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

Bề rộng sườn dầm:bw Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt c

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

GIẢNG VIÊN: LÊ XUÂN QUANG

BỘ MÔN: CẦU

SINH VIÊN: LÊ VĂN TRUNG

Lớp: 59CĐB2

THÁI NGUYÊN NGÀY THÁNG NĂM 2010

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Trang 1

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu đường ôtô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi côngbằng 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=0,8

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mgQ= 0.7

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg= 0.7

Độ võng cho phép của hoạt tải : 1/800

Khối lượng riêng của bê tông γc=24(kN/m3)

Vật liệu(cốt thép theo ASTM) :Cốt thép chịu lực ƒy=420 MPa

: Cốt đai ƒy=280MPa: Bêtông ƒc’=30MPaQuy 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 chủ 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 cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu.

9 Thuyết minh đánh máy trên giấy A4

B-BẢN VẼ:

1 Thể hiện trên khổ giấy A1

2 Vẽ mặt cắt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép.

3 Vẽ biểu đố bao vật liệu

4 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu và ghi chúa ần thiết khác

Trang 2

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

h=

h=0,(m)1,7(m)

-Chiều cao nhỏ nhất theo quy định của quy trình:

hmin =0,07l= 0,0717= 1.19 (m) -Trên cơ sở đó ta chọn chiều cao dầm h =120 (cm)

Mặt cắt ngang dầm

1.2 Bề rộng sườn dầm:bw

Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bêtông với chất lượng tốt

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

Trang 3

tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác Theo kinh nghiệm hf= 16(cm).

bf= 170(cm)

Vì thế bề rộng cánh hữu hiệu là b=170(cm)

*Quy đổi tiết diện tính toán:

-diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh :

K: là hệ số hoạt tai HL-93, lấy k=0,5

wdw ,wdc:Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KNm)

wM :Diện tích đường ảnh hưởng mômen tại măt cắt thứ i

wQ :Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt

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

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

LLQ :Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt thứ i

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

LLL=9.3(KN/m):tải trọng dải đều

(1+IM):Hệ số xung kích, lấy bằng 1,25

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

η =η d η R η I>0,95

Với đường quốc lộ và trạng thái giới hạn cường độ I: η d=0,95; η R=1,05; η I=0,95Với trạng thái giới hạn sử dụng η=1

Trang 6

-Ta vẽ được biêu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ:

Biểu đồ bao mômem M (KNm)

2.Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện

Bảng giá trị lực cắt Mặt

cắt

x i (m)

l i (m)

LLL :Tải trọng làn rải đều(9.3KN/m)

LLMtan dem=24,125: Hoạt tải tương đương của xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M tại mặt cắt t giữa nhịp (KN/m)

LLMtruck=27,545:Hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M tại mặt cắtt giữa nhịp (KN/m)

mgM=0.8 :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen(đã tính cho cả hệ số làn xe )

Wdc=13,2 :Trọng lượng dầm trên một đơn vị chiều dài (KN/m)

Wdw=6 : Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài(tính cho một dầm)(KN/m)

-Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm:

d=(0,80,9)h chọn d=0,9h=0,9x120=108(cm)

-Giả sử trục trung hoà đi qua sườn dầm ta có: Trang 8

φM: hệ số kháng( với dầm chịu kéo khi uốn lấy: φM =0,9)

As :diện tích cốt thép chịu kéo

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

ƒc’=28MPa:Cường độ chịu kéo của bê tông ở tuổi 28 ngày

β1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định:

hf=0,18667m: Chiều dày bản cánh sau khi quy đổi

a=β1.c :Chiều cao khối ứng suất tương đương

, 51 85

-Giả sử trục trung hoà qua cánh.

-Tính toán chiều cao vùng chịu nén quy đổi:

=>VẬy cốt thép tối đa thoả mãn

*Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

*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;1,33Mu}W 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 Mu khi Mu 0.9Mcr

Mu=1.2Mcr= 1.2x311,14=379,824(kNm) x2=977.33 (mm)

Mu=0.9Mcr=0.9×311.14=280.026(kNm) x1=720.54 (mm)

-Tại đoạn Mr≥1,2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu

-Trên đoạn 0,9Mcr≤Mr≤1,2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr Trang 11

BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI ĐÃ HIỆU CHỈNH

*Xác định điẻm cắt lý thuyết:

Điểm cắt lý thuyết là 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 đồ ΦMu

Trên cơ sớ đó ta vẽ biểu đồ bao vật liệu như sau:

BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

Trang 12

Biểu thức kiểm toán:.Vn>Vu

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

Vậy: dv=max{0.9de;0.72h;d  2a }W

0,9de=0,9x1076,4=968,76 mm0,72h=0,72x1200=864 mm

mm a

2

49 , 52 4 , 1076

+ 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 số sức kháng cắt, với bêtông thường, φM=0.9

+Av: Diện tích cốt thép bị cắt trong cự ly s (mm)

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

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

u v

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

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

883.53 142 1.3949532 334084.98 220.019 20

890.58 142 1.3473411 342134.15 209.166 20

900.12 142 1.25346 367457.21 183.062 15

-Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Điều kiện kiểm tra : Av>Avmin

Kếtluận355.96 456.2 865.24 1915620 1.4566587 375839.17 921740.86 Đạt

363.49 455.1 883.53 1596420 1.3949532 367526.43 906158.60 Đạt

366.39 454.62 890.58 1277220 1.3473411 357814.66 896655.53 Đạt

370.31 454.02 900.12 957600 1.2530461 336337.35 878508.77 Đạt

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=150(mm)

*Từ vị trí cắt 1 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 2) ta bố trí bước cốt đai s=200(mm)

*Từ vị trí cắt 2 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 3) ta bố trí bước cốt đai s=200(mm)

*Từ vị trí cắt 3 đến giữa nhịp ta bố trí bước cốt đai s= 200(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

Trang 17

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

-Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

3

10 37 , 91 10

023 , 8240194

10 70 ,

Bứoc 2: Kiểm tra bề rộng vết nứt.

-Điều kiện kiểm tra: fs<fsa

Trang 18

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

*Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép

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

Es=2x105Mpa

Ec=0,043.γc1,5 x =0,043x24001,5 x =26752,5(Mpa)-Tỷ lệ môđun đàn hồi giữa cốt thép và bêtông:

n= = =

Trang 19

M a :Mômen tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (M a =2823.14kN.m)

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

3

2 w



  =43035.15(N/mm2)= 43.035Mpa

fs=43.035MPa< fsa=252MPa thoả mãn

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

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

Kiểm tra điều kiện các trục xe đều trong nhịp:

E=Ec=28605.04(MPa).Môđun đàn hồi của bêtông

Xác định mômen quán tính hữư hiệu I

cr a

Vậy thay số độ võng y=20.195mm

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:

 

  

=13000

1 800

  =16.25(mm) Đạt

Trang 22