Đồ án Kết cấu bê tông cốt thép

Tại mặt cắt trên gôi của dầm,chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ. Chiều rộng bw này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ BT với chất lượng tốt. Theo yêu cầu đó,ta chon chiều rộng sườn bw=20cm Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực của vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác. Theo kinh nghiệm hf=18cm.

DO AN MON HOC KET CAU BE TONG COT THEP THIET KE CAU MANG BE TONG COT THEP

A TÀI LIEU THIET KE

Sô liệu riêng:

Hinh 1 — Mat cat doc cau mang

1 Thân máng; 2 Trụ đỡ; 3 Nối tiếp

Hình 2 — Mặt cắt ngang máng

1 - Lề người đi

2 — Vách máng

3 — day mang

4 — Dam dé doc mang

5 — Khung d@ (kh6ng tinh toan trong dé an)

Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhât trong máng: ổ= 0,5m

Gió đây: Hệ sô k„„ záy = Ú,ổ Tải trọng gió: g„ = 1,2 kN⁄mŸ

Gió hút: Hệ số k„„„ „„; = 0,6 Cầu máng thuộc công trình cấp III

Dung trọng bê tông: y, = 25 kN/m’ Bè rộng vết nứt giới hạn: Angn = 0,24 mm

Độ võng cho phép: /Ø1J = 1⁄00 Tải trọng người đi:q„„=200 kG⁄m= 2 kN⁄mỶ

Từ các số liệu đã cho, tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta CÓ:

K,=1,15; Ra= 90 daN/em*; R,=7.5 daN/em’ ; R,° = 11.5daN/em’ ;R,° = 115 daN/em’;

m= 1; my4=0,9; m,=1,1; R, =R,= 2700 daN/cm? ; Op= 0,6 ; Ap= 0,42 ;E,= 2.100.000

daN/cm’ ; E,= 2.4.10° daN/cm’ ; n=E,/E,= 8,75 ; t„iạ= 0,1 % ;

THIET KE CAC BO PHAN CAU MANG

Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tô hợp tái trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian thi công Tuy nhiên, trong phạm đồ án này chỉ tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng cơ bản Trình tự thiết kế các bộ phận:

1 Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu:

Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đôi dọc theo chiều dòng chảy Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta

cắt Im chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phăng Đối với dầm đỡ,

sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp

2 Xác định tải trọng các dụng:

Tải trọng tiêu chuẩn q° dùng đề tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn IT: Kiểm tra nut, tinh bè rộng vết nứt và tính độ võng

Tải trọng tính toán : q“= qŸ.n, (với n, là hệ số vượt tải) dùng đề tính toán các nội dung của

trạng thái giới hạn I: Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép

ngang bao gồm cốt đai và cốt xiên (nếu cần)

3 Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tinh

kết cấu

4 Tính toán và bố trí thép:

Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có M„a„ Đối với các bộ phận kết cầu dạng bán lề (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4+5 thanh/m

Kiểm tra và tính toán cốt ngang bao øồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần ) tại cá

mặt cắt có Q„„ theo phương pháp trạng thái giới hạn

5 Kiểm tra nứt:

Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có M„„„ Với những mặt cắt không cho phép xuát hiện khe nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục Với những mặt cắt cho phép xuất hiện

khe nứt, nêu bị nứt ta tiêp tục tính bê rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêu câu an < anon , nêu an >a„„n, đưa ra giải pháp khắc phục

6 Tính đọ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f1 < [#1] Nếu Ø1 >[f1] thì đưa ra giải pháp khắc phục

I LẺ NGƯỜI ĐI

1.1 Sơ d tính toán

Cắt Im dài lề người đi theo chiều đọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng Chọn bề rộng lề là Im Chiều dày lề thay đôi dần 8+12cm

Hình 1.1 — Sơ đồ tính toán lề người di

1.2 Tai trọng tác dụng

Do điều kiện làm việc của lề người đi, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề bao gồm:

a Trọng lượng bản than (q»)): ot = Yo-h.1m = 25.0,1.1 =2,5kN/m

b Tai trong ngudi (dng)? Gong = 2.1m = 2KN/m

Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi :

q = ng.qục + Nng-Gng= 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m

Trong đó: nụ: = 1,05; nag = 1,2 —heé sé vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người di theo TCVN 4116-85.

Chọn và bố trí cốt thép câu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực :48/1m (2,01 cm’)

o8 a=200

như một đầm công xôn ngàm tại đáy

máng và đầm đọc

Chiều cao vách:

6 - độ vượt cao an toan , lay 6=0,5 m

Bề dày thay đồi dần :

hy = 12 + 20 cm

20 “S _ YOK

Hình 2.1 — Sơ đô tính toán vách máng

2.2 Tải trọng tác dụng

Do điêu kiện làm việc cảu vách máng, tô hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách bao gôm

các tải trọng sau:

- Mô men trung do người đi trên lề truyền xuống: Mig

- Mô men do trọng lượng bản thân lê đi: Mỹ,

- A D lực nvoc tuong ung voi Hinax: An

- Ap luc gid (gdm gió đây và gió hút ): Wea VA Yon

Cac tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng frong và căng ngoài vách máng

a Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gâm các tải trọng : My, qga (gió day, trong máng không có nước và không có người đi trên lê)

b Trường hop cang trong nguy hiém nhat bao gom cac tai trong : My, Mags YgnsGn( gid

hut, trong mang co nuoc chảy qua với mực nước H„„y và trê lê có người đi)

M;,= 0,8 kNm và M¡,= 0,84 kNm đã tính ở trường hợp căng ngoài

Geel; _ 2.0.8"

Mi, = = 0,64 kNm; Mng= Mag Mi, = 1,2.0,64 = 0,768 kNm

Samax= KaYnHimax tm = 1,3.10.1,9.1 = 24,7 KN/m:; qamax = Mn-Gnmax = 1-24,7 = 24,7 kN/m

a Trường hợp căng ngoài

b Truong hop cang trong

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất ( mặt cắt ngàm )

Tiết diện chữ nhật: b = 100 em, h = 20 cm Chọn a = 2 em, hạ=h— a= I§em

1 Trường hợp căng ngoài : M = 2,754 kNm

2 Truong hop cang trong: M = 19,165 kNm

2.5 Kiém tra nitt

Kiêm tra cho trường hợp căng trong: M;° = 18,375 kNm

Điều kiện đề cấu kiện không bị nứt: n,.MỸ < Mạ = Yi.Rif.Wqa

Yị= mụ.y = I.1,75 = 1,75 (mạ= I;y= 1,75)

Tỉnh toán bê rộng khe nứt

ân = ân| T ân2

Trong đó : a,¡, a;› — Bề rộng khe nứt đo tải trọng tác dụng ngắn hạn và dài hạn gây ra

k —hé so lay băng I với câu kiện chịu uôn

c — hệ số xét đến tính chất tac dung cua tai trong, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn han, bang

1,3 với tải trọng dài hạn

n - hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy băng 1 với thép có gờ

Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế

Ill BAY MANG

3.1 Sơ đò tính toán

Cat Im dài đáy máng vuông góc với chiều dòng chảy, đáy mnags tính toán như một dầm

lien tục 2 nhịp có gối tựa là các dầm đỡ dọc

Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau

3.2 Tai trong tac dung

Do điều kiện làm việc cảu đáy máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy máng bao øồm các tải trọng sau :

1 Tai trong ban than day mang :

M® max = 14,861 kKNm; Mamax = 14,861 kNm đã tính ở phần thiết kế vách máng

4 Ap luc nuoc ung voi muc nudc cot nudc nguy hiém Hàm:

Cột nước nguy hiểm H;„ị là cột nước gây momen uốn lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa

Do hé sé vuot tai cia nude n= 1 nén Mygh = 3,76 KNm

5 Tai trong gio:

MỸ; M¿¿; M „; Mạ đã được tính toán ở phan vách máng

Mf¿¿= 2,765 kNm; Mua = 3,594 kNm

M fu= 2,074 kNm; Mạ = 2,696 kNm

6 Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống:

MỸ;„; M„„ đã tính ở phần thiết kế lề người đi

tai trong gay bat lợi nhất cho ba mặt cắt cần tính toán và bố trí thép : mặt cắt sát vách, mặt cắt giữa nhịp và mặt cắt trên gối giữa

a Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân l người

đi truyền xuống (q„ Mp,):

(M, tra bang 18 trang 167 giao trinh KCBTCT, f tra bang 21 trang 179 giao trinh KCBTCT)

13

q =,15,626 kN/m

M = 3,76 kNm 3,76 3,765

e Nội lực do tải trọng người đi trên lé phải (M,„y):

ø Nội lực do áp lực gió thối từ phải sang trái (M,„ M,,):

Các trường hợp tải trọng gây ra nội lực bất lợi nhất tại ba mặt cắt cần tính toán bao gồm:

1 TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách :

Dẫn nước trong máng với chiều cao H„a„ có người đi trên lề bên trái hoặc cả 2 bên và có gió thôi từ phải qua trái

M, = M, + My + Mg + M, = 0,84 + 14,861 + 0,768 + 2,969= 19,438 kNm

2 TH tải trọng gây mômen căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hạ có người đi trên lề bên phải và có gió thôi từ trái sang phải

M;= M, + M, + M,+ My= 0,975 + 1,88 + 0,096 + 1,691 = 4,642 kNm

3 TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa:

Dẫn nước trong máng với chiêu cao H;„, không có người đi trên lề và có gió thôi từ phải qua trái và ngược lại

M;= M, +M, + M;( hoặc M,) = I,95 + 3,765 + 0,213 = 5,928 kNm

3.4 Tính toán và bỗ trí cốt thép đáy máng

a Tính toán cốt dọc chịu lực:

1 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất M, tại mặt cắt sát vách:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật : b = 100cm, h = 25cm Chon a = 3cm,

2 Trường hợp gây căng dưới lớn nhất M› tại mặt cắt giữa nhịp:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữa nhật: b = 100cm, h = 25cm Chon a = 3cm,

hp = h—a=22cm

k,n M — 1.15.1.46420

A= rie m,,R,.b.h2 1.90.100.22? ~=0,0123 3 a=1- VI-2A=1 - J1—2.0,0123 = 0,0123

A = 0,0123 < Ay= 0,42 > Tinh cét don

3 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết điện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm Chon a= 3cm, họ=h - a= 22em

kn.n Q= 1,15.1.3591,7 = 4130,5 daN

kn.n Q < kị.mpx.Rv.b.họ Không cần tính cốt ngang

17

Kiểm tra nứt tại 2 mặt cắt : mặt cắt sát vách và giữa nhịp

Điều kiện đề cấu kiện không bị nứt : n M° <M; = y¡.RyÈ.Wa

Mat cat sat vach máng không bị nứt

b, Đối với mặt cắt giữa nhịp:

Mat cắt giữa nhịp không bị nứt

IV DAM BO GIU'A

4.1 So do tinh toán

Đáy máng bố trí 3 dầm đỡ bao gồm 2 dầm bên và 1 dầm giữa Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng và phần lề người đi truyền xuống nhưng chịu tải trọng nước và tải trọng bản thân ít hơn dầm đỡ giữa Do vậy, ta có thể tính toán và bố trí cốt thép cho dầm giữa, bố trí thép tương tự cho 2 dầm bên Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng

Sơ đồ tính toán đầm đỡ giữa

Chiều dài nhịp l„;= L⁄n = 26/6 = 4,33 m

Chọn kích thước dầm:

- Chiều cao dầm: hạ= 80 cm

19

-_ Bề rộng sườn : b = 30 em

-_ Bề rộng cánh: B/2 = 3,3/2 = 1,65 m= 165 cm

B B/2

i {

| | | —

|

Hình 4.1 sơ đô tính toán dâm đỡ giữa

4.2 Tải trọng tác dụng

Do điêu kiện làm việc của dâm đỡ giữa, tô hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên dâm bào

gdm cac tai trong sau :

1 Tai trong ban than:

Do tại mặt cắt trên gối momen uốn căng trên nên tiết dién chit T canh kéo tinh nhu

tiết điện chữ nhật bxh = 30x80 em

Hình 4.3 Tính cốt thép cho trường hợp căng trên

Chan a= a’ = 4cm, hy = h-a = 76cm

20

Chọn và bồ trí thép chịu lực 4ÿ16/1m (8,04 em”) theo chiều mang dọc

2, trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp : (tai mat cat có x/I = 0,4) M„„¿„ = 0,0779.q.1” = 0,0779.56,92.4.3” = 81,99 kNm = 819900 daNem

Tính toán tiết diện chữ T cánh nén: b = 30 em, h = 80 em, b”,= 160 cm, h’, = 25 cm Chãn a = a” =4 em —> hạ = h-a = 76 cm

Kiểm tra vị trí truc trung hoà:

M,= m,.R,.b'.ch' (hy - +)

M, = 1.90.160.25.(76 2) = 22860000 daNem

ka.n M = 1,15.1.81900 = 942885 daNem

ka.n M <M, — trục trung hoà đi qua cánh

Tính toán tương tự như đối với tiết diện chữ nhật b',xh = 160x80 em

Hình 4.4 Tính toán cốt thép cho trường hợp căn dưới

Chọn a = a” = 4em — hạ = h-a = 76cm

Tính toán cốt đai không cốt xiên

Chọn đường kính cét dai d = 8mm -—> Diện tích một nhánh đai f,;= 0,503cmỶ

Chọn khoang cach gitta cac vong cot dai thiét ké uy = 25 cm

Tĩnh toán cot xién

kyMe.Q = 1,15.1.14815 = 17637.3 daN < Q„; Không cần đặt cốt xiên

c Bồ trí cốt thép dâm (hình 3.2)

4.5 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nút

Kiểm tra nứt tại 2 mặt cắt có mômen căng trên và căng dưới lớn nhất

Điều kiện để dầm không bị nút tại các tiết điện trên: n MẺ< Mạ= v1 - Re Wae-

a Truong hop cang dudi: Max = 0,0779.q°.1 = 0,0779.55,198.4,3> = 79,51 kNm

Tiét diện chữ T cảnh nén: b = 30 cm, h = 80 cm, b’, = 160 cm, h’, = 25 cm, a=a’=4cm, hy = 76 cm, F, = 4,62 cm’, F,= 8,04 cm’: Yi= mạ.y = 1.1,75 = 1,75

Wea = 2a = 26304189 — 47994,76 om’, h—x, 80—24,3

M, = 11-Re Woe = 1,75.11,5.47224,76 = 950398,3 daNcm

n M° = 1.795100 = 795100 daNcm < M,

Tai mat cat trén dam không bị nút

b Trường hợp căng trên: M°Ẻ„„= 0,1053.q°.” = 0,1053.55,198.4,3” = 107,47 kNm

Tiết diện chữ T cánh kéo: b = 30 em, h = 80 em, b,= 160 cm, h= 25cm,

a =a'=4 cm, hạ = 76 cm, Fạ= 8,04 cm’, F',= 4,62 cm’; Yi= mị.y = 1.1,75 = 1,75

Mn = 11-Re- Woa = 1,75.11,5.108247,7 = 2178484,96 daNcm

n M*° = 1.1074700=1074700 daNcm < M,

Dam khong bi nut tai mat cat trén

4.6 Tinh bién dang dam:

Tính toán kiểm tra độ võng cho mặt cắt giữa nhịp dầm đầu tiên : M° = 795100 daNem

Tra phụ lục 16, biểu đồ 3 trang 164 giáo trình Kết câu BTCT - ĐH Thủy Lợi:

Voi y’ = 1,425, n.u = 8,75.0,002 = 0.0175 vụ ơøạ = 2697,5 daN/cm, lấy „ = 0.4

B,, = O = BOT IN’ — 49381,3.10° daNem? = 49381 kNm’ 1,5

Tiên hành nhân biêu đô tính toán được độ võng tại mặt cắt giữa nhịp biên dâm đỡ giữa f=M,M,=-Lo »! p' k p Yi

dh

Q,, — dién tich cua biéu đồ mômen uốn M,

y¿ - tung độ biêu đô M;¿ trên hệ cơ bản ứng với vị trí trọng tâm của biêu đô M,

Hình 4.7— Biêu đô mômen cuôi cùng và biên đô mômen trên hệ cơ ban

Dùng phương pháp nhân biêu đồ Vêrêshagin, ta tính được độ võng tại mặt cắt giữa nhịp biên:

26