bài tập lớn bê tông cốt thép

4.Tính, bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.. IV-PHẦN TÍNH TOÁN :1.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1 Chiều cao dầm h : Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường đ

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP



Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Kiều Sinh viên : Hồng Mạnh Tuấn

I-NHIỆM VỤ THIẾT KẾ :

Thiết kế dầm BTCT thường chữ T nhịp giản đơn trên đường ơ tơ, thi cơng bằng phương pháp đúc sẵn tại cơng trường

II-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH :

1 Chiều dài nhịp tính tốn của dầm : L = 17 (m)

2 Số làn xe thiết kế : nL = 2 làn

3 Khoảng cách giữa các dầm chủ : Sd = 1800 (mm)

4 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu : WDW = 6,8 (kN/m)

6 Hệ số phân bố ngang tính cho momen : mgM = 0,54

7 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mgV = 0,62

8 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mgd = 0,6

1 Chọn mặt cắt ngang dầm.

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

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

4.Tính, bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.

5 Tính, bố trí cốt thép đai.

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

7 Tính toán kiểm soát nứt.

8 Tính độ võng do hoạt tải gây ra.

B BẢN VẼ :

9 Thể hiện trên khổ giấy A3(bắt buộc)

10 Vẽ mặt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện.

11 Vẽ biểu đồ bao vật liệu.

12 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu.

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :1

1

IV-PHẦN TÍNH TOÁN :

1.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM:

1.1 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 độvõng

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

hmin=0,07×17=1,19 (m)

Trên cơ sở đó sơ bộ chọn chiều cao dầm : h = 1,3 (m)

1.2 Bề rộng sườn dầm (b w ) :

Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứngsuất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn chiều rộng sườn không đổi trên suốt chiều dài dầm Chiềurộng bw này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bê tông với chất lượng tốt.Theo yêu cầu đó ,ta chọn chiều rộng sườn bw = 20 (cm)

1.3 Chiều dày bản cánh (h f ) :

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

1.4 Chiều rộng bản cánh (b) :

Theo điều kiện đề bài cho : b =160(cm)

1.5 Chọn kích thước bầu dầm (b 1 ,h 1 ) :

h1 = 19(cm)

b1 = 33(cm)

Vậy sau khi chọn sơ bộ kích thước mặt cắt dầm ta có bảng số liệu sau :

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :2

2

MẶT CẮT NGANG DẦM:

1.6 Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài :

+ Diện tích mặt cắt dầm :

= 24 (KN/m) :trọng lượng riêng bê tông

+ Xác định bề rộng cánh tính toán:

Bề rộng cánh tính toán đối với dầm bên trong không lấy quáù trị số nhỏ nhất trong ba trị số sau:

-

4, 25( )

với L là chiều dài nhịp hữu hiệu

- Khoảng cách tim giữa hai dầm :180(cm)

- 12 lần bề dày cánh và bề rộng sườn dầm :

)(236201812

- Và bề rộng cánh tính toán cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chế tạo :

bf =160 (cm)

Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là : b = 160 (cm)

Qui đổi tiết diện tính toán :

- Diện tích tam giác tại chỗvát bản cánh:

)(50210

2.TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM:

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

: Hoạt tải tương đương của xe hai trục thiết kế ứng với

đường ảnh hưởng M tại mặt cắt t giữa nhịp (KN/m).

27,55

truck M

: Hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế ứng với

đường ảnh hưởng M tại mặt cắt t giữa nhịp (KN/m).

mgM = 0,54 : Hệ số phân bố ngang tính cho mô men (đã tính cả hệ số làn xe

m )

wdc = 13,22 : Trọng lượng dầm trên một đơn vị chiều dài (KN/m)

wdw=6,8 : Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên

một đơn vị chiều dài (tính cho một dầm, (KN/m ))

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :4

4

= 420 (Mpa) : Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ.

= 0,65 khi

MPa

f c' ≥56

Vậy theo điều kiện dầu bài

d b f

M M d

a

w c

Vậy trục trung hòa đi qua bản cánh , ta chuyển sang tính toán như mặt cắt chữ nhật

Giả sử khai thác hết khả năng chiu lực của tiết diện :

f

f b a A

'85

s

Sơ đồ chọn thép và bố trí thép :

Từ bảng trên ta chọn phương án 2 :

+ Số thanh bố trí : 12

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :6

6

+ Số hiệu thanh : # 22

+ Tổng diện tích cốt thép thực tế : 46,44 (cm2)

Bố trí thành 3 hàng 4 cột :

Giả sử TTH đi qua cánh

Tính toán chiều cao nén quy đổi :

1 ,

Vậy điều giả sử là đúng

Mô men kháng tính toán :

47,8 0,9 0,85 47,8 1600 30 1195 2055533458( )

2 2055,53( )

Vậy cốt thép tối đa thỏa mãn

Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu :

46, 44

0, 02

20 119,5

s w

420

c y

f f

3.1 Tính toán mô men và lực cắt tại vị trí bất kỳ.

Vẽ đường ảnh hưởng mô men lực cắt

+ Chiều dài nhịp : L =17(m)

+ Chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt từ 0 dến 10, mỗi đoạn dài 1,7(m)

Đường ảnh hưởng mô men tại các tiết diện :

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :8

8

10 2

l

η

.Với trạng thái giới hạn sử dụng : η=1

w Mi

)(KN m

LL truck Mi

)(

tan

m KN

LL dem Mi

)

(KNm

M cd i

)

(KNm

M sd i

Biểu đồ bao M(KNm)

0,1

0,3 0,7

0,4 0,6

0,5 0,5

Bảng giá trị lực cắt :

w Qi

)(m2

w Q

)(KN m

LL truck Qi

)(

tan

m KN

LL dem Qi

)

(KN

Q cd i

)

(KN

Q sd i

4.VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU :

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

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :12

12

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau :số lần

+ Hiệu chỉnh biểu đồ bao mô men :

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu : M r ≥min 1, 2{ M cr;1,33M u}

3

4 trong đó : 8

được tính ở phần kiểm soát nứt

Nội suy tung độ biểu đồ bao mô men xác định vị trí

M u (KNm)

M' u = 4/3M u

0,9Mcr 1,2Mcr 807,89

1076,86

BIỂU ĐỒ BAO MÔ MEN SAU KHI ĐÃ HIỆU CHỈNH:

+ 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 bao mô men tính toán u

M

và xác định điểm giao biểu đồ n

M

φ

+ Xác định điểm cắt thực tế:

Từ điểm cắt lý thuyết này cần kéo dài về phía mô men nhỏ hơn một đoạn là l1 Chiều dài l1lấy bằng trị số lớn nhất trong các trị số sau:

- Chiều cao hữu hiệu của tiết diện: d =1195(mm)

- 15 lần đường kính danh định: 15 22 330(× = mm).

- 1/20 lần nhịp tịnh:1/ 20 1700 850(× = mm)

Ta có: l1 =

1max ;

l

Chiều dài d

l

gọi là chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực, đó là đoạn mà cốt thép dính bám với bê tông để nóđạt được cường độ như tính toán

Chiều dài khai triển d

Chiều dài triển khai cốt thép kéo d

b y db

: đường kính thanh số 22

Hệ số điều chỉnh làm tăng d

l

: 1,4 Hệ số điều chỉnh làm giảm d

: Diện tích thực tế bố trí

Cốt thép chịu kéo có thể kéo dài bằng cách uốn cong qua thân dầm và kết thúc trong vùng bê tông chịu nén với chiều dài triển khai d

SVTH: HOÀNG MẠNH TUẤN

LỚP : GIAO THÔNG CÔNG CHÍNH – K52 Trang :16

16

710,56 1249,83 1622,63 1833,88 1889,15

Mu(KNm)

Mr(KNm)

1057,3 1400,14 1736,36 2055,53

2484,77

4

3Mu

1592,47 250

1292,96

780

807,89 1076,86

5 TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT :

Biểu thức kiểm toán : n u

g g

d f A

s

αα

.47,8

2

.1171,1( )

)(

20 cm b

b v = w =

.Từ trên ta thấy

1171,1( )

v

.+ s (mm): bước cốt thép đai

=α

.+ φ

: Hệ số sức kháng cắt, với bê tông thường ϕ =0,9

.+ v

+ u

V

: Lực cắt tính toán (N)

+ Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả năng chịu lực của bê tông vùng nén:

- Xét mặt cắt cách gối một khoảng

u

−

.(1171,1 0)

(710,56 0) 0 489, 49( )(1700 0)

=θ

, tính biến dạng cốt thép chịu kéo theo công thức:

6

3

3 5

)/(10

(Khi kéo về gối cắt 6thanh còn lại 6thanh).

Tra bảng ta được

039,16

040,08

039,91

hội tụ

Vậy ta lấy

039,91

θ =

.Từ

2,13

0, 07130

ε 1x10-3 1,47x10-3 1,5x10-3

Dùng phương pháp nôị suy ta tính được β =1,92

+ Khả năng chịu lực cắt của bê tông.

V

g d

f A

A v

: Diện tích cốt thép đai

Chọn cốt thép đai là thanh số 10, đường kính danh định d =9,5(mm), diện tích mặt cắt ngang cốt thép đai là:

23,14 9,5

Ta chọn khoảng cách bố trí cốt đai: s=150(mm) 15(= cm)

+ Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu:

Lượng cốt thép đai tối thiểu :

f A

s

g

.3

Xác định vị trí trục trung hòa thông qua phương trình cân bằng sau :

2 '

1 1

1307,897 10

88,58 10 12,04( )9624408,55 10

: là giá trị mômen lớn nhất ở trạng thái giá trị sử dụng

Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông :

Vậy mặt cắt bị nứt

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

+ dc : Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm thanh gần nhất,

theo bố trí cốt thép dọc ta có dc = 40(mm)

+ A : Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bao bởi các mặt

của cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hòa chia số lượng thanh

Để tìm A ta giả sử đường giới hạn trên của miền A tại sườn dầm Trọng tâm của miền A tính

như sau:

LỚP : GIAO THƠNG CƠNG CHÍNH – K52 Trang :23

23

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép :

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

)(20000010

2 w

1

3 2

( )

6

2 8

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

-Xét trường hợp cả ba trục dều nằm trong nhịp

4.3 4.3

Điều kiện này thỏa mãn

- Độ võng do xe tải thiết kế gây ra xác định theo công thức :

I e

: Mô men hữu hiệu, tính theo công thức :

cr a

cr g

M

M I

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

Độ võng ta vừa tính ở trên chưa tính đến hệ số phân bố ngang, hệ số cấp đường và hệ số xung kích khi tính võng Bây giờ ta phải xét các hệ số này

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