûi maët phaúng cuûa noù. Ñeå yù raèng, vì caùc caïnh bieân moät caùch töï troïng gioù (vaø gia taêng tuoåi thoï), caáu truùc maøng caêng caàn ñöôïc thieát nhieân mang hình daùng cong loõm, chuùng luoân chòu öùng suaát keùo (caùc caïnh thaúng seõ coù keá laø caáu truùc hai ñoä cong (Hình 9.2). khuynh höôùng phaäp phoàng). Trong caùc caáu truùc maøng caêng kích thöôùc thaät, nhöõng GOÁI TÖÏA caïnh bieân naøy, laø nôi taäp trung öùng suaát cao, ñöôïc gia cöôøng baèng daây caùp voõng catenary. Caáu truùc maøng caêng ñöôïc choáng ñôõ deã daøng nhaát laø bôûi heä coät trung taâm, nhöng hình thöùc naøy laïi khoâng toái öu veà maët keát caáu. Voøm cung VAÄT LIEÄU hay caáu truùc chòu neùn phöùc taïp hôn coù theå ñöôïc aùp duïng laøm nhieäm Tröôùc ñaây, caáu truùc maøng caêng ñöôïc cho laø chæ thích hôïp cho coâng vuï choáng ñôõ. Heä daây caùp coù theå ñöôïc treo giöõa caùc coät choáng beân ñeå trình ngaén haïn vì lyù do vaät lieäu vaûi baït deã bò phaù huûy döôùi taùc ñoäng chòu caùc ñænh maøng caêng taïi nhieàu ñieåm (Hình 9.3). Khi söû duïng caùc tröïc tieáp cuûa naéng maët trôøi. Söï phaùt trieån trong vieäc saûn xuaát vaûi baït coät choáng trung taâm, coù theå laøm giaûm öùng suaát cuûa vaûi baït baèng caùch caûi tieán chaát löôïng (ñaùng chuù yù laø sôïi thuûy tinh) vaø lôùp bao che baûo phaân boá taûi troïng treân moät dieän tích lôùn hôn thoâng qua caùc muõ coät veä tröôùc söï phaù hoaïi cuûa aùnh naéng (Dupont Teflon, chaúng haïn) ñaõ hình naám (Hình 9.4). laøm gia taêng tuoåi thoï söû duïng cuûa vaûi baït caêng ñeán hôn 20 naêm. 53
54. Hình 9.4: Imagination Building (1994; London; Herron Associate, vaên phoøng kieán truùc sö): maët caét qua nhaø trieån laõm cho thaáy caùc thanh choáng coù muõ hình naám ñeå choáng ñôõ beân trong maùi nhaø baèng vaûi baït. Hình 9.3: Heä daây caùp treo giöõa caùc coät choáng coù theå ñöôïc duøng ñeå chòu caùc ñænh maøng caêng: (a) coät choáng beân ngoaøi, (b) coät choáng beân ngoaøi vôùi daây caùp treo, CAÏNH BIEÂN (c) coät choáng beân trong vôùi daây caùp treo beân döôùi caùc thanh choáng caêng maøng. Caùc caïnh bieân cuûa maøng caêng thöôøng ñöôïc gia cöôøng baèng daây caùp , neáu chuùng töï do. Nhöõng daây caùp naøy seõ coù daùng cong loõm, vì lyù do cuûa sô ñoà öùng suaát hôïp lyù cuûa maøng caêng vaø heä choáng ñôõ caû caáu truùc. Caùc hình thöùc caïnh bieân coá ñònh, nhö töôøng, daàm, voøm cung, coù theå coù hình daïng linh hoaït mieãn laø chuùng taïo ra ñöôïc ñöôøng cong hôïp lyù doïc theo caïnh bieân cuûa maøng caêng vaø coù khaû naêng choáng laïi öùng suaát sinh ra. 54
55. 10 MAØNG KHÍ NEÙN Caáu truùc maøng khí neùn phaân boá taûi troïng ñeán goái töïa nhôø vaøo caùc Coù hai hình thöùc cô baûn cuûa caáu truùc maøng khí neùn: caáu truùc chòu löïc maøng ñöôïc ñieàu aùp. Noù chæ truyeàn caùc löïc keùo thoâng qua beà maët baèng khí neùn vaø caáu truùc bôm phoàng baèng khí (Hình 10.1). Caáu truùc maøng. Hình daùng cuûa caáu truùc maøng khí neùn ñöôïc xaùc ñònh hoaøn chòu löïc baèng khí neùn coù lôùp maøng ñôn, ñöôïc bòt kín theo ñöôøng chu toaøn töø aùp löïc khí neùn vaø taûi troïng taùc ñoäng. Caùch thöùc caùc löïc ñieàu vi vaø chòu bôûi aùp suaát beân trong cao hôn beân ngoaøi. Nhö vaäy, toaøn boä aùp taùc ñoäng leân maøng bao che laø cô sôû cho vieäc thieát keá vaø phaân tích theå tích beân trong ñöôïc ñieàu aùp. caáu truùc maøng khí neùn. Nguyeân lyù laø aùp suaát khí hình thaønh taûi troïng Caáu truùc bôm phoàng baèng khí bao goàm caùc caáu kieän (nhö voøm cung, phaân boá ñeàu vuoâng goùc vôùi moïi ñieåm treân beà maët maøng. coät) ñöôïc ñieàu aùp baèng khí vaø trôû neân oån ñònh ñeå chòu lôùp bao che; khoâng gian beân trong khoâng bò ñieàu aùp. CAÁU TRUÙC CHÒU LÖÏC BAÈNG KHÍ NEÙN CAÁU TRUÙC CUÛA BONG BOÙNG XAØ PHOØNG Bong boùng xaø phoøng laø moät caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn töï nhieân ñöôïc hình thaønh bôûi caùc aùp löïc khoâng caân baèng ôû hai maët cuûa maøng nöôùc. ÖÙng suaát keùo cuûa beà maët maøng nöôùc laøm haïn cheá bong boùng phoàng to. Khi öùng suaát beà maët ñaït ñeán möùc giôùi haïn söùc chòu keùo cuûa maøng nöôùc, bong boùng seõ beå. Bôûi vì aùp suaát beân trong taùc ñoäng ñoàng ñeàu theo moïi phöông, maøng bong boùng coù xu höôùng hình thaønh moät hình daïng coù dieän tích beà maët toái thieåu. Ñoái vôùi bong boùng trong khoâng khí, hình daïng naøy laø hình caàu; ñoái vôùi bong boùng naèm treân maët phaúng naèm ngang, hình daïng töï nhieân seõ laø hình baùn caàu. Caùc aùp löïc beân trong bong boùng luoân taùc ñoäng vuoâng goùc vôùi beà maët. Neáu Hình 10.1: Caùc hình thöùc caáu truùc maøng khí neùn. maët ñaùy cuûa bong boùng treân moät maët phaúng bò giôùi haïn theo moät 55
56. hình khaùc hình troøn, bong boùng seõ töï nhieân bieán ñoåi hình daïng thaønh HÌNH DAÙNG hình coù dieän tích beà maët nhoû nhaát thích öùng vôùi hình daùng ñöôøng bao Taát caû caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn coù xu höôùng mang hình daïng vaø aùp suaát beân trong (aùp suaát cao hôn sinh ra bong boùng cao hôn). baùn caàu. Ñoä cong phaûi laø loài theo ít nhaát moät phöông (coù theå coù hình Neáu hai bong boùng lô löûng coù kích côõ gioáng nhau (aùp suaát gioáng daùng yeân ngöïa); ñoä cong loài theo hai phöông phoå bieán hôn. Caùc hình nhau) gaëp nhau, chuùng seõ hôïp vôùi nhau vaø beà maët maøng seõ giao nhau daùng ñöôøng bao coù goùc caïnh seõ sinh ra söï taäp trung öùng suaát taïi caùc theo goùc 120º ñoái vôùi moãi bong boùng vaø vôùi maët phaân caùch (maët goùc; do vaäy, caùc goùc thöôøng laø cong troøn (Hình 10.3, 10.4). phaân caùch phaúng trong tröôøng hôïp aùp suaát hai beân baèng nhau). Neáu CAÙC ÑIEÀU KIEÄN CUÛA TAÛI TROÏNG kích côõ cuûa hai bong boùng khaùc nhau, aùp suaát beân trong khaùc nhau vaø maët phaân caùch seõ phình cong veà moät beân; nhöng goùc giöõa beà maët Cuõng nhö caùc caáu truùc khaùc, caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn chòu aûnh ngoaøi cuûa hai bong boùng vaø maët phaân caùch luoân laø 120º. Moät khoái höôûng bôûi taûi troïng baûn thaân (taûi troïng baûn thaân taám baït vaø nhöõng taûi giao nhau cuûa nhieàu bong boùng coù kích côõ baát kyø luoân tuaân theo hình troïng baát dòch khaùc ñöôïc treo ñôõ töø maøng caêng) vaø taûi troïng ñoäng (taûi daùng hình hoïc 120º nhö treân (Hình 10.2). troïng gioù, möa, tuyeát, taùc ñoäng taïm thôøi). Ngoaøi ra, caáu truùc coøn chòu aûnh höôûng bôûi taûi troïng ñieàu aùp giuùp maøng caêng trong traïng thaùi chòu keùo vaø nhö theá chòu ñöôïc caùc taûi troïng baûn thaân vaø taûi troïng ñoäng. Taûi troïng baûn thaân Trong caùc caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn baèng vaät lieäu moûng nhö vaûi baït thì taûi troïng baûn thaân khoâng ñaùng keå so vôùi caùc taûi troïng khaùc. Haàu nhö taát caû caùc caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn hieän nay vaø tröôùc ñaây ñeàu trong tröôøng hôïp naøy. Tuy nhieân, neáu vaät lieäu naëng hôn ñöôïc söû duïng (vì lyù do caùch ly hay tuoåi thoï chaúng haïn), taûi troïng baûn thaân coù theå ñöôïc tính ñeán. Noùi chung, taûi troïng baûn thaân khoâng neân taäp trung nhaèm traùnh öùng suaát cuïc boä vaø bieán daïng lôùn xaûy ra. Taûi troïng neân ñöôïc phaân boá ñeàu treân dieän tích caøng roäng caøng toát vaø maøng caêng caàn ñöôïc gia cöôøng thích hôïp. Hình 10.2: Hình daùng giao nhau theo goùc 120º cuûa caùc bong boùng xaø phoøng keà nhau: (a) hai bong boùng cuøng kích côõ coù nmaët phaân caùch phaúng, (b) hai bong boùng khaùc kích côõ (maët phaân caùch cong), vaø (c) caùc khoái ba vaø boán bong boùng. 56
57. Taûi troïng ñoäng Taûi troïng tích tuï cuûa tuyeát laø moät vaán ñeà quan troïng ñoái vôùi caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn, ñaëc bieät khi chieàu cao töông ñoái thaáp (thöôøng laø khoaûng vöôït lôùn). Taûi troïng tuyeát tích tuï töông ñoái phaân taùn ñoàng ñeàu vaø coù theå döï tính; phöùc taïp hôn, tuyeát troâi seõ gaây cho beà maët bò vaën meùo khoâng theå löôøng tröôùc. Söï taùc ñoäng cuûa gioù laø moät vaán ñeà ñöôïc caân nhaéc raát kyõ ñoái vôùi caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn. Trong caáu truùc coù ñoä doác lôùn, aùp löïc gioù neùn leân phaàn döôùi cuûa maùi voøm ôû maët ñoùn gioù vaø laøm cho maøng bò beïp vì aùp löïc khí caân baèng ôû moãi maët cuûa maøng. AÙp löïc beân rong phaûi ñuû lôùn ñeå choáng laïi bieán daïng naøy. Trong caùc caáu truùc thaáp, khoâng khí di chuyeån nhanh hôn khi thoåi ngang qua treân beà caáu truùc vaø taïo neân söùc naâng khí ñoäng löïc (hieän töôïng töông töï nhö ñoái vôùi caùnh maùy bay). Söùc huùt phaùt sinh treân beà maët maøng coäng vaøo aùp löïc khí chòu löïc beân döôùi laøm gia taêng öùng suaát keùo trong maøng (Hình Hình 10.3: Caùc hình daùng caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn daïng caàu: (a) moät phaàn 10.5). tö hình caàu, (b) baùn caàu, vaø (c) ba phaàn tö hình caàu. Hình 10.5: Söï taùc ñoäng cuûa taûi troïng gioù leân (a) caáu truùc chòu löïc baèng khí coù ñoä doác lôùn, vaø (b) coù ñoä doác nhoû. Hình 10.4: Caùc hình daùng caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn khaùc daïng caàu: (a) hình yeân ngöïa troøn xoay, (b) hình eâ-líp troøn xoay, (c) hình chöõ nhaät vôùi caùc goùc bo troøn. 57
58. Taûi troïng ñieàu aùp thoâng thöôøng laø khoâng thích hôïp. Vaán ñeà ñöôïc giaûi quyeát baèng vieäc söû duïng caùc khoùa khí—saûnh ñeäm vôùi hai boä cöûa, vôùi ñieàu kieän chæ Löïc ñieàu aùp taùc ñoäng vuoâng goùc vôùi maøng caêng vaø ñoàng ñeàu treân moät trong hai boä cöûa ñöôïc môû trong moät thôøi ñieåm. suoát caáu truùc. Trong ñieàu kieän bình thöôøng (khoâng coù taûi troïng ñoäng), söï cheânh leäch veà aùp suaát caàn thieát ñeå chòu taám maøng nheï khaù nhoû, Moät soá tröôøng hôïp söû duïng “maøn khí” vôùi caùc quaït lôùn hoaït ñoäng ôû thoâng thöôøng laø 10,5 N/m² hay 1/500 aùp suaát khí quyeån (Hình 10.6). moãi beân cöûa, taïo ra löôïng khí thoåi raát maïnh ñeå traùnh söï thuït aùp khi Söï cheânh leäch naøy chæ töông ñöông vôùi söï cheânh leäch aùp suaát giöõa cöûa môû; tuy nhieân, söï xaùo ñoäng laøm cho phöông caùch naøy khoâng taàng saùu vaø taàng moät cuûa moät coâng trình thoâng thöôøng. thích hôïp cho coâng trình coâng coäng. Cöûa xoay boán caùnh cuõng ñaûm baûo söï kieåm soaùt khoâng khí vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû nhöõng ñieåm coù nhieàu ngöôøi ra vaøo. VAÄT LIEÄU Trong khi caùc maøng baèng vaät lieäu ñaøn hoài thích hôïp cho moâ hình nghieân cöùu, taát caû caùc caáu truùc maøng caêng lôùn laïi ñöôïc caáu taïo baèng vaät lieäu coù ñoä co giaõn nhoû nhaát döôùi taùc ñoäng cuûa taûi troïng. Töø naêm 1974, taát caû caùc caáu truùc maøng khí neùn ñeàu laø vaûi sôïi thuûy tinh traùng Teflon. Loaïi vaûi ñaëc bieät naøy choáng laïi söï phaù huûy bôûi löûa vaø naéng maët trôøi vaø coù tuoåi thoï hôn 25 naêm. Hình 10.6: Sô ñoà phaân boá löïc ñieàu aùp. ÖÙng suaát keùo trong maøng caêng gia taêng cuøng vôùi khoaûng vöôït vaø Söï ñieàu aùp thoâng thöôøng ñöôïc thöïc hieän baèng quaït thoåi. Khoái löôïng giaûm theo chieàu cao cuûa caáu truùc. Caùc caáu truùc khoaûng vöôït lôùn, khoâng khí yeâu caàu khoâng phuï thuoäc vaøo theå tích vaø ñöôïc tính toaùn chieàu cao nhoû söû duïng daây caùp ñeå giaûm öùng suaát trong maøng caêng; döïa treân löôïng khoâng khí bò thaát thoaùt. Moät phöông caùch khaùc cho khoaûng vöôït hôïp lyù cuûa maøng caêng ñöôïc quyeát ñònh bôûi khoaûng caùch vieäc ñieàu aùp laø söû duïng söï cheânh leäch nhieät ñoä töï nhieân giöõa beân giöõa nhöõng daây caùp (Hình 10.7). trong vaø ngoaøi nhaø (xuaát phaùt töø vieäc thieát keá tích luõy nhieät maët trôøi ÑIEÅM NEO TÖÏA cuõng nhö caùc nguoàn sinh nhieät noäi thaát). Phöông caùch naøy hieäu quaû khi söï cheânh leäch nhieät ñoä vaø khoaûng vöôït khaù lôùn. Bôûi vì caùc maøng caêng chòu löïc baèng khí neùn chæ truyeàn löïc keùo (trong beà maët cuûa maøng), löïc xoâ ngang vaøo trong ñöôïc sinh ra ñaùng keå vaø LOÁI RA VAØO caàn ñöôïc trieät tieâu. Löïc xoâ ngang phuï thuoäc vaøo khoaûng vöôït vaø Moät vaán ñeà luoân gaén lieàn vôùi caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn laø vieäc chieàu cao—chieàu cao caøng nhoû, löïc xoâ ngang vaøo trong caøng lôùn. môû loái ra vaøo trong khi vaãn ñaûm baûo söï ñieàu aùp. Caùc cöûa caùnh quay Beân caïnh löïc xoâ ngang, taát caû caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn ñeàu 58
59. sinh ra löïc toác maùi, coù giaù trò baèng dieän tích maët neàn cuûa noù nhaân vôùi Trong caùc caáu truùc nhoû, coù theå choáng laïi löïc xoâ ngang baèng caùch aùp suaát beân trong. ngaøm ñöôøng bao maøng xuoáng maët ñaát (Hình 10.8). Ñoái vôùi caùc caáu truùc lôùn hôn, vaønh ñai chòu neùn baèng beâ-toâng coát theùp (laøm vieäc nhö moät voøm cung lieân tuïc) ñöôïc duøng ñeå choáng löïc xoâ ngang vaøo trong. Vì vaäy, nhöõng caáu truùc naøy thöôøng coù hình daùng maët baèng hình troøn hoaëc eâ-líp. Caùc vaønh ñai chòu neùn naøy chòu aûnh höôûng döôùi öùng suaát uoán vaø phaûi ñöôïc thieát keá nhö moät daàm chòu taûi troïng theo phöông ngang. CAÁU TRUÙC BÔM PHOÀNG BAÈNG KHÍ Khaùc vôùi caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn, caáu truùc bôm phoàng baèng Hình 10.7: Maët caét qua moät voøm chòu löïc baèng khí neùn cho thaáy vieäc söû duïng khí khoâng caàn ñöôïc ñieàu aùp toaøn boä theå tích beân trong maø chæ caùc boä caùc daây caùp ñeå giaûm öùng suaát trong maøng caêng. Khoaûng vöôït cuûa maøng caêng giaûm phaän chòu löïc (voøm cung, daàm, töôøng, coät) ñöôïc bôm khí, taïo neân baèng vôùi khoaûng caùch cuûa caùc daây caùp. hình daùng beà ngoaøi cuûa coâng trình. Ñieàu naøy daãn ñeán hai öu ñieåm quan troïng. Noù khoâng yeâu caàu caùc khoùa khí ôû nhöõng loái ra vaøo nhö cuûa caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn. Thöù hai, neáu moät boä phaän ñöôïc bôm khí bò xì hôi, caùc boä phaän keà beân vaãn ñuû oån ñònh ñeå ngaên chaën toaøn boä coâng trình xeïp ñoå. Hình 10.9: Caùc hình thöùc caáu truùc bôm phoàng baèng khí. Coù hai hình thöùc chuû yeáu cuûa caáu truùc bôm phoàng baèng khí: caáu truùc söôøn bôm phoàng vaø caáu truùc maøng keùp. Caáu truùc söôøn bôm phoàng Hình 10.8: Heä thoáng ngaøm cho caùc caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn. ñöôïc hình thaønh töø moät chuoãi caùc oáng ñöôïc bôm hôi, thöôøng laø cong 59
60. daïng voøm, taïo ra voû bao cho khoâng gian beân trong (hình voøm maùi öùng suaát uoán gia taêng, daãn ñeán hieän töôïng bò gaáp trôû neân nhieàu hôn hoaëc baùt uùp). Caáu truùc maøng keùp bao goàm hai lôùp maøng; hai lôùp vaø söï suïp ñoå do oaèn nhanh choùng xaûy ra. Taát caû caùc boä phaän keát caáu maøng ñöôïc giöõ laïi vôùi nhau baèng nhöõng maøng ngaên vaø caùc khoâng bôm phoàng baèng khí khaùc (coät, töôøng, baûn, vaø daàm cung) cuõng coù xu gian giöõa caùc ngaên ñöôïc ñieàu aùp (Hình 10.9). höôùng maát khaû naêng laøm vieäc do hieän töôïng oaèn, do vaäy, caùch thöùc laøm vieäc cuûa chuùng töông töï nhö cuûa daàm bôm phoàng baèng khí. SÖÏ LAØM VIEÄC Söï aûnh höôûng cuûa chieàu cao tieát dieän Trong khi caáu truùc chòu löïc baèng khí neùn chæ yeâu caàu moät aùp löïc khoâng khí nhoû ñeå tröïc tieáp chòu maøng caêng, aùp suaát trong caùc boä Khi gia taêng chieàu cao cuûa moät daàm bôm phoàng baèng khí, khaû naêng phaän keát caáu ñöôïc bôm phoàng phaûi cao hôn ñaùng keå, giuùp chuùng ñuû chòu löïc cuûa noù seõ gia taêng. Ngöôïc laïi, ñoái vôùi ñieàu kieän taûi troïng nhö vöøng chaéc ñeå laøm vieäc nhö nhöõng boä phaän chòu löïc. nhau, aùp suaát beân trong phaûi cao hôn neáu chieàu cao giaûm ñi. Noùi chung, caùc boä phaän bôm phoàng baèng khí phaûi coù kích thöôùc lôùn hôn Xeùt moät oáng ñöôïc bôm phoàng baèng khí. Khi noù ñöôïc bôm phoàng caùc boä phaän thoâng thöôøng töông öùng (Hình 10.11). (nhöng khoâng chòu taûi), aùp löïc beân trong leân hai ñaàu gaây ra öùng suaát keùo theo chieàu daøi trong maøng caêng. Ñoàng thôøi, aùp löïc beân trong leân Söï caàn thieát cuûa vieäc phaân boá taûi troïng caùc thaønh beân coù xu höôùng eùp maøng caêng thaønh hình truï troøn, taïo ra Caùc taûi troïng taäp trung vuoâng goùc vôùi maøng caêng gaây ra söï bieán daïng öùng suaát toûa troøn trong maøng caêng (Hình 10.10). cuïc boä, laøm giaûm chieàu cao coù ích, vaø do ñoù laøm suy yeáu caáu kieän Neáu oáng bôm khí treân goái ôû hai ñaàu vaø chòu taûi phaân boá ñeàu nhö moät bôm phoàng baèng khí. Vì lyù do naøy, caùc taûi troïng vaø goái töïa taäp trung thanh daàm, hieän töôïng voõng phaùt sinh gaây öùng suaát neùn ôû phaàn treân phaûi ñöôïc kyõ löôõng tính toaùn ñeå phaân boá löïc taùc ñoäng treân dieän tích cuûa oáng vaø keùo ôû phaàn döôùi. Neáu öùng suaát keùo theo chieàu daøi cuûa lôùn hôn nhaèm giaûm thieåu söï bieán daïng cuïc boä. maøng caêng (gaây ra bôûi aùp löïc leân hai ñaàu) lôùn hôn öùng suaát neùn phaùt Söï hö hoûng cuûa vaät lieäu sinh töø traïng thaùi voõng ôû phaàn treân cuûa oáng, khi ñoù maøng caêng ôû phaàn treân vaãn giöõ trong traïng thaùi keùo, vaø oáng daàm vaãn chòu ñöôïc taûi Maøng caêng cuõng coù theå bò phaù hoaïi trong traïng thaùi keùo (noå tung) do troïng. ñöôïc bôm quaù caêng hoaëc do quaù taûi―ñoái vôùi töôøng vaø coät (quaù ngaén neân hieän töôïng voõng khoâng xuaát hieän tröôùc). Caùc yeáu toá khaùc coù theå Neáu aùp suaát giaûm ñi—daãn ñeán öùng suaát keùo theo chieàu daøi nhoû hôn daãn ñeán söï maát khaû naêng laøm vieäc cuûa maøng caêng laø söï phaù hoaïi cuûa öùng suaát neùn phaùt sinh töø traïng thaùi voõng ôû phaàn treân cuûa oáng, maøng naéng maët trôøi, hieän töôïng moûi do bò uoán cong lieân tuïc, söï maøi moøn vaø caêng seõ bò gaáp, daàm bò oaèn vaø suïp ñoå. Taûi troïng gia taêng cuõng daãn ñaâm thuûng. ñeán söï suïp ñoå töông töï. Khoâng gioáng caùc daàm thoâng thöôøng—bò bieán daïng roõ raøng tröôùc khi maát khaû naêng laøm vieäc, maøng caêng baèng khí suïp ñoå ñoät ngoät. Lyù do laø, moät khi phaàn treân cuûa cuûa maøng caêng trong öùng suaát neùn vaø bò gaáp, chieàu cao coù ích cuûa caáu kieän giaûm vaø 60