ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO 22TCN27205, NGUYỄN MINH CAO NHÂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG D0ẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ 2 KHOA: CÔNG TRÌNH BỘMÔN :KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP …….o0o……... Thành phố HCM ngày 2710/2006A NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG D0ẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ 2

KHOA: CÔNG TRÌNH BỘMÔN :KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

…….o0o…….

THIẾT KE ÁMÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

GVHD : Thư

SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân LỚP : ĐƯỜNG BỘ 1-K44

Thành phố HCM ngày 2710/2006

A ) NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế một dầm cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn bằng bê tông cốt thép thường , thi công bằng phương pháp đúc riêng từng ầm tại công trừơng

Số liệu thiết kế

Chiều dài nhịp : L =11 m

Khỏang cách 2 tim dầm : 180 cm

Bề rộng cánh chế tạo : bf = 140 cm

Họat tải : HL-93

Tĩnh tải rải đều : Wdw = 5.5 KN/m

Tải trọng làn : LLL = 9.3 KN/m

Họat tải tương đương của xe HL-93 : LLM = max (LLMtandem, LLMtruck)

LLMtandem : Họat tải tương đương của xe 2 trục

LLMtruck : Họat tải tương đương của xe tải thiết kế

Hệ số phân bố ngang tính cho mô men : mgM = 0.48

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mgQ = 0.56

Hệ số phân bố ngang cho độ võng : mg = 0.5

Hệ số của HL-9 : k = 0.5

Hệ số xung kích : (1+ IM) = 1.25

 : hệ số điều chỉnh tải trọng

  0 95 :với trạng thái giới hạn cường độ

  1 00 :với trạng thái giới hạn sử dụng

Độ võng cho phép của họat tải : 1/800

Vật liệu

Cốt thép ASTM A615M : - Cốt thép chịu lục : fy = 420 (MPa)

- Cốt thép đai : fy = 420 (MPa)

Bê tông : fc’ = 35 (MPa)

Quy trình thiết kế cầu 22TCN272-05

B ) TÍNH TÓAN 1) Xác định sơ bộ mặt cắt ngang dầm

- Chiều cao dầm h

Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng, thông

thường với dầm bê tông cốt thép khi chiều cao đã thỏa mãn điều kiện cường độ thì cũng đạt yêu cầu về độ võng

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

Chiều cao nhỏ nhất : hmin = 0.07 x14 = 0.98 m

Trên cơ sở đó chọn chiều cao dầm h =1000 (mm)

- Chiều rộng bản cánh bf = 140 (cm)

















8

1 20 1

h 0 75  1 5

- Chiều dày bản cánh

Chiều dày bản cánh được chọn 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 = 180 (mm)

- Bề rộng sườn dầm b w

Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo công thou tính tóan và ứng suất kéo chủ Tuy nhiên ở nay ta chọn chiều rộng sườn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm Bề rộng bw chủ yếu được chọn theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bê tông với chất lượng tốt

Theo đó ta chọn chiều rộng sườn dầm bw = 20 cm

- Chọn kích thước bầu dầm b1 = 320 mm

h1 = 180 mm

Vậy chọn sơ bộ kích thước mặt cắt như sau

Diện tích mặt cắt dầm

A 0 4512m2

Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1m dài

Wdc = A x γ = 0.4512 x24 = 10.8288(KN/m)

Chiều cao dầm h (mm) 1000

Chiều rộng dầm bản cánh b f (mm) 1400

Chiều dày bản cánh h f (mm) 180

Bề rộng sườn dầm b w (mm) 200

Chiều rộng bầu dầm b 1 (mm) 320

Chiều cao bầu dầm h 1 (mm) 180

Chiều cao vát cánh 100

451200 180

320 60 60 200 640 100 100 180

- Xác định bề rộng cánh tính toán

Bề rộng cánh tính tóan đối với dầm không lấy quá trị số nhỏ nhất trong 3 trị số sau

12x hf x bw = 12 x 18 + 20 = 236 mm

Khỏang cách giữa 2 tim dầm 220 cm

Bề rộng cánh tính tóan cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chế tạo

bf = 1400 mm

Vậy bề rộng cánh hữu hiệu la b = bf = 1400 mm

- Qui đổi diện tích tính tóan :

+ Diện tích tam giác chỗ vát bản cánh :

+ Chiều dày cánh qui đổi

+ Diện tích tại chỗ vát bầu dầm 2

2 6 6 18 2

1

cm

+ Chiều cao bầu dầm mới

- Mặt cắt ngang tính tóan

2) Tính tóan diện tích bố trí cốt thép ở mặt cắt giữa dầm

- Tính tóan mô men lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm

Tải trọng tác dụng :

+ Họat tải tác dụng :

Họat tải tương đương của xe HL-93 ứng với đường ảnh hưởng tại mặt cắt giữa nhịp

LLM = max (LLMtandem, LLmtruck) = 30.63 KN/m + Tĩnh tải

Tải trọng làn LLL = 9.3 KN/m

Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài

Wdw = 5.5 KN/m

2

1 10 10 50 2

1

cm

mm cm

b b

S h

h

w f

qd

20 140

50 2 18

2 1





















mm cm

x b

b

S h

h

w

qd

210 21

20 32

18 2 18 2

1

2 1















m

4

14 4

1





Trọng lượng bản thân dầm trên một đơn vị chiều dài : Wdc = 10.6656 KN/m

Mô men tính tóan ứng với trạng thái giới hạn cường độ tính tại mặt cắt giữa nhịp được tính theo công thức sau :

M = η{(1.25WWdc+1.5WWdw )+ mg)+ )+ mgmgM )+ mg[1.75W )+ mgx )+ mgLLL+1.75W )+ mg )+ mgx )+ mgk )+ mgx )+ mgLLM )+ mgx )+ mg(1+IM0)]} x ω} )+ mgx )+ mgωM

Trong đó : ωM )+ mg )+ mg= )+ mg24.5W )+ mgm2 )+ mg

M = 0.95{(1.25W )+ mgx )+ mg10.8288 )+ mg+ )+ mg1.5W )+ mgx )+ mg5W.5W )+ mg) )+ mg+ )+ mg0.5W6[ )+ mg1.75W )+ mgx )+ mg9.3 )+ mg+ )+ mg1.75W )+ mgx0.5W )+ mgx )+ mg30.63 )+ mgx )+ mg1.25W )+ mg]} x ω}x )+ mg24.5W )+ mg )+ mg )+ mg )+ mg )+ mg )+ mg

M )+ mg=115W5W.85W7 )+ mgKN/m

- Bố trí cốt thép

Giả sử chiều cao hữu hiệu ds = 0.9h = 0.9 x 1000 = 900 mm

Giả sử trục trung hòa đi qua cánh và tất cả các coat thép đều chảy dẻo

Chiều cao khối ứng suất chữ nhật

a = 34.94 mm

7

28 35 05 0 85 0 7

28 ' 05 0 85 0



43 675

8 0

94 34





a

Vậy trục trung hòa đi qua cánh

Diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết

Các phương án để lựa chọn :

Chọn 14#19

Bố trí cốt thép như hình vẽ

4 45 60 110 60 45 320

φ Diện tích 1 thanh (mm2) Số lượng thanh Tổng diện tích (mm2)



























' 85 0

2 1

1

d b c f

Mu d





























6 900 1400 35

85 0 9 0

10 857 1155 2

1 1 900

2

883 3464 420

1400 94

34 35 85 0 ' 85

.

fy

c f b a

- Duyệt mặt cắt dầm

Giả sử trục trung hòa đi qua cánh

Khỏang cách từ thớ chịu kéo ngòai cùng tới trọng tâm cốt thép

ds = 1000 – 122.143 = 877.857 mm

Chiều cao khối ứng suất chữ nhật

Chiều cao vùng bê tông chịu nén 50 118

8 0

094 40





a

Vậy trục trung hòa đi qua cánh























2 '

85 0 9

2

094 40 857 877 1400

094 40 85 0 9





















Mr = 1289.223 KNm

Mu =1155.857 < Mr = 1289.223 KNm

- Kiểm tra lượng cốt thép đã dùng

+ Lượng cốt thép tối đa

+ Hàm lượng cốt thép tối thiểu

Kết luận : Lượng cốt thép bố trí hợp lý

3)Tính tóan nội lực tại các mặt cắt trong dầm

Chiều dài nhịp l = 14 m

Chia dầm thành 14 đọan mỗi đọan dài 1 m

Đường ảnh hưởng mô men và lực cắt tại mặt cắt i

2

i i

M

x l





l

x x

l i i

Q







 2

2 2



l

x

Q







2

2

1

mm F

y F d

i

i

14

225 2 165 4 105 4 45 4

mm b

c f

f A

1400 35

85 0

420 3976 '

85 0

.

















42 0 0571 0 857 877 8 0

094 40

1











ds

a ds

c



3

420

35 03 0

' 03











y

c f

f



3

10 81 8 451200











w s

s b d

A













 8 81 103 min 2 5 103



D.a.h M i

D.a.h Q i

Các công thức tính tóan giá trị mô men và lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường độ được tính theo công thức sau :

Các công thức tính tóan giá trị mô men và lực cắt tại mặt cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử dụng được tính theo công thức sau :

Bảng giá trị mô men

 m

X i  Mi m2 LLMitruck(KNm) LLMtandem(KN/m) Micd(KNm) Misd(KNm) 1

14

2

7

3

14

4

7

5

14

6

7

Biểu đo àbao mô men cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ

598.017

biểu đồ bao mô men M





Q   1 25   1 5    1 75   1 75   1  



 dc dw Q Q L Q     iQ

Bảng giá trị lực cắt

xi

(m)

li

(m)

1Q m

 Qm2 LL Q truckKN/m LL QtandemKN/m QcdKN Q sdKN

Biểu đồ bao lực cắt ở trạng thái giới hạn cường độ

Biểu đồ bao Q 4) Tính tóan trạng thái giới hạn sử dụng

- Kiểm sóat nứt :

Tại một mặt cắt bất kỳ tùy thộc vào giá trị nội lực bê tông có thể bị nứt hay không Vì thế để tính tóan kiểm sóat nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

Để tính tóan xem mặt cắt có bị nứt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặt cát ngang là tuyến tính và tính ứng suất kéo f’c của bê tông

Mặt cắt ngang tính toán

Diện tích mặt cắt ngang

A g  188 333  1400 1000  188 333  210 200  210  320  451199 6mm2

Xác định vị tí trục trung hòa

6 451199

105 320 210 8335 510 200 210 333 188 1000 8335

905 333 188



t

mm

y t  681 215

Mô men quán tính tiết diện nguyên

2 2

3

215 681 2

8335 510 210 8335 510 200 215

681 8335 905 333 188 1400 12

333 188

1400



































g

I

3 3

10 3765 4 105 215 681 210 320 12

210 320 12

8335

.

510

200

mm





















Tính ứng suất kéo của bê tông

MPa y

I

M

g

a

10 3765 4

10 956 1052

10

6











 Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông

MPa f

f f  0 63  'c  0 63  35  3 727

f

 0 8

Vậy mặt cắt sẽ bị nứt

Vì mặt cắt bị nứt ,do đó ta kiểm toán vết nứt có thõa mãn quy trình hay không

Xác định khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng

















A d

Z

3 1

320

320

dc = 45mm : chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho tới tâm

thanh gần nhất

A : diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo

Z : thông số bề rộng vết nứt , trong điều kiện bình thường Z = 30000 N/mm

Tìm A ta giả sử đường giới hạn trên của miền A tại sườn dầm Trọng tâm của miền A được tính theo công thức sau :



























































































200 60 60 2 320 60

180 320

2 180 200

3

60 180 60

2

1 2 2

60 180 60 60 2 320 2

180 320

180

2

2

A

y

mm

426 34 0

675 5168 7143

.

115

2











Diện tích phần bê tông bọc cốt thép cần tìm

1 60 200 34 426 80085 2

2

200 320 180

2

14

2 80085

A



Vậy

602 471 37

5720 45

30000

3

1 3





A

d

Z

c

N/mm2 = 471.602 Mpa 0.6fy = 0.6420 = 252 Mpa

Vậy khả năng chịu kéo lớn nhất của cốt thép ở trạng thai giới hạn sử dụng

fsa = 252 Mpa

Tính tóan ứng suất sử dụng trong cốt thép :

Xác định trục trung hòa của cốt thép khi bị nứt

Es = 2 10 5Mpa

Ec =0.043 c1 5 f c' 0.043 24001 5 35 29910.202MPa











 6

202 29910

10

2 5













 

















c

s E

E n

Để xác định trục trung hòa ta lấy mô men tĩnh với trục trung hòa

2

1000 200

2

333 188 1000

200 1400 333

.

188

2





































S

 y  841 111mm

Mô men quán tính của tiết diện khi đã nứt

12

111 841 1000 200

2

333 188 111 841 1000 200

1400 333

188 12

333 188



































cr

I

0 ) (

2 ).

.(

) 2 ).(

h b b h y h b h y h y n A y d

2 1

3 2

3

) (

12

) (

) 2 ).(

.(

12

).

(

d y A n y h b h

y h b b h h b b

w f

f w

 6  3976 841 111  122 1432  1401312 468  10 4mm4

Ưùng suất trong bê tông

I

M

n

f

g

sd

10 468 1401312

10 3039 790

6















 Đạt

- Tính độ võng

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

Xét trường hợp cả ba trục đều ở trong một nhịp

Xét rtường hợp cả 3 trục đều nằm trong một nhịp, vị trí bất lợi nhất của xe được xác

định theo công thức sau :

7

5 26810 4

1072 25

1056 7

9 184









X

7

5 26810 14

2 10724 14

25 156 7

9 184 14

















 Kiểm tra điều kiện các trục xe đều ở trong một nhịp

X = 4.2566 m < L/2 = 7 m

L – X – 8.6 = 1.1434 m

 Điều kiện này thõa mãn

Độ võng do xe tải thiếtkế gây ra :

y

I f M

t

g r

215 681

10 3765 4 727 3

10











 Mô men quán tíh hữu hiệu : I = min ( Ig ,Ie)

Trong đó

Ig = 4.376510 mm10 4

4 10 4

3 6 10

3 6

3 3

10 4841 1 10 468 1401312 10

22 29910

9 239442987 1

10 3765 4 10

202

.

29910

9 239442987

1

mm I

I M

M I

M

M

I

e

cr a

cr g

a

cr

e

















































































































 I = Ie = 1.484110-2 m4

EI y

EI

X L X

L L P EI

X L X

L L P EI

X X

L

P

y

48

1434 1 3 1434 1 14 3 035 0 4434 5 4 4434 5 14 3 2566 4 4 2566 4 14 3

145

.

0

48

6 8 4

6 8 3

48

3 4 4

3 4 3

48

4 3

3 2

3 2

3 2

3 2

2 3 2

1 3 2

1



































































m

y 33 419 10  3





Độ võng do họat tảithiết kế gây ra

f1 kmg1 IMy  0 5  0 5  1 25  33 419  10 4434mm

Độ võng do tải trọng làn

m I

E

qL y

c

4 4

10 24 5 10 4841 1 202 29910 384

14 0093 0 5 0 5 384















 Độ võng do 25% xe tải thiết kế cùng tải trọng làn

f2  0 25  10 4434  5 24  10 4617mm

L

f

800

1

14000  













f = max( f1 ,f2 ) =10.4617 mm <17.5 mm  Dầm thõa mãn điều kiện độ võng

5) Biểu đồ bao vật liệu

Tính mô men kháng tính toán của dầm khi bị uốn hoặc cắt thép

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép khi chọn tính toán vơi mặt cắt có mô men lớn

nhất sẽ dần được bớt đi cho phù hợp với hình bao mô men Ta sẻ có được số lầncần phải

tính lại khả năng chịu lực của mặt cắt thẳng góc tương ứng với diện tích cốt thép dọc chủ

còn lại Việc tính toán tiến hành theo các công thức thông thường của bài tóan kiểm tra

cường độcủa mặt cắt chữ T khi cho trước diện tích cốt thép As

Chiều cao vùng nén quy đổi

Nếu a 1h f thì TTH đi qua sườn dầm và mô men kháng tính toán được tính :

Nếu a < 1h f thì TTh đi qua cánh , và mô men kháng tính tóan tính theo công thức

sau:

Dựa vào các công thức trên ta tính tóan được bảng sau

'

' 1

85 0

) (

85 0

c w

f w y

s

f b

fc h b b f

A























2 (

) (

85 0 ) 2 ( 85 0

1

s c f w e

c w n

r

h d f h b b a

d f b a M

'

85 0

.

c

y s f b

f A

a 































2

85 0

d f b M

Số lần

cắt Số thanhcòn lại Diện tích A

s còn lại (mm2) (mm)d (mm)a Vị trí trụctrung hòa M

ri (KNm)

0 14 3976 122.143 40.094 Qua cánh 1289.2266

2 10 2840 66.4286 28.639 Qua cánh 986.8355

Vẽ hình bao vật liệu

Xác định điểm cắt lý thuyết

Điểm cắt lý thuyết là điểm mà tại đó heo yêu cầu về uốnkhông vần cốt thép dài hơn Để xác định điểm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ đường bao mô men, sau đó ta vẽ đường song song có tung độ la M nø với cùng tỉ lệ giao của chúng là điểm cắt lý thuuyết

Xác định điểm cắt thực tế

Từ điểm cắt lý thuyết cần ké dài về phía mô men nhỏ hơn một đọan là l1 chiều dài l1 được lấy bằng trị số lớn nhất trong các trị số sau

Chiều cao hữu hiệu của tiết diện ds = 972.1429 mm

15 db =15 x 19.1 = 286.5 mm

L/20 =14000/20 = 700 mm

Vậy l1 = 975 mm

Đồng thời chiều dài này củng không nhỏ hơn chiều dài phát triển lực ld

Chiều dài ld của thanh được lấy như sau : ld =ldb k 1 k2

Trong đó : k1 ,k2 : là hệ số tăng , giảm ld

k1 = 1.4

k2 = 0 8715

76 39

649 34





tt

ct A A

f

f A l

c

y b

35

420 284 02 0 02

0















l db  0 06 d bf y  0 06  19 1  420  481 32mm

mm

l d  481 32  1 4  0 8715  587



Vậy chọn ld = 590 mm

Biểu đồ bao vật liệu