ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP " Thiết kế một dầm cho cầu dường ôtô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước. " docx

Tính và bố trí cốt thép dọc chỉ tại mặt cắt giữa nhịp.. LLM:Hoạt tải tương ứng với đừng ảnh hưởng mômen tại mặt cắt thứ i.. LLQ :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt tại mặt cắt thứ i..

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI -TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG- -PHÂN HIỆU CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI THÁI NGUYÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

BỘ MÔN: CẦU

SINH VIÊN:nguyÔn m¹nh tuÊn

THÁI NGUYÊN 2010

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Giáo viên hướng dẫn:TRỊNH MINH HOÀNG

Sinh viên: NguyÔn M¹nh TuÊn

Lớp:59CDB6

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu dường ôtô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công

bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước.

I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH

Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mgM=0.6

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mgQ= 0.8

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg= 0.55

Độ võng cho phép của hoạt tải : 1/800

Khối lượng riêng của bê tông γc=2500(kg/m3)

Vật liệu(cốt thép theo ASTM 615M) : Cốt thép chịu lực fy=420

MPA: Cốt đai fy=420MPA: Bêtông fy=32MPAQuy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005

II-YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG:

A-TÍNH TOÁN:

1 Chọn mặt cắt ngang dầm.

2 Tính mômen, lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra.

3.Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt do tải trọng gây ra.

4 Tính và bố trí cốt thép dọc chỉ tại mặt cắt giữa nhịp.

5 Tính và bố trí cốt thép đai.

6 Tính toán kiểm toán nứt.

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra.

8 Xác định vị trí cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu.

B-BẢN VẼ:

1 Thể hiện trên khổ giấy A1.

- Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm:

Theo yêu cầu đó ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 20(cm)

1.3 Chiều dày bản cánh: hr

Chiều dày bản cánh phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác Theo kinh nghiệm hf= 18(cm).

*Quy đổi tiết diện tính toán:

-diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh :

§ah M3

4 3 2

4.2

3.2 1.8

Các công thức tinh giá trị mômen,lực cắt thứ i theo trang thái giới hạn cường độ.Mi=η{(1.25xwdc+1.5xwdw)

+mgM[1.75xLLl+1.75xkxLLwx(1+IM)]}xw}xwxwM

Qi=η{(1.25xwdc+1.5xwdw)xwq+mgQ[1.75xLLl+1.75xkxLLwx(1+IM)]}xwxw1Q}xwCác công thức tính toán trị số mômen lực cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử dụng

Qi=1.0{(wdc+wdw)xwQ+mgQ[LLl+kxLLMx(1+IM)]}xwxw1Q}xw Trong đó:

wdw ,wdw:Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KN.m)

wM :Diện tích đ.ả.h mômen tại măt cắt thứ i

wQ :Tổng đại số diện tích đ.ả.h lực cắt

w1Q :Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh huởng lực cắt

LLM:Hoạt tải tương ứng với đừng ảnh hưởng mômen tại mặt cắt thứ i

LLQ :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt tại mặt cắt thứ i

MgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen, lực cắt

LLM=9.3(KN/m):tải trọng dải đều

(1+IM):Hệ số xung kích

η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức:

η = ηd xηR xηI>0.95

Với đường quốc lộ và trạng thái giới hạn cường độ:ηd=0.95;ηηR=1.05;ηηI=0.95

Với trạng thái giới hạn sử dụng η=1

Tính mômen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính tại mặt cắt giữa nhịp:

M= n{(1.25xwdc+1.5xwdc)}xw+mgM[1.75xLL1+1.75x k x LLM x(1+IM)]}xw}xwxwM

Trong đó:

LLL:Tải trọng làn rải đều(9.3KN/m)

LLMtan dem=20.68: Hoạt tải tương đương củ xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M tại mặt cắt t giữa nhịp (KN/m)

LLMtruck=24.76:Hoạt tải tương đương củ xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M tại mặt cắt giữa nhịp (KN/m)

mgM=0.6 :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen(đã tính cho cả hệ số làn xem)

wdc=0.641125:Trọng lượng dầm trên một đơn vị chiều dài (KN/m).

wdw=5 : Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài(tính cho một dầm)(KN/m)

As :diện tích cốt thép chịu kéo

fy=420MPa:Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ

fc’=32MPa:Cường độ chịu kéo của bêtông ở tuổi 28 ngày

ß1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định:

hf=0.1864m: Chiều dày bản cánh sau khi quy đổi

a=ß1xc :Chiều cao khối ứng suất tương đương

Ta có :a=d

w

1 2 0.85

u f

c e

M M

M

 a=d- '

2 0.85

u c

M d

381 3315 2

1

x x x x x

Giả sử trục trung hoà qua cánh

Tính toán chiều cao vùng chịu nén quy đổi:

4 66

=3925904993(Nmm)=3925.904(KNm)

Như vậy Mr=3925.904(KNm)>Mu=3315.381(KN.m) Dầm đủ khả năng chịu

mômen

*Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

==0.8216.x64137.5 =0.059 VËy cốt thép tối đa thoả mãn

*Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

ρ==641177.4.25 =1.21%

Tỷ lệ hàm lượng cốt thép: =1.21%>0.03

'

c y

f f

 =0.03 32

420=0.229%

 Thoả mãn

IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

*Tính toán mômen kháng tính toán của dầm khi bị cắt cốt thép

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớn nhất sẽ lần lượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen

Tại mỗi mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều cao khối ứng suất tương đương và mômen kháng tính toán

*Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen:

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu: Mr min{1.2mcr;η1.33Mu }xw

Nên khi Mu 0.9Mcr thì điều kiện lượng cốt thép tối thiểu sẽ là Mr  1.33Mu Điều

nàycó nghĩa là khả năng chịu lực của dầm phải bao ngoài đường 4/3Mu khi Mu 

0.9Mcr

+Xác định mômen nứt: Mcr=fr

g t

I y

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

Ag=0.641125(m2)

Vị trí trục trung hoà:yt= t t

t

y F F



yt=

25 6411

2

625 30 35 625 30 81 20 ) 625 30 625 18 150 ( 2

625 18 150 180 625

625 30 58 101 30625 35

12

625 30 35 58

101 2

75 100

625

.

30

75 100 20 12

75 100 20 58

101 2

625 18 150 625 18 180 12

3 2

3 2

3

cm x

x x

x

x x

x x

x x

10 47 13691698

khoảng cách x1,x2 nội suy tung độ của biểu đồ momen ban đầu

Mu=1.2Mcr= 1.2x480.382=576.458(kNm) x2=922 (mm)

Mu=0.9Mcr=0.9×480.382=432.344(kNm) x1=691 (mm)

-Tại đoạn Mr≥1.2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu

-Tron đoạn 0.9Mcr≤Mr≤1.2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr

-Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường ' 4

3

u u

3315.381 3220.591

2851.114 2197.175

1249.736 0

922 691

1.2Mcr=576.458 0.9Mcr=432.344

BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI ĐÃ HIỆU CHỈNH

Xác định điẻm cắt lý thuyết:

Điểm cắt lý thuyết l à điểm mà tại đó theo yêu cầu về uốn không cần cốt thép dài hơn Để xác định điểm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen tính toán Mu và xác đinh điểm giao biểu đò ΦMMu

44 66

=0.8584Với Act =66.44(cm2) là diện tích cần thiết khi tính toán

BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

X1

X2

1460,58 4198,06

1843,21 2198,15

Biểu thức kiểm toán:.Vn>Vu

Vn:Sức kháng cắt danh định, được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của:Vn=Vc+Vs

+β: Hệ số chỉ khả năng của bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo

+θ: Góc nghiêng của ứng suất nán chéo

+ β, θ:đựoc xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng

+α: Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc , α =900

+φM: Hệ só sức kháng cắt, với bêtông thường, φM=0.9

+Av: Di ện t ích c ốt th ép b ị c ắt trong c ự ly s (mm)

+Vs: Khả năng chịu lực cắt của cốt thép(N)

+Vc: Khả năng chịu lực cắt của bêtông(N)

u v

Kết quả nội suy:

Kết quả nội suy:

Trong đó:Av:diện tích cốt đai trong cự li s(mm2)

fy:là giới hạn chảy quy định của cốt thép đai(MPA)

Chọn cốt thép đai số 10,d=9,5mm

Diện tích mặt cắt ngang một thanh là: Av=2x71=142(mm2)

-Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Điều kiện kiểm tra : Av>Avmin

Kếtluận838.45 486.89 1341.8 3250800 1.6085252 238462.67 121940 §¹t851.29 485.72 1362.35 2709000 1.5028294 240849.84 1199652.73 §¹t857.1 485.19 1371.65 2167500 14118699 250967.92 1183655.71 §¹t864.44 484.52 1383.4 1625400 1.2839508 267500.53 1158828.65 §¹t

Tóm lại: Cốt thép đai được bố trí như sau:

*Từ gối đến vị trí gần nhất (vị trí 1) ta bố trí với bước cốt đai s=300(mm)

*Từ vị trí cắt 1 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 2) ta bố trí bước cốt đai s=300(mm)

*Từ vị trí cắt 2 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 3) ta bố trí bước cốt đai s=300(mm)

*Từ vị trí cắt 3 đến giữa nhịp ta bố trí bước cốt đai s= 300(mm)

VI:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT:

Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bêtông có thể bị nứt hay không.Vì thế

để tính toán kiểm toán nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

Để tính toán xem mặt cắt có bị nưt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang là tuyến tính và ứng suất kéo fc của bêtông

Mặt cắt ngang tính toán

Bước 1: Kiểm tra tiết diện ở giữa dầm có bị nứt hay không

Điều kiện kiểm tra: fc 0.8fr

Trong đó: fc:ứng suất kéo của bêtông

13691698

10 9





x x

Ta thấy fc=16.76>0.8fr=2.85Mpa Vậy mặt cắt bị nứt.

Bứoc 2: Kiểm tra bề rộng vết nứt.

Điều kiện kiểm tra: fs<fsa

Trong đó fsa là khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng:

+A:Diện tích phần bêtông có trọng tâm với cốt thép chịu kéo và đượcbao bởi

Các mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà chia số lượng

thanh.Bằng cách tìm ngược và giải phương trình:

ya=

2 2 2

) 2 35 ( 35 25

3

25 2

25 ) 2 35 ( 2

25 35

25

x x x x

x x

x x

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép

-Tính diện tích tương đương của tiết diện khi bị nứt

Es=2x105

625 18

M

y d

Ma:Mômen tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (Ma=1105.112kN.m)

-Tính mômen quán tính của tiết diện khi đã bị nứt:

3

2 w

 fs=7x 123 03 12 5 225 07

835 7765199

1610 9





fs=225.07(MPa)< fsa=252(MPa) thoả mãn

VII.TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI GÂY RA:

Xác định vị trí bất lợi nhất của xe tải thiết kế:

Để tìm vị trí bất lợi ta chỉ cần xét trong nử nhịp 0<x<L/2

Xét trường hợp cả ba trục đều ở trong nhịp.Vị trí bất lợi của xe được xc định theo công thức:

X=-

2 10724 20

25

E=Ec=30405.59(MPa).Môđun đàn hồi của bêtông

Xác định mômen quán tính hữư hiệu I

I=min{Ig;ηIe}xw.Ig=13691689.47(cm4):Mômen quán tính tiết diện nguyên

 I= I =7822054.606(cm4)=0.078(m4)

Vậy thay số độ võng y=0.0268(m)

Tính toán độ võng tại giữ nhịp dầm giản đơn do hoạt tải gây ra:

Độ võng ta vừa tính ở trên chưa tính đến hệ số phân bố ngang và hệ số xung kích.Bâygiờ ta phải xét đến các hệ số này

Kết quả tính toán độ võng chỉ do một mình xe tải thiết kế:

f1=k.mg.(1+IM).y=1x0.55x1.25x26.8=18.925(mm)

Độ võng do tải trọng làn:

yL= =

0268 0 59 30405 384

20 ) 10 3 9 55 0 (

x x

x x x

L3 /48EJ