Tài liệu bêtông chuyên ngành thuỷ công CHƯƠNG 2 KHUNG bê TÔNG cốt THÉP

Trường hợp này tải trọng tác dụng lên khung là + Tĩnh tải+hoạt tải toàn phần dài hạn + Hoạt tải toàn phần ngắn hạn Tuy nhiên trong quá trình tính toán nếu không cần độ chính xác cao có x

CHƯƠNG 2 KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 KHÁI NIỆM

2.2 PHÂN LO ẠI

2.3 KHUNG BÊTÔNG C ỐT THÉP TOÀN KHỐI

2.3.1 C ẤU TẠO KHUNG VÀ NÚT KHUNG

2.3.2 TÍNH TOÁN KHUNG TOÀN KH ỐI

2.3.2.1 KHÁI NI ỆM KHUNG NGUY HIỂM

c Khi khung có tỷ số L/B1.5 (công trình có mặt bằng chạy dài) thì nội lực chủ

yếu gây ra ở khung ngang vì độ cứng khung ngang nhỏ hơn nhiều lần độ cứng khung dọc

vì thế cho phép tách riêng từng khung phẳng để tính( tính khung ngang)

d Khi khung có tỷ số L/B1.5 thì độ cứng khung ngang và khung dọc chênh lệch nhau không nhiều Do vậy nội lực của khung phát sinh ở cả khung ngang và khung dọc vì vậy khi tính nội lực phải tính cả hai phương(khung không gian)

2.3.2.2 CH ỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN

M  ; monent tính toán được chọn Mtt=(0.6-0.7)M0; chọn trước bề rộng dầm là

b thì chiều cao của dầm

b

b R b

M h



2

0  và h=(1.5-3)b; h=h0+a, b hệ số điều kiện làm

việc của bê tông

Cách 2: Cũng chọn trước b: h )L

16 12

1 (

 , tải trọng tính toán bao gồm: tỉnh tải và hoạt tải sàn, trọng lượng dầm dọc , dầm ngang và tường (nếu có) trong phạm vi Si Trọng lượng bản thân cột của tầng đang xét Từ đó ta xác định được

tải trọng của chúng:

n

i i

 Lực dọc truyền vào chân cột của một tầng đang xét là:Ni=gd+gc+gt+qsSi

Tổng lực dọc tác dụng lên chân cột của tầng đang xét là: n

i i

N N

1

;

Với n là số tầng trên đang xét

Trong thực tế vì tính toán sơ bộ nên cũng có thể bỏ qua gd và gc Nhưng nếu cột

có chịu moment do gió thì giá trị tính toán cần tăng them: Ntt=(1-1.5)Ni

Cột được xem là nén đúng tâm, diện tích tiết diện ngang của cột được xác định theo:

b

tt c

Trong tính toán việc chọn sơ đồ tính là hết sức quan trọng Đối với khung toàn

khối, sơ đồ tính là trục của dầm và cột; liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm(hoặc khớp), liên kết giữa cột và dầm là liên kết ngàm, lien kết cột – dàn vi kèo xem là liên kết khớp

2.3.2.4 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG

a Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải) gồm trọng lượng bản thân kết cấu, trọng

lượng sàn dầm truyền vào…

b Tải trọng tạm thời dài hạn gồm vật liệu, thiết bị chứa trong phòng kho…

c Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm khối lượng người, vật liệu sữa chữa, tải trọng

do thiết bị nâng chuyển di động, tải trọng gió…

d Tải trọng đặc biệt gồm tải trọng do động đất, tải trọng do nổ…

Tuy nhiên nếu quan niệm tính toán xem tải trọng tạm thời dài hạn có tác dụng

giống như tỉnh tải Trường hợp này tải trọng tác dụng lên khung là

+ Tĩnh tải+hoạt tải toàn phần dài hạn + Hoạt tải toàn phần ngắn hạn

Tuy nhiên trong quá trình tính toán nếu không cần độ chính xác cao có xem tải

trọng tác dụng lên khung là:

+ Tĩnh tải + Hoạt tải(hoạt tải ngắn hạn+hoạt tải dài hạn)

Tổ hợp tải trọng:

Có hai dạng tổ hợp: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặt biệt

+ Tổ hợp cơ bản: gồm tĩnh tải, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm

thời dài hạn

+ Tổ hợp đặc biệt: Gồm tĩnh tải, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng

tạm thời dài hạn và tải trọng đặc biệt

+ Tổ hợp tải trọng cơ bản có một tải trọng tạm thời thì giá trị của tải trọng tạm

thời được lấy toàn bộ

+Tổ hợp tải trọng cơ bản có từ hai tải trọng tạm thời trở lên thì giá trị tính toán

của tải rọng tạm thời hoặc các nội lực tương ứng của chúng phải được nhân với hệ số

tổ hợp là 0.9 đối với tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn

Thông thường các trường hợp hoạt tải tác dụng lên khung như sau:

+ Tĩnh tải chất đầy

+ Hai trường hợp hoạt tải đặt cách nhịp cách tầng

+Hai trường hợp tải trọng gió

+ Trọng lượng tường xây lên dầm nếu có gt(KN/m);

+ Tải trọng do sàn truyền vào (KN/m)

b Hoạt tải:

+ Hoạt tải do sàn truyền vào

c Hoạt tải gió

Tải trọng tập trung:

Tải trọng truyền vào dầm dọc rồi truyền vào nút khung dưới dạng lực tập trung Tải

trọng đặt tại nút khung gồm ( ví dụ tính cho nút B)

a Tỉnh tải:

+ Do sàn truyền vào: Gọi S1 là diện tích truyền tải từ sàn vào dầm dọc trục B ( phần gạch chéo như hình)

Thì Gs=gsSB (KN) + Do tường xây lên dầm dọc (nếu có):

Gt=bthtLtt2(KN);

Với t trọng lượng riêng của tường, 2 hệ số vượt tải của tường

+ Trọng lượng bản thân dầm

Có hai cách tổ hợp tải trọng ứng với hai quan niệm về tải trọng:

a Nếu xem hoạt tải toàn phần dài hạn có tác dụng giống như tỉnh tải thì có như tổ

b Nếu xem hoạt tải là tổng của hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn (gọi chung là

hoạt tải toàn phần) thì cách tổ hợp tải trọng tuân theo nguyên tắc sau:

Khung c ầu công tác chia làm hai loại chính:

- Khung c ầu công tác sữ dụng cơ cấu nâng hạ cửa van là cầu trục

- Khung c ầu công tác sữ dụng cơ cấu nâng hạ cửa van là máy nâng

C ống có cơ cấu nâng hạ cửa van bằng cầu trục

C ống có cơ cấu nâng hạ cửa van bằng máy nâng

C ầu trục

2.4.2 TÍNH K ẾT CẤU KHUNG

2.4.2.1 KHUNG CÓ CƠ CẤU NÂNG HẠ CỬA VAN BẰNG MÁY NÂNG

thanh lan can trụ lan can Dầm chính Dầm phụ

a) M ặt cắt ngang cầu công tác b) mặt bằng sàn

a Tính toán lan can

Thông thường thanh lan can cấu tạo bằng thép ống, Thanh lan can bố trí dọc cầu công tác Chiều dài tính toán thanh lan can là khoãng cách giữa hai tim trụ lan can Thông thường chỉ

cần chọn kích thước theo kinh nghiệm sau đó kiểm tra lại

S ơ đồ đặt lực của trụ lan can

b Sàn c ầu công tác

 Tính toán sàn ngoài S 1

T ải trọng tác dụng

Cắt 1m dài bản theo phương ngang cầu công tác Phần bản sàn này xem như một

dầm consol, tính toán theo cấu kiện chịu uốn tiết diện bsxh = 100xhb,

- Trọng lượng của máy nâng: Gm (Pm)

 Tính toán sàn trong c ầu công tác S 3

Sàn trong cầu công tác được giới hạn bởi dầm chính, cắt 1m (bs=1m) theo phương vuông góc dầm chính để tính toán, xem như dầm đơn giản ngàm hai đầu Trường hợp nguy

hiểm nhất khi có máy nâng đặt giữa nhịp và có người đi trên sàn lúc nâng van

T ải trọng tác dụng

- Trọng lượng bản thân sàn:

G1s = g*hb*γbt*bs

- Hoạt tải người:

qngtt = nng*qng, với qng là tải trọng người tiêu chuẩn

Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên sàn: qs=G1s+qngtt (kN/m)

Xem dầm phụ là dầm đơn ngàm vào hai đầu dầm chính Tính cho trường hợp nguy

hiểm nhất là trường hợp có máy nâng van và lực nâng van tác dụng tại giữa nhịp

T ải trọng tác dụng

T ải phân bố

- Trọng lượng bản thân : G1dp = 1*γbt*bd*hd (kN/m)

- Tải trọng truyền vào từ sàn : q1 (kN/m)

Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên dầm phụ : qs =G1dp+q1 (kN/m)

T ải tập trung

- Do trọng lượng máy nâng truyền vào : P1 =0.5 Gm*m (kN), với m là hệ số vượt tải

- Do lực nâng van Qn truyền vào lúc nâng van: Pn=0.5Qn ( kN)

 Tổng tải tập trung tác dụng lên dầm phụ: P3 P n P1(kN)

Tính k ết cấu

- Sơ đồ kết cấu

S ơ đồ kết dầm phụ cầu công tác

c Khung c ầu công tác

 N ếu xem trọng lượng máy nâng là tỉnh tải

- Tải trọng truyền vào lúc nâng van: Pn=0.5Qn

- Tải trọng truyền vào lúc hạ van: Ph=0.5Qh

- Tải trọng người: qng

Chú ý: Qn(Qh) là lực nâng (hạ) van

Từ đó ta có các trường hợp tải trọng như sau:

 Nếu xem trọng lượng máy nâng là hoạt tải tạm thời

- Tải trọng truyền vào lúc nâng van: P3

- Tải trọng truyền vào lúc hạ van: P4 P hP1

- Tải trọng người: qng

Chú ý: Xét l ực P 4 ph ải chú ý đến chiều của lực P 1 vì P 1 là tr ọng lượng máy nâng

nh ưng nếu cần tính toán chính xác thì phải kể đến tải trọng tập trung này

Khung tính toán là khung ngang (khung theo mặt cắt ngang cống)

Sau khi giải nội lực thì từ tổ hợp Bao ta sẽ chọn được các cặp nội lực dùng để tính thép gồm:

Sàn công tác ngàm vào dầm công tác (DCT) vì vậy khi tính toán sàn công tác ta cắt

bề rộng 1 m dài theo phương cạnh ngắn để tính toán Tải trọng tác dụng lên sàn

gồm:

- Trọng lượng bản thân sàn

- Hoạt tải người qng=3kN/m2

- Tải trọng từ lan can

 Sàn c ầu trục: tính toán tương tự sàn công tác

- Dầm công tác nhịp thân cống: ta có tải trọng tác dụng lên dầm gồm

+ Tải trọng truyền vào từ sàn công tác

+ Trọng lượng bản thân dầm

- Dầm công tác nhịp nhà phai: tương tự dầm công tác nhịp thân cống

 Dầm cầu trục:

Dầm cầu trục chịu tải trọng xe con di chuyển nên muốn xác định tải trọng lên

dầm phải dùng đường ảnh hưởng Xét dầm cầu trục nhịp thân cống, tải trọng tác

dụng gồm:

T ỉnh tải

- Trọng lượng bản thân dầm: g1d

- Tỉnh tải truyền vào từ sàn cầu trục: P1d

Hoạt tải: từ dầm ray truyền vào dạng lực tập trung

Gọi Pn1 là hoạt tải từ 1 bánh xe con truyền vào dầm ray

R1T, R1P là phản lực gối của dầm ray ( chính là lực tập trung truyền vào vai cột)

K là khoãng cách hai bánh xe

L1 là khoãng cách hai dầm ray

L2 là khoãng cách hai trục cột cầu công tác, L2= 0.5TP+0.5TB+BC

 Xét trường hợp nâng van: Khi nâng van xe con ở vị trí giữa dầm ray

và d ầm ray ở giữa nhịp được nâng

Ta có

4

1

n XECON n

P G

 Xét trường hợp Xe con di chuyển:Khi nâng van xong xe con có thể di

chuy ển vào trong nhà để phai Xét trường hợp bất lợi nhất khi xe con chạy về

m ột bên của cầu trục và di chuyển dần vào nhà để phai

Ta có

4

1

XECON CV

n

G G

Ngoài ra khi xe con di chuyển đột ngột dừng lại sẽ sinh ra lực hãm ngang tác dụng lên cầu trục Khi cầu trục di chuyển đột ngột dừng lại thì cũng sinh ra một lực hãm

dọc Nếu cơ chế hoạt động của cầu trục có xuất hiện những lực này đủ lớn thì trong tính toán phải xét đến

d Khung

Xét khung của cống có hai cửa Khung gồm năm nhịp ba nhịp ở thân cống và hai

nhịp nhà ở để phai Xét khung nhịp thân cống

- Trọng lượng bản thân khung

- Trọng lượng bản thân mái che truyền vào khung ( nếu có)

- Trọng lượng sàn và dầm cầu trục truyền vào khung (gdct)

- Trọng lượng sàn và dầm công tác truyền vào khung (gdctac)

- Hoạt tải người truyền vào từ sàn cầu trục (qdct)

- Hoạt tải người truyền vào sàn công tác (qdctac)

- Hoạt tải từ dầm cầu trục truyền vào lúc nâng hạ van (R1T & R1P)

Tổ hợp tải trọng:

Các trường hợp tải trọng gồm

- Tỉnh tải

- Hoạt tải truyền vào vai cột khi nâng van

- Hoạt tải truyền vào vai cột lúc xe con di chuyển

Sau khi giải nội lực thì từ tổ hợp Bao ta sẽ chọn được các cặp nội lực

Cột biên là cấu kiện chịu nén lệch tâm, thông thường thép cột bố trí không đối

xứng Cách tính thép phải theo nguyên tắc là tìm ra hàm lượng cốt thép nhỏ nhất đủ

chịu hai cặp nội lực có moment trái dấu nhau Cách tính như sau

f Tính thép vai c ột

- Gọi P là lực tập trung tác dụng lên vai P=Rmax+Gd với

+ Rmax là phản lực lớn nhất của dầm ray truyền lên vai cột

+ Gd=1.1 (gdct+a*gr )là trọng lượng của dầm cầu trục , ray bản đệm…nếu chưa

có số liệu có thể lấy gr=0.15-0.2kN, a là khoãng cách hai tim trụ

Nội dung tính thép vai cột gồm:

+ Kiểm tra kích thước vai cột

+ Tính thép chịu uốn

+ Tính thép đai, xiên

 Kiểm tra kích thước vai cột

Khi Lv<0.9ho thì vai cột thuộc consol ngắn Kích thước vai cột được kiểm tra theo hai điều kiện sau:

+ lsup chiều dài của vùng truyền tải dọc theo chiều cao consol

+ w2 hệ số xét ảnh hưởng của cốt đai đặt theo chiều cao consol

+ Aw diện tích của các cốt đai nằm trong cùng mặt phẳng

+ b bề rộng vai cột

+ K=1 với tải trọng tĩnh và với cầu trục có chế độ làm việc nhẹ và trung bình + K=0.75 khi cầu trục có chế độ làm việc nặng

+ K=0.5 khi cầu trục có chế độ làm việc rất nặng

+ Rbt cường độ chịu kéo của bêtông

B ố trí thép trong vai cột a) Cốt đai nghiêng b) Cốt đai và cốt nghiêng

4.5.3.2 C ốt đai

Cốt đai trong vai cột consol ngắn đặt theo phương ngang hoặc theo phương nghiêng 450 và cốt xiên

Khi h2.5av thì nên dùng cốt đai nghiêng ngược lại nên dùng cốt đai ngang và

cốt xiên Khi h>3.5av và PbRbtbh0 thì cho phép không đặt cốt xiên

Bước cốt đai không lớn hơn 150mm và không lớn hơn h/4 (h là chiều cao của consol) đường kính cốt xiên không lớn hơn 1/15 chiều dài đoạn xiên linc và không quá 25mm

Diện tích tiết diện các thanh cốt xiên hoặc cốt đai nghiêng (bỏ qua các cốt đai ngang) cắt qua nữa phần phía trên của đường linc đi từ điểm đặt của tải trọng đến góc

tiếp giáp giữa mặt dưới của consol với cột không nhỏ hơn 0.002bh0 và không nhỏ

2

2 0

.

s

b b

inc

s

R c

bh R P

Sơ đồ tính nén cục bộ lê vai cột

Vai cột chịu tác dụng lực nén do dầm cầu trục

Tính toán nén lên vai cột từ điều kiện

+ N là lực nén lớn nhất của một dầm truyền vào vai

Bề rộng cánh dưới dầm cầu trục : bf, đoạn gối dầm lên vai là: b1; diện tích chịu nén cục bộ là : Aloc 1=b1bf; diện tích tính toán khi nén cục bộ là:

diện tích chịu nén cục bộ của bê tông