ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO 22TCN27205, TRẦN HIẾU

Đối với cầu đờng ô tô, nhịp giản đơn, ta có thểchọn sơ bộ theo kinh nghiệm sau: 8 1 20 - Tại mặt cắt gối trên của dầm, chiều rộng của sờn dầm đợc dịnh ra theo tính toán và ứng suốt kéo c

Mục lục

Phần i: Nhiệm vụ thiết kế 2

Phần ii: thuyết minh tính toán 3

1 Sơ bộ tính toán, chọn kích thớc mặt cắt ngang dầm 3

1.1 Chiều cao dầm h 3

1.2 Bề rộng sờn dầm bw 3

1.3 Chiều dày bản cánh hf 3

1.4 Chiều rộng bản cánh bf 3

1.5 Kích thớc bầu dầm b1, h1 3

1.6 Kích thớc vút bv1, hh1, bv2, hh2 4

1.7 Trọng lợng bản thân dầm 4

1.8 Xác định mặt cắt ngang tính toán 4

2 Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực 6

2.1 Công thức tổng quát 6

2.2 Tính mômen M 6

2.3 Tính lực cắt V 8

3 Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa dầm 10

4 Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu 13

4.1 Lý do và nguyên tắc cắt cốt thép 13

4.2 Lập các phơng án cắt cốt thép 13

4.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, vẽ biểu đồ bao vật liệu 13

5 Tính toán và bố trí cốt thép đai 17

5.1 Xác định mặt cắt tính toán 17

5.2 Tính toán bố trí cốt thép đai 17

6 Tính toán kiểm soát nứt 20

6.1 Kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không 20

6.2 Kiểm tra điều kiện hạn chế bề rộng vết nứt 20

7 Tính toán kiểm soát độ võng do hoạt tải 22

Phần iii: Bản vẽ 23

PHần i

Nhiệm vụ thiết kế môn học

I Đề bài: Thiết kế một dầm tiết diện chữ T (dầm giữa) cho cầu trên đờng ô tô

nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công bằng phơng pháp đúc riêng từng dầm tại

công trờng, sau đó lao và nối các cánh dầm lại bằng đổ bê tông mối nối ớt.

II Các số liệu giả định

III Yêu cầu nội dung

A - Thuyết minh tính toán

6- Tính toán và kiểm soát nứt

7- Tính toán độ võng do hoạt tải gây ra

- Chiều cao của dầm chủ có ảnh hởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó

phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này Ở đây, chiều cao dầm đợc chọn khôngthay đổi trên suốt chiều dài nhịp Đối với cầu đờng ô tô, nhịp giản đơn, ta có thểchọn sơ bộ theo kinh nghiệm sau:

8

1 20

- Tại mặt cắt gối trên của dầm, chiều rộng của sờn dầm đợc dịnh ra theo tính

toán và ứng suốt kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sờn không đổi trên sốt

bê tông với chất lợng tốt

- Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sờn bw= 200 mm

- Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí

xe và tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác

- Tiêu chuẩn quy định hf ≥ 175mm, ta chọn hf = 180 mm

- Chiều rộng bản cánh là phần bản cánh đợc chia đều cho các dầm chủ Theo

đề bài cho, ta có: bf = 1,4m = 1400mm

1.5 Kích thớc bầu dầm b 1 , h 1

- Kích thớc bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắt dầm

(quyết định số lợng thanh, khoảng cách giữa các thanh, bề dày lớp bê tông bảovệ) Tuy vậy ở đây ta cha biết số lợng cốt thép dọc chủ là bao nhiêu, nên ta chọntheo kinh nghiệm:

- Bề rộng cánh tính toán đối với dầm trong không lấy quá trị số nhỏ nhất

trong ba giá trị sau:

Vậy bề rộng cánh hữu hiệu be = 1.4m

1.8.2 Quy đổi mặt cắt tính toán

- Để đơn giản cho tính toán thiết kế ta quy đổi tiết diện dầm về tiết diện cókích thớc đơn giản theo nguyên tắc sau: Giữ nguyên chiều cao h, chiều rộng be,

b1, chiều dày bw Do đó ta có chiều dày bầu dầm và chiều dày bản cánh quy đổi

nh sau:

w 1

v1 v1 1 '

1

b b

.h b h h





200 330

65 65





w e

v2 v2 f

'

f

b b

.h b h

Hình 2: Mặt cắt Quy đổi

2 Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực

2.1 Công thức tổng quát

Mômen và lực cắt tại tiết diện i bất kì đợc tính theo công thức sau:

Vi : Tổng đại số diện tích đ.a.h Vi m2

1Vi : Diện tích đ.a.h Vi (phần diện tích lớn) m2

Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn có chiều dài = 1,2m

Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ đờng ảnh hởng Mi tại các mặt cắt nh sau:

2.3 Tính lực cắt V

Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn có chiều dài = 1,2m

Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ đờng ảnh hởng Vi tại các mặt cắt nh sau:

0,5 0,5

0,1

0,2

0,3

0,4 0,6

0,7 0,8

Vi(m2)

1Vi(m2)

a d a b f 85 ,

u s

dbf85,0

M.21

1d

a  1c: Chiều cao khối ứng suất chữ nhật tơng đơng (mm)

 1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén, đợc xác định:

c f MPa

28 

7

28 f 05 , 0 85 , 0

Vậy, giả sử TTH đi qua cánh là đúng.

- Diện tích cốt thép chịu kéo: As

'

2 c

a d a b f 85 ,

4 Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu

4.1 Lý do cắt và nguyên tắc cắt cốt thép

Để tiết kiệm thép, số lợng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mô men lớn

nhất (mặt cắt giữa dầm) sẽ lần lợt đợ bớt đi cho phù hợp hình bao mô men Côngviệc này đợc tiến hành trên cơ sở các nguyên tắc sau đây:

- Các cốt thép đợc cắt bớt cũng nh các cốt thép còn lại trên mặt cắt phải đốixứng qua mặt phẳng uốn của dầm (tức là mặt phẳng đi qua trục đối xứng của tấtcả các mặt cắt của dầm )

- Đối với dầm đơn giản ít nhất phảI có một phần ba số thanh trong số thanhcốt thép cần thiết ở mặt cắt giữa nhịp đợc kéo về neo ở giữa dầm

- Số lợng thanh cốt thép cắt đi cho mỗi lần nên chọn là ít nhất (thờng là 1 đến

2 thanh)

- Không đợc cắt, uốn các cốt thép tại góc của cốt đai

- Tại một mặt cắt không đợc cắt 2 thanh cạnh nhau

4.2 Lập các phơng án cắt cốt thép

Từ sơ đồ bố trí cốt dọc chủ tài mặt cắt giữa dầm, ta lập đợc các phơng án cắtcốt thép nh sau:

Số lần

cắt

Số thanh

còn lại(thanh)

As cònlại (mm)

c(mm)

Vị tríTTH

ds(mm)

Mn(kN.m)

Mr(kN.m)

4.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, vẽ biểu đồ bao vật liệu

4.3.1 Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen

- Diện tích mặt cắt ngang tính toán:

Ag = 1400.188 + (1000-290-188).200 + 330.190 = 454590mm2

- Khoảng cách ngoài cùng từ TTH tới thớ chịu kéo ngoài cùng của tiết

diện quy đổi:

4/3 M u

M u

Hình 8: biểu đồ bao mômen đ hiệu chỉnh (kN.m)ã hiệu chỉnh (kN.m)

4.3.2 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ,vẽ biểu đồ bao vật liệu

- Xác định điểm 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 định điểm giao biểu đồ Mn

- Xác định điểm cắt thực tế:

Chiều dài l1 lấy bằng trị số lớn nhất trong các trị số sau:

+ Chiều cao hữu hiệu của tiết diện: d = 890mm

=>Chọn l1 = 1000mm

Chiều dài ld gọi là chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực, đó là đoạn màcốt thép dính bám với bê tông để nó đạt đợc cờng độ nh tính toán

+ Chiều dài khai triển ld của thanh kéo đợc lấy nh sau:

+ Chiều dài triển khai cốt thép kéo  d, phải không đợc nhỏ hơn tích sốchiều dài triển khai cốt thép kéo cơ bản  db đợc quy định ở đây, nhân với các hệ

số điều chỉnh hoặc hệ số nh đợc quy định của quy trình Chiều dài triển khai cốtthép kéo không đợc nhỏ hơn 300 mm

+ Chiều dài triển khai cốt thép cơ bản  db(mm) đợc sử dụng với cốt thépdọc sử dụng trong bài là thép số 19

28

420 387 02 , 0 f

f A 02 , 0 l

' c

y b

Đồng thời: ldb 0,06.d fb y 0,06.19.420 478,8mm

Trong đó :

Ab = 387mm2 : Diện tích của thanh số 19

fy = 420MPa: Cờng độ chảy đợc quy định của các thanh cốt thép

A 3015.39mm :Diện tích cần thiết theo tính toán

2 tt

A 3408mm :Diện tích thực tế bố trí

- Cốt thép chịu kéo có thể kéo dài bằng cách uốn cong qua thân dầm và kếtthúc trong vùng bê tông chịu nén với chiều dài triển khai l dtới mặt cắt thiết kếhoặc có thể kéo dài liên tục lên mặt đối diện cốt thép

600 1000

12000/2=6000

4700/2 = 2339 8400/2 = 4197

764.93 949.93 1118.85

Hình 9: vị trí cắt cốt thép và biểu đồ bao vật liệu

5 Tính toán và bố trí cốt thép đai

5.1 Xác định mắt cắt tính toán

- Ta chỉ cần tính toán cốt thép đai ở mặt cắt đợc coi là bất lợi nhất là mắt cắtcách gối một đoạn bằng chiều cao hữu hiệu chịu cắt dv :

- Chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv là trị số lớn nhất trong các trị số sau :

 Biểu thức kiểm toán tính chống cắt :  V  n V u

Vn: Sức kháng danh định, đợc lấy bằng giá trị nhỏ hơn của

trong chiều cao dv, vậy bv  bw  20 cm

+ S: bớc cốt thép đai

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

+ : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo

+ ,  đợc xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng

vuông góc với trục dầm nên  90o

- Tính góc  và hệ số :

+ Tính toán ứng suất cắt

3 u

s

A f d cot gS

V 247,47.10 KN

Av: Diện tích cốt thép đai(mm2)

Chọn cốt thép đai là thanh số 10, đờng kính danh định d = 9,5mm, diệntích mặt cắt ngang cốt thép đai là: Av  2 71 142mm 2

 KiÓm tra lîng cèt thÐp ®ai tèi thiÓu:

Lîng cèt thÐp ®ai tèi thiÓu:

y

v ' c min

v

420

200 200 28 083 , 0 f

S b f 083 , 0 A

min v 2

6 Tính toán kiểm soát nứt

6.1 Kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

- Theo phần IV, ta có: Ig= 44818441783mm4 ; yct = 676,7mm

- Ứng suất kéo trong bê tông :

6 a

- Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông:

f 0,63. f ' 0,63. 28 3,33MPa

c

Do đó: 0,8.fr = 0,8.3,33 = 2,66 MPa < fct = 10,18 MPa Vậy mặt cắt có nứt.

6.2 Kiểm tra điều kiện hạn chế bề rộng vết nứt

Z min

) 110 110 (

n 

Trong đó:

Es = 2.105 MPa : Mô đun đàn hồi của thép

5 , 1

y 043 ,

:

yc tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

Suy ra:

5 s

1,5 c

Vậy: x =173,99mm < hf =188mm => Giả sử TTH qua cánh là đúng.

 Mômen quán tính của tiết diện khi nứt với trục trung hoà:

7 Tính toán kiểm soát độ võng do hoạt tải

- Xác định độ võng do xe tảI thiết kế:

wtruck= mg.m.(1+IM).LLMmaxtruck=0,5.0,65.1,25.32,67 = 13,3 N/mm

truck truck

c

9,2mm384.E I 384.27592,85.14174257503

- Độ võng do hoạt tải gây ra ở mắt cắt giữa nhịp sẽ là:

truck truck lane

PHÇn iii B¶n vÏ

- ThÓ hiÖn trªn khæ giÊy A1, gåm cã: