Trong việc xây dựng công trình, khung kết truyền tải trọng lượng thông qua một chuỗi các cấu kiện xuống đất. Điều này được thực hiện bằng cách xử lý các kết nối giữa các cấu kiện tại các điểm giao nhau. Mỗi kết nối được thiết kế và tính toán để có thể truyền hoặc đỡ một loại hoặc tổ hợp tải trọng cụ thể. Để phân tích cấu trúc, việc rõ ràng đầu tiên là hiểu rõ cách lực được cản trở và truyền tới các khung kết và kết nối. Tình huống thực tế của khung kết và kết nối là khá phức tạp, và việc tính toán chúng càng trở nên phức tạp và dài dòng hơn nếu ta xét tới tất cả các điều kiện biên. Tuy nhiên, cần nhớ rằng trạng thái của khung kết ảnh hưởng rất lớn đến cách cấu kiện hoạt động trong hệ thống kết cấu.
Khung kết thép có các kết nối hàn và bu lông. Khung kết bê tông cốt thép lắp ghép có các kết nối cơ học theo nhiều cách, trong khi khung kết bê tông đổ tại chỗ có các kết nối toàn khối. Khung kết gỗ có các kết nối đinh tán, bu lông, keo hoặc mộng. Dù vật liệu nào được sử dụng, kết nối cần có một độ cứng nhất định. Kết nối cứng được coi là có độ cứng rất lớn, trong khi kết nối bản lề và khung gối thì tương đương nhau.
Kết nối cứng giữ nguyên góc tương đối giữa các cấu kiện kết nối, trong khi kết nối bản lề cho phép xoay tương đối. Ngoài ra còn có kết nối nửa cứng trong khung kết thép và bê tông cốt thép.
Các loại khung gối
Khung gối phản lực
Thường thì để phân tích và tính toán cấu trúc, các kết nối đất cần được lý tưởng hóa về mặt hành vi. Cách tiếp cận này tương tự việc mô hình hóa một con lắc không có khối lượng, không có ma sát trong vật lý. Mặc dù không có con lắc như vậy tồn tại, việc lý tưởng hóa như vậy rất hữu ích khi nghiên cứu một số vấn đề cụ thể. Do đó, ma sát và khối lượng thường được bỏ qua khi xem xét hành vi của kết nối và gối đỡ. Điều quan trọng cần nhớ là tất cả các kết nối được lý tưởng hóa chính là các kết nối thực tế trong công trình xây dựng. Do đó, ta cần cố gắng làm cho các kết nối và gối đỡ trong sơ đồ tính phải gần với các kết nối và gối đỡ thực tế. Thỉnh thoảng, các kỹ sư có thể quên rằng, kết nối giả định khác rất nhiều so với kết nối thực tế.
Kết nối lăn (roller)
Kết nối lăn (roller) có thể tự do xoay và di chuyển dọc theo bề mặt mà lăn đặt trên. Bề mặt có thể nằm ngang, dọc, hoặc theo một góc nào đó. Phản lực là một lực vuông góc với bề mặt và có khoảng cách với bề mặt. Kết nối này thường được đặt ở một đầu của khung kết cầu dài, điều này cho phép cầu có thể mở rộng dưới sự thay đổi của nhiệt độ.
Kết nối lăn không thể cản trở lực ngang, bạn hãy tưởng tượng một người đang đứng trên đôi giày trượt pa tanh. Nếu nó chỉ chịu tải trọng của nó và tải trọng thẳng đứng theo trục tâm, nó sẽ giữ vị trí ban đầu. Nếu có lực ngang tác động, nó sẽ di chuyển để phản ứng lại lực đó. Tải trọng ngang có thể là gió, xe cộ hoặc động đất. Trong công trình, hầu hết đều chịu tải trọng ngang nên ngoài kết nối lăn này, cần có các kết nối khác để hỗ trợ.
Kết nối gối
Kết nối gối có thể cản trở được lực ngang và lực thẳng, nhưng không thể cản trở mô-men. Chúng cho phép cấu kiện kết cấu xoay nhưng không thể di chuyển theo bất kỳ hướng nào. Nhiều kết nối được giả định hoặc xem như kết nối gối, mặc dù thực tế chúng có thể cản trở một chút mô-men. Thực tế, kết nối gối có thể cho phép xoay theo một hướng nhất định và đồng thời cản trở xoay theo các hướng khác. Ví dụ, đầu gối của con người có thể coi là kết nối gối có thể xoay theo một hướng nhưng không thể xoay theo các hướng khác. Kết nối gối là một ví dụ điển hình về sự lý tưởng hóa kết nối trong thực tế. Một kết nối gối đơn độc không đủ để làm cho cấu trúc ổn định. Cần phải có các kết nối khác ở một số điểm để cản trở xoay của cấu trúc. Kết nối gối được biểu đạt bằng hai thành phần lực thẳng và lực ngang, cùng với một mô-men.
Kết nối khớp
Khác với kết nối lăn, các kỹ sư kết cấu thường sử dụng kết nối khớp trong sơ đồ tính của công trình. Chúng là loại kết nối phổ biến trong hầu hết các khung kết.
Chúng ta thường gặp rất nhiều kết nối khớp trong thực tế. Ví dụ như một cửa sử dụng bản lề, khi bị đẩy mở, kết nối cho phép xoay quanh một trục và ngăn cản di chuyển của cửa theo hai hướng. Tuy nhiên, bạn có thể thấy rằng, nếu không cung cấp mô-men đủ lớn, cửa sẽ không mở được.
Bạn đã bao giờ tính toán mô-men cần thiết để mở một cửa chưa? Và tại sao có những cửa dễ mở hơn cửa khác?
Gối đỡ
Gối đỡ có thể chịu được lực ngang, đứng và mô-men. Vì chúng có thể cản trở chuyển vị thẳng và xoay, chúng được biết đến như là gối đỡ cứng. Điều này có nghĩa là chỉ cần một gối đỡ cứng, cấu trúc có thể ổn định, không biến dạng và ba phương trình cân bằng đều đúng. Ví dụ, cột cờ cắm trên móng bê tông… Kết nối gối đỡ được biểu thị bằng hai thành phần lực thẳng và lực ngang, cùng với một mô-men.
Kết nối cứng
Kết nối cứng rất phổ biến. Ví dụ, trong khung kết thép, kết nối hàn được sử dụng để hàn các cấu kiện lại với nhau, và bê tông đổ toàn khối cũng tự động hình thành các kết nối cứng ở các điểm kết nối nếu cốt thép được bố trí đúng cách. Các kết nối cứng cần được chú ý hơn trong quá trình xây dựng vì chúng thường là nguồn gốc của sự hư hỏng của công trình.
—edited by Dnulib
