Thiết kế cầu máng

Luận Văn: Thiết kế cầu máng

phần I

Tài liệu thiết kế

Kênh dẫn nớc đi qua vùng trũng có chiều dài L=24m.Sau khi so sánh phơng án thiết kế

đã đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông có cốt thép qua vùng

Dựa vào địa hình, qua tính toán thủy lực và thủy nông đã xác định đợc mức nớc yêu cầu trong cầu máng nh sau:

*Các chỉ tiêu thiết kế

Bê tông M=150 công trình cấp III, Cốt thép nhóm CI ,Tổ hợp tải trọng cơ bản

Theo phụ lục 2 Rn=70(Kg/cm2)

Theo phụ lục 3 kn=1.15

Theo phụ lục 4 nc=1.0

Theo phụ lục 5 mb=1

Theo phụ lục 7 Ra=2100(Kg/cm2)

Theo phụ lục 8 ma=1.1(giả thiết số thanh cốt thép <10)

Theo phụ lục 11 α0=0.7

A0=α0(1-0.5α0)=0.455

Chiều dày lề thay đổi dần từ mép ngoài h1=8cm đến mép trong h2=12cm.

Để tiện lợi cho việc tính toán ta chọn chiều dày trung bình h=10cm

3 Xác định nội lực

Dầm conson tải trọng phân bố đều với qtt

lề= 482,5 (kg/ m)M=qtt

lê.x2/2Q= qtt

15440

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

0 n b

R m

h b R

Trong đó α tra phụ lục 10 A = 0,0396 => α = 0,0407

2100 1 , 1

0407 , 0 8 100 70

0 n b

R m

h b R

2100 1 , 1

7 , 0 8 100 70 1

Famin= 0,8 cm2 < Fatt = 0,99 cm2 < Famax = 16,97 cm2

Vậy kích thớc tiết diện Fatt = 0,99 (cm2)

5.Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên

σ1 =

0

c n

h b

Q n k

386 1 15

Trong đó δ là độ vợt cao an toàn Lờy δ = 0,5m

- Các tải gây căng ngoài: Mlề, Mgió đẩy

- Các tải gây căng trong: Mng, Mlề, Mnớc, Mgió hút

Mgiã ®Èy : m« men do giã g©y nªn.

Mgiã ®Èy = 451 , 584

2

72 , 2 96 2 , 1 2

H q

n 2

vach gh

Mgiã ®Èy = 45158,4 (kg.cm)VËy ¸p lùc c¨ng ngoµi:

h b R m

M n k

n b

tt c n

28.100.70.1

4,36758.3,1.15,1

A = 0,01 < 0,455

VËy Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

01 , 0 28 100 70

1

= (cm2)KiÓm tra ®iÒu kiÖn Famin < Fa < Famax

Famin = µmin b h0 = 0,001 100 28 = 2,8 (cm2)

Famax = 38 , 6 ( cm )

2100 1 , 1

455 , 0 28 100 70 1 R

m

h b R

a a

0 n

H3 3 max

H q

tt c n

h b R m

M n k

28 100 70 1

252092

1 15 , 1

A = 0,053 < 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

R m

h b R m

a a

2 0 n

Trong đó α tra phụ lục 10 A = 0,053 => α = 0,05

2100 1 1 , 1

05 , 0 28 100 70

=Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

5 Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên

0

c

h b

Q n k

= σ

<

Trong đó:

Q = ng qgh Hvách + γn

2

h2

=1,2 0,72 2,8+(10 2,32)/2 = 28,87 (KN) = 2887 (kg)

28 100

2887 1 15 ,

=

=

σ2 = k1 mb4 Rk = 0,6 0,9 6,3 = 3,402 (kg/cm2)

σ1 = 1,185 < σ2 = 3,402

Vậy bê tông đảm bảo đợc lực cắt Theo cấu tạo đặt 5φ6

6 Bố trí thép

• • • • • φ6 a=20 φ12 a=20 φ6

φ6 a=20 φ12 • • • • •

a=20 • • • • •

φ9 •

a=20 • φ6 φ8 a=20

Hình 6-II: sơ đồ bố trí thép vách

7 Kiểm tra nứt

Vì trị só mômen căng trong lớn hơn trị số mômen căng ngoài nên nếu xảy ra nứt thì kết cấu sẽ nứt do mômen căng trong Vậy trong tính toán kiểm tra ta tính với trờng hợp mômen căng trong max

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

nc Mtc≤ Mn

Trong đó:

nc: là hệ số tổng hợp tải trọng nc = 1

Mtc: mômen uốn do tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn

Mtc = 252092 (kg.cm)

Mn: mômen uốn mà tiết diện có thể chịu đợc ngay trớc khi khe nứt xuất hiện Mn =

γ1 Rkc Wqđ

γ1: hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo γ1 = mh γ

Tra phụ lục 13: mh = 1

Tra phụ lục 14: γ = 1,75

' a ' F n h nF 2

h b

a a

a 0

a 2

+ +

+ +

2 51 , 2 10 28 65 , 5 10 2

30

100 2

+ +

+ +

xn = 15,1 cm

Jqđ : mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi

n 0 a

2 n

a

3 n

3

3

) x h (

b 3

x

.

b

− +

− +

− +

3

) 2 1 , 15 (

18 , 3 10 ) 13 , 15 28 ( 65 , 5 10 3

) 1 , 15 30 (

100 3

− +

− +

Jqđ = 239889,36 cm4

Wqđ = 16099 , 95

1 , 15 30

36 , 239889 x

Điều kiện thoả mãn Vậy theo quy phạm kết cấu không bị nứt

III thiết kế đáy máng

Hình 1- III: sơ đồ cấu tạo đáy máng

Hình 2-III: sơ đồ tính toán đáy máng

Tải trọng tác dụng lên dầm gồm hai loai sau:

a) Tải trọng thờng xuyên

H 3 3 max

γ

qHmax = γn Hmax = 10 2,3 = 23(KN) = 2300(kg/m)

qtt Hmax = qHmax nnc = 23 1 = 23(KN) = 2300(kg/m)

2

70 , 1 2

l = =

MH.ngh = 2 , 9 ( KN / m ) 290 ( kg / m )

6

21 , 1 10 6

H3 3 ngh

λ

qH.ngh = γn Hngh = 10 1,21 = 121(KN) = 1210 (kg/m)

qtt H.ngh = qH.ngh nnc = 12,1 1 = 121 (KN) = 1210 (kg/m)

- Tải trọng do gió:

+ Gió đẩy:

Mgió đẩy = 4,5 (KN.m) = 450 (kg.m)+ Gió hút:

Mgió hút = 3,39 (KN.m) = 339 (kg.m)

- Tải trọng do ngờ:

Mngời = 0,704 (KN.m) = 70,4 (kg.m)

3 Nội lực đáy máng

25250

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

A = 0,06 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

062 , 0 28 100 70 1

33600

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

A = 0,007 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

01 , 0 28 100 70

1 = (cm2)Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

50900

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

A = 0,0106 < A0 = 0,455Vậy Ftt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

01 , 0 28 100 70

55450

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

A = 0,0116 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

012 , 0 28 100 70 1

5 Tính toán cốt thép ngang cho đáy máng

Mặt cắt có giá trị lực cắt lớn nhất để tính toán

Q n k

= σ

3248 1 15 ,

σ2 = k1 mb4 Rk = 0,6 0,9 6,3 = 3,402 (kg/cm2)

σ1 = 1,334 < σ2 = 3,402Vậy bê tông đảm bảo đợc lực cắt hay nói cách khác là theo tính toán không cần đặt cốt ngang cho đáy

Nứt đợc kiểm tra trên mặt cắt có mômen căng trên lớn nhất Mặt cắt (A-A)

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

γ: hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo γ1 = mh γ

Tra phụ lục 13: mh = 1 Tra phụ lục 14: γ = 1,75

' a F n h F n 2

h b

a a

a 0

a 2

+ +

+ +

xn =

) 18 , 3 65 , 5 ( 10 30 100

2 18 , 3 10 28 65 , 5 10 2

30

100 2

+ +

+ +

xn = 15,1 cm

Jqđ : mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi

n 0 a

2 n

a

3 n

3

3

) x h (

b 3

x

.

b

− +

− +

− +

3 3

) 2 1 , 15 (

18 , 3 10 ) 1 , 15 28 ( 65 , 5 10 3

) 1 , 15 30 (

100 3

36 , 239889 x

Điều kiện thoả mãn Vậy theo quy phạm kết cấu không bị nứt

IV Thiết kế dầm đỡ giữa

1 Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng lên dầm

Đáy máng gối lên ba dầm dọc (hai dầm bên và một dầm giữa) Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng, phần lề ngời đi truyền xuống nhng chịu tải trọng nớc và tải trọng bản thân ít hơn dầm giữa Dần giữa chịu tải bản thân và nớc là chính

Theo cấu tạo dầm đỡ giữa tạo thành một khối với bản đáy nên có sơ đồ tính nh một dầm chữ T liên tục có 6 nhịp lnhịp = L/6 = 24/6 = 6 (m)

Trong tính thép ta chọn thép cho dầm giữa rồi bó trí tơng tự cho hai dầm còn lại

qtt

bt = qbt dầm nbt = 15,375 1,05 = 16,14375 (KN/m)

qtt bt

H×nh 3- IV: néi lùc trong dÇm

3 TÝnh thÐp cho dÇm

§©y lµ bµi to¸n tÝnh thÐp cho dÇm ch÷ T

§©y lµ bµi to¸n tÝnh thÐp cho dÇm ch÷ T c¸nh nÐn

Giả thiết trục trung hoà đi qua mép dới cánh bản x = h’c.

1437600

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

A = 0,0264 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

026 , 0 76 155 70 1

0 0 n b

R m

h b R

2100 1 , 1

7 , 0 76 155 70 1

1997000

1 15 , 1 h b R m

M n k

2 2

0 n b

tt c

A = 0,189 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

a a

0 n b

R m

h b R

215 , 0 76 30 70

0 0 n b

R m

h b R

2100 1 , 1

7 , 0 76 30 70 1

3 TÝnh to¸n cèt thÐp ngang cho dÇm

§Ó tÝnh to¸n cèt ®ai, cèt xiªn ta tÝnh víi tõng nhÞp vµ cô thÓ lµ hai nhÞp ®Çu a) TÝnh thÐp ngang cho nhÞp ®Çu

Q(KN)122,09

h b 9 , 0

Q n k

76 30 9 , 0

18809

1 15 , 1

Theo đIều kiện cấu tạo chọn đờng kính cốt đai d=8mm nên fd=0,503 cm2

,

nd=2,ad=20 cm

20 30

1700 503 , 0 2 1 , 1 a

b

R f.

n m

d

ad d d n

=

=

σ1x=σ1-(σ1a+σ1d)=10,54-(2,37+3,14)=5,03

54 , 10

03 , 5 9 ,

30 03 , 5 35 , 201 5 , 0 2 R m

b

ax a

Hình 8 – IV: sơ đồ bố trí thép dầm

6 Kiểm tra nứt

Ta kiểm tra nứt cho hai mặt cắt có trị số mômen (dơng và âm) lớn nhất

a- Kiểm tra nứt cho mặt cắt qua gối 1.

Cánh nằm về phía chịu kéo

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

γ1: hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo γ1= mh γ

Tra phụ lục 13: mh = 1

Tra phụ lục 14: γ = 1,75

xn =

) F F ( n h ).

b b ( h b

' a F n h F n ) 2

h h (

h ).

b b ( 2

h b

' a a c

c

' a 0

a

c c

c 2

+ +

− +

+ +

−

− +

xn =

) 72 , 12 71 , 15 ( 10 30 ).

30 155 ( 80 30

4 72 , 12 10 71 , 15 10 ) 2

30 80 (

30 ).

30 155 ( 2

80

30 2

+ +

− +

+ +

−

− +

xn = 54,74 cm

Jqđ : mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi

n 0 a

2 n

a

3 c n c

3 n c

3 n

3

) h x h )(

b b ( 3

) x h (

b 3

x

b + − − − − − + − + −

Jqđ = 9616055,712 cm4

Wqđ = 380683 , 12

74 , 54 80

712 , 9616055 x

Điều kiện thoả mãn Vậy theo quy phạm kết cấu không bị nứt

b-Tính bề rộng khe nứt a n theo công thức kinh nghiệm

1437600 Z

F

M

1 a

52 , 16

7 Tính biến dạng dầm

Ta tính độ võng cho mặt cắt giữa nhịp dầm đầu tiên Lúc này bài toán đợc đa về tính

độ võng cho dầm dài 5m, bề rộng dầm b=30cm, chiều cao dầm h=8cm

Bê tông M#150

Cốt thép chịu kéo Fa = 12,72 cm2

Cốt thép chịu nén Fa = 15,71 cm2

Chiều dày lớp bảo vệ a = a’ = 4cm

Tải trọng tiêu chuẩn qd = qbt + qnc = 51,79 (KN/m)

Tra phụ lục 9 đợc Ea = 2,1 106 kg/cm2

Tra phụ lục 6 đợc Eb = 2,1 105 kg/cm2

Tra phụ lục 2 đợc Rc

E

ψ

−Trong đó:

ξ =

n 10

) T L (

5 , 1 8 , 1

1 h

x

0

η

+ +

=

76 30 85

1616875 h

b R

M

2 2

0

c n

72 , 12 h

b

' c

' c

h b

F v

n h ).

b b ( − +

76 30

05 , 10 15 , 0

10 30 ).

30 155 (

) 605 , 1 11 , 0 (

5 , 1 8 , 1

1 h

x

0

= +

' a

2

1564 , 0 0 , 2 395 , 0 1 h ) ' ( 2

' '.

ξ + γ δ

−

Ζ1 = 61,65

Μặt khác:

65 , 61 72 , 12

1616875 Z

F

M

1 a

1

2 a

=

+

= + ψTính theo công thức x= ξ h0 = 0,1561 76 = 11,86 cm

1 100

7 , 0 1

x

x

= + à

, 0

) 53 , 21 76 (

65 , 61 72 , 12 10 1 ,

Theo hình 3- IV ta đã có biểu đồ M của nhịp đầu tiên

7 , 99 5 , 1 3 5 , 1 05 , 233 6 3

2 EJ

0 l

f

500

1 l

f   =



Kết luận: độ võng của dầm thoả mãn yêu cầu thiết kế

VÏ h×nh bao vËt liÖu

3782615.76

3286483.2

2482024.8 1997000

Qua đồ án cầu máng bản thân em đã học hỏi đợc nhiều điều bổ ích nhng thấy vẫn còn rất nhiều lúng túng trong quá trình tính toán Do đó có những sai phạm là không tránh khỏi Việc lựa chọn kích thớc các bộ phận cầu máng còn cha đợc hợp lý, nhng do thời gian hạn chế nên không thể tính toán lựa chọn lại đợc Em rất mong các thầy chỉ bảo cho em.

Em xin cảm ơn các thầy trong bộ môn Kết cấu Công trình đã giảng giải giúp em hoàn thành đồ án này