|
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
Phần II
KẾT CẤU GỖ
Chương 9
GỖ DÙNG TRONG XÂY DỰNG
9.1. Ưu nhược điểm của kết cấu gỗ
Kết cấu gỗ được sử dụng khá phổ biến trong các công trình xây
dựng như cột nhà, kèo nhà, khung gỗ, cầu gỗ… Vật liệu làm kết cấu gỗ
không phải chỉ là toàn gỗ mà có thể là các vật liệu khác kết hợp như
thép, tre, chất dẻo.
Gỗ là vật liệu tự nhiên được sử dụng rộng rãi và có từ lâu đời.
9.1.1. Ưu điểm
- Gỗ là loại vật liệu nhẹ, cường độ cao.
- Gỗ là vật liệu khá phổ biến mang tính chất địa phương.Ở Việt Nam, gỗ không
phải chỉ ở rừng núi mà có ở khắp các vùng nông thôn, đồng bằng. Ở nông thôn,
việc xây dựng nhà hầu hết sử dụng vật liệu tại chỗ: gỗ xoan, mít (có hơn 400
loại gỗ khác nhau). Gỗ là loại vật liệu dễ gia công, chế tạo: dễ xẻ, dễ cưa, bào,
đóng đinh…
9.1.2. Nhược điểm
- Tính không đồng nhất và không đẳng hướng.
Ví dụ: không đồng nhất ở chỗ cùng một loại gỗ nhưng tính chất có thể khác
nhau tuỳ theo địa phương, khu rừng.
Gỗ không phù hợp với giả thiết trong tính toán là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng
nên khi tính toán cần lấy hệ số an toàn cao.
- Gỗ có nhiều khuyết tật làm giảm khả năng chịu lực và làm cho việc chế tạo khó
khăn như mắt gỗ, khe nứt…
- Gỗ là loại vật liệu ngậm nước, lượng nước chứa trong gỗ thay đổi tuỳ theo môi
trường không khí xung quanh. Khi gỗ hút hay nhả hơi nước sẽ bị giãn nở hay co
ngót không đều theo các phương dẫn đến hiện tượng nứt nẻ, cong, vênh.
Kết cấu làm bằng gỗ ẩm, khi khô các mộng lỏng ra, ảnh hưởng đến khả năng
chịu lực, có thể không sử dụng được.
- Gỗ dễ bị nấm mốc, mối mọt, mục và dễ cháy. Ở nhũng nơi có nhiệt độ lớn hơn
500C không được sử dụng kết cấu gỗ.
Những nhược điểm trên là của gỗ thiên nhiên chưa qua chế biến. Để khắc phục
những khuyết điểm đó, người ta phải xử lý cho gỗ khỏi mục, mọt, lựa chọn vật
liệu (loại bỏ gỗ bệnh tật, không dùng gỗ tươi…). Nhưng ngày nay, người ta
thường sủ dụng gỗ dán có nhiều ưu điểm như nhẹ, khoẻ, chịu lực tốt, bền (đã
qua xử lý chống mối mọt), khó cháy.
9-1 
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
9.2. Phạm vi sử dụng kết cấu gỗ
9.2.1. Nhà dân dụng
Nhà ở 1 tầng, 2 tầng, hội trường, nhà văn hoá, trụ sở.
9.2.2. Nhà xưởng sản xuất công nghiệp
Kho thóc gạo, chuồng trại chăn nuôi, các xưởng chế biến, xưởng
sản xuất và sửa chữa ở nông thôn. Trong các xưởng hoá chất có chất ăn
mòn kim loại, có thể thay thế thép bằng gỗ.
9.2.3. Trong giao thông vận tải
Cầu nhỏ, cầu tạm trên đường cấp thấp.
9.2.4. Trong thuỷ lợi
Cầu tàu, bến cảng, cửa van, cống.
Ngoài ra trong thi công gỗ được sử dụng rộng rãi trong các dàn
giáo, ván khuôn, cầu công tác.
Nói chung, kết cấu gỗ được sử dụng thích hợp với nhũng công trình
vừa và nhỏ, khong mang tính chất vĩnh cửu.
Hình 9.1: Hình dạng và kích thước mẫu thử.
9.3. Tính chất cơ học của gỗ
Tính chất cơ học của gỗ gồm các chỉ tiêu về độ bền, độ đàn hồi, khi
chịu lực kéo, nén, uốn, ép mặt, trượt… Để xác định các chỉ tiêu này
9-2
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
người ta làm thí nghiệm với các mẫu gỗ nhỏ (không có bệnh tật), trên
máy với những tốc độ gia tải nhất định.
Theo tiêu chuẩn TCVN 363-70 đến 370-70 về các phương pháp thử
cơ học của gôc và mẫu thử để tìm đặc trưng cơ học có hình dạng và kích
thước như hình 9.1.
Trên thực tế cấu kiện gỗ có kích thước lớn hơn nhiều lần so với mẫu
thí nghiệm và luôn có khuyết tật, vì vậy khi xác định tính chất cơ học của
gỗ, người ta phải làm thí nghiệm với rất nhiều mẫu để lấy kết quả trung
bình.
Ngoài hình dáng mẫu thí nghiệm, cường độ của gỗ còn phụ thuộc
rất nhiều vào tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng.
9.3.1. Ảnh hưởng của thời gian chịu lực đến cường độ lâu dài của gỗ
Hình 9.2. Đường cong chịu lực lâu dài của gỗ.
Người ta thí nghiệm với nhiều mẫu gỗ giống nhau, mỗi mẫu chịu
một tải trọng khác nhau. Kết quả vẽ được biểu đồ quan hệ giữa cường
độ phá hoại và thời gian tác dụng của tải trọng cho đến lúc mẫu gỗ bị
phá hoại.
Biểu đồ này có dạng đường cong đi xuống và tiếp cận với một
đường nằm ngang. Như vậy cường độ của gỗ sẽ giảm đi khi chịu lực lâu
dài, cuối cùng sẽ giảm đến một trị số ó cl (cường độ lâu dài của gỗ), ó cl
cũng chính là ứng suất mà mẫu gỗ có thể chịu được (không bị phá hoại).
Nếu ứng suất thực tế ó > ó cl → gỗ sẽ bị phá hoại; ó < ó cl → gỗ sẽ không bị
phá hoại dù tải trọng tác dụng có lâu dài vô hạn.
Trong tính toán dùng
ó cl
làm giới hạn chịu lực.
9-3
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
9.3.2. Sự làm việc của gỗ chịu kéo, nén, uốn
9.3.2.1. Kéo
Cường độ chịu kéo của gỗ dọc thớ rất cao, thường tới > 80 – 100
MN/m2.
Nhìn vào biểu đồ kéo, nén của gỗ ta có nhận xét: đường biểu diễn
mối quan hệ giữa ứng suất kéo với biến dạng gần như là một đường
thẳng, coi như ứng suất tỷ lệ với biến dạng.
Hình 9.3: Biểu đồ kéo, nén của gỗ.
Mẫu gỗ bị phá hoại đột ngột ở biến dạng tương đối nhỏ, gỗ chịu kéo
làm việc như vật liệu dòn (không thể phân đều lại ứng suất), sẽ bị phá
hoại nhanh chóng. Trong thực tế, gỗ còn bị các tật bệnh làm giảm khả
năng chịu lực nhiều.
Do cấu trúc dạng sợi, gỗ chịu kéo ngang thớ kém (1/20 – 1/15
cường độ chịu kéo dọc thớ) nên không bao giờ chỗ gỗ chịu kéo ngang
thớ.
9.3.2.2. Nén
Cường độ nén dọc thớ của mẫu gỗ nhỏ hơn cường độ kéo vài lần
(khoảng 30 – 45 MN/m2).
9-4
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
Biểu đồ nén là một đường cong rõ rệt: phần đầu của biểu đồ là một
đường thẳng (ứng với ứng suất < 0,5 ứng suất phá hoại). Sau trị số này,
biến dạng của gỗ tăng nhanh so với ứng suất.
Biểu đồ có dạng cong, khi nén gỗ làm việc dẻo (ứng suất trong các
thớ được phân đều lại trước khi gỗ bị phá hoại).
Các nhân tố bệnh tật, giảm yếu của gỗ ít ảnh hưởng đến sự làm việc
chịu nén (vì ứng suất cục bộ được phân đều lại).
Cường độ chịu nén là chỉ tiêu ổn định nhất trong các chỉ tiêu cường
độ, được dùng để đánh giá, phân loại gỗ (nén là hình thức chịu lực thích
hợp nhất đối với gỗ).
9.3.2.3. Uốn
Cường độ chịu uốn của gỗ vào khoảng trung gian giữa cường độ
chịu nén và cường độ chịu kéo (70 – 90 KN/m2). Ảnh hưởng của các tật
bệnh, giảm yếu đối với uốn ở trung gian giữa kéo và nén.
Hình 9.4: Sự làm việc của gỗ khi chịu uốn.
a) Sự phân bố ứng suất trong giai đoạn đầu và giai đoạn sau;
b) Nếp gãy ở vùng nén và thớ đứt ở vùng kéo.
a) Sự phân bố ứng suất trong giai đoạn đầu 1 và giai đoạn sau 2;
b) Nếp gãy ở vùng nén 3 và thớ đứt ở vùng nén 4.
Ở giai đoạn đầu khi mômen uốn nhỏ thì ứng suất pháp phân bố dọc
chiều cao tiết diện theo quy luật đường thẳng. Trị số ứng suất thớ biên
ó =
M
W
,W =
bh 2
6
(cm 3 )
(mômen kháng uốn hình chữ nhật).
Tăng mômen uốn, ứng suất nén phân bố theo đường cong và tăng
chậm, trong vùng nén xuất hiện biến dạng dẻo
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
Ứng suất kéo vẫn tiếp tục tăng theo quy luật đường thẳng. Trục
trung hoà lui xuống phía dưới. Mẫu bắt đầu bị phá hoại khi ở vùng nén
ứng suất đạt đến cường độ nén và bị phá hoại hẳn khi ó k = Rk .
Do sự phân bố ứng suất thực tế theo đường cong, xác định ứng suất
thớ biên bằng công thức sức bền vật liệu không còn đúng, nhưng trong
tính toán vẫn sử dụng công thức ó = M (với điều kiện phải thêm hệ số
W
điều chỉnh vào W ).
Môđun đàn hồi của gỗ chịu kéo, nén, uốn gần bằng nhau (do hệ số
ó
å
9.3.3. Sự làm việc của gỗ chịu ép mặt và chịu trượt
9.3.3.1. Ép mặt
Khái niệm: ép mặt là sự truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện
khác qua mặt tiếp xúc nhau. Ứng suất ép mặt xuất hiện tại chỗ tiếp xúc.
Cường độ ép mặt:
Trong đó:
N _ Lực ép mặt;
Fem _ diện tích chịu ép mặt (diện tích tiếp xúc).
Có các loại tuỳ theo phương của lực tác dụng vào thớ gỗ):
- Ép mặt dọc thớ;
- Ép mặt ngang thớ;
- Ép mặt xiên thớ
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
Hình 9.5: Các dạng ép mặt của gỗ
a) Ép mặt dọc thớ; b) Ép mặt ngang thớ; c) Ép mặt xiên thớ.
Ép mặt cục bộ.
Ép mặt dọc thớ (cũng như nén dọc thớ), có ó em khá cao (không khác
mấy so với cường độ nén dọc thớ và trong tính toán không phân biệt).
Ép mặt ngang thớ (cũng như nén ngang thớ), biến dạng lớn (do cấu
trúc dạng sợi của gỗ), có hai trường hợp: ép mặt cục bộ và ép mặt toàn
bộ.
Ép mặt toàn bộ thực chất là nén ngang thớ có cường độ nhỏ nhất.
Ép mặt cục bộ: trong 1 phần diện tích có cường độ cao nhất vì còn
có sự tham gia chịu lực của bộ phận gỗ ở xung quanh vùng đặt lực (diện
tích ép mặt càng nhỏ so với diện tích cả thanh gỗ thì cường độ ép mặt
càng cao).
Ép mặt xiên thớ: cường độ phụ thuộc vào góc giữa phương lực và
thớ gỗ.
9.3.3.2. Trượt
Tuỳ theo vị trí của các lực tác dụng đối với thớ gỗ, có các trường
hợp trượt của gỗ như sau:
9-7
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
- Cắt đứt thớ;
- Trượt dọc thớ ( Rtr ).
- Trượt ngang thớ ( R 90 ).
- Trượt chéo thớ.
Hình 9.6: Các dạng trượt của gỗ.
Ứng suất trượt không phân bố đều trong mặt trượt (mức độ không
đều của trượt tuỳ thuộc vào vị trí của ngoại lực so với mặt trượt). Tính
ô tb → ó tb .
Có 2 dạng đặt ngoại lực:
- Ngoại lực đặt ở một phía (1 đầu) của mặt trượt, ta có trượt một phía, ô phân bố
rất không đều.
- Ngoại lực đặt ở 2 đầu của mặt trượt, ta có trượt trung gian → ô phân bố đều hơn
trường hợp một phía.
Ngoài ra mức độ không đều của ô cũng tăng lên khi
ltr / e
tăng.
Hình 9.7: Ứng suất trượt của gỗ.
9-8
Chương 9. Gỗ dùng trong xây dựng
9.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của gỗ
9.4.1. Độ ẩm (w)
Quy định độ ẩm tiêu chuẩn là 18% (ở Việt Nam) (độ ẩm có ảnh
hưởng rõ rệt đến cường độ của gỗ).
9.4.2. Nhiệt độ (to)
Khi nhiệt độ tăng → cường độ của gỗ giảm.
Nếu kết cấu chịu nhiệt độ thường xuyên trong 500C thì không được
dùng vật liệu gỗ. Nhiệt độ tiêu chuẩn (lấy theo nước ngoài) t0 = 200C.
9.4.3. Tật bệnh
9.4.4. Thời gian sử dụng
Ảnh hưởng đến khả năng chịu lực.
Phần II ............................................................................................................... 1
Chương 9 ......................................................................................................... 1
9.1. Ưu nhược điểm của kết cấu gỗ............................................................................. 1
9.2. Phạm vi sử dụng kết cấu gỗ ................................................................................. 2
9.3. Tính chất cơ học của gỗ ....................................................................................... 2
9.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của gỗ ...................................................... 9
9-9
|
