DO AN BTCT minh duc

Hướng dẫn làm đồ án BTCT đại học thủy lợi chúc các bạn hoàn thành tốt đồ án môn học này Dầm 5 nhịp ,bài này sẽ giúp các bạn hoàn thành tốt hơn đồ án các bạn đang học có 20k thôi mà

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCTTHIẾT KẾ CẦU MÁNG BTCT

A TÀI LIỆU THIẾT KẾ

Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng Sau khi tính toán và so sánh các phương án: xiphông, kênh dẫn, cầu máng chọn phương án xây dựng cầu máng bằng BTCT Dựa vào điềukiện địa hình, tính toán thuỷ lực và thuỷ nông, người ta đã xác định được các kích thuớc cơbản của cầu máng và mức nước yêu cầu trong cầu máng như sau:

1

2 3

biểu đồ phân vùng áp lực gió, vùng xây dựng công trình có cường độ gió qg = 1,2 kN/m2, hệ

số gió đẩy kgió đẩy = 0,8, hệ số gió hút kgió hút = 0,6 được lấy trong trường hợp coi vách mángthẳng đứng Tải trọng người đi qng = 200 kG/m2 = 2 kN/m2 Cầu máng thuộc công trình cấpIII Dung trọng bê tông thiết kế γb = 25 kN/m3

Tra các phụ lục trong giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép - ĐH Thủy Lợi, ta được các số liệusau: kn = 1,15; Rn = 90 daN/cm2; Rk = 7,5 daN/cm2; Rk = 11,5 daN/cm2; Rnc = 115 daN/cm2;

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 đổidọc theo chiều dòng chảy Do vậy, đối với các bộ phận: lề người đi, vách máng, đáy máng

ta cắt 1m dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng Đối với dầm đỡ, sơ đồtính toán là dầm liên tục nhiều nhịp

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

4 Tính toán và bố trí cốt thép:

Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có Mmax Đối với các bộ phận kết cấu

góc với cốt thép chịu lực, bố trí cốt thép cấu tạo 4÷5 thanh/m

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

5 Kiểm tra nứt:

Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có Mmax Với những mặt cắt không cho phép xuất hiện khe nứt,nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục Với những mặt cắt cho phép xuất hiện khenứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng vết nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu an<angh, nếu

an>angh, đưa ra các giải pháp khắc phục (không yêu cầu tính lại từ đầu)

6 Tính độ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l] Nếu f/l > [f/l], đưa ra các giải phápkhắc phục.

Tính toán thép và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt có mô men uốn lớn nhất (mặt cắtngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a

= 2cm, h0 = h – a = 8cm

0 n b

c n

h.b.R.m

M.n.k

8.100.90.1

16080.1.15,1

= 0,032

A = 0,032 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = 1 - 1−2A= 1 - 1−2.0,032= 0,0325

Fa =

a a

0 n b

R.m

.h.b.R

=

2700.1,1

0325,0.8.100.90.1

= 0,79 cm2 < mminbh0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm2

với phương dòng chảy

Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực 4∅8/1m (2,01 cm2)

Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều

dài máng, vách máng được tính toán

như một dầm công xôn ngàm tại đáymáng và dầm dọc

Chiều cao vách:

Hv = Hmax + δ = 2,2 + 0,5 = 2,7 m

δ - Độ vượt cao an toàn, lấy δ = 0,5 m

Bề dày vách thay đổi dần:

- Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M bt

- Áp lực nước tương ứng với H max : q n

- Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): q gđ và q gh

Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng.

a Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng: M bt , q gđ (gió đẩy, máng không có nước và không có người đi trên lề)

M

2 max

c

max n

c

H

max max

q = 28,6 kN/m nmax

TH căng ngoài TH căng trong

Hình 2.2 - Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác định nội lực

a Trường hợp căng ngoài

kNm M

4,549

0,84

bt gd

3,37 kN Q

0 kN Q +

Hình 2.3 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng ngoài.

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

M1 = Mgđ + Mbt = 4,549 - 0,84 = 3,709 kNm

M1 = Mgđc+ Mbtc =3,5– 0,8 = 2,7 kNm

b Trường hợp căng trong

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

Hình 2.4 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng trong.

c n

h.b.R.m

M.n.k

0 n b

R.m

.h.b.R

= 1.90.100.18.0,015

Fa < mminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2

phương vuông góc với phương dòng chảy

2 Trường hợp căng trong: M = 28,084 kNm.

0 n b

c n

h.b.R.m

M.n.k

0 n b

R.m

.h.b.R

Qgh = qgh.Hv = 0,936.2,7 = 2,527 kN.

Q2 = 31,46 + 2,527 = 33,98 kN

k1.mb4 .Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN > kn.nc.Q = 1,15.1.3398 = 3907 daN.Không cần đặt cốt ngang

c Bố trí cốt thép

Lớp trong: 5φ12/1m; Lớp ngoài: 5φ8/1m

Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 4φ10/1m

φ12a=200

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc≤ Mn = γ1.Rk.Wqđ

xn =

)'FF(nh

b

'a.'F.nh.F

a 0

a 2

++

++

=

2

100.20

8,75.5,65.18 8,75.2,51.22

2 n 0 a

3 n

3

n n.F (h x ) n.F' (x a')

3

)xh.(

E

σ

− σ

.7.(4 - 100 µ) d

an2 = k.c2.η

a

0 2

E

σ

− σ

.7.(4 - 100 µ) d

k – hệ số, lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn hạn, 1,3 vớitải trọng dài hạn

Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.18 = 15,3 cm với η = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trình

Kết cấu Bê tông cốt thép – ĐH Thủy Lợi

Cắt 1m dài đáy máng vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tính toán như một

dầm liên tục 2 nhịp có gối tựa là các dầm đỡ dọc Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như

Hình 3.1 - Sơ đồ tính toán đáy máng.

4 Áp lực nước ứng với mực nước cột nước nguy hiểm H ngh :

trên gối giữa

ngh n

a Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền

xuống (q đ , M bt ):

M1 = Mg.g.l2 + α Mbt = -0,125.6,56.1,752 + 0,25.2.0,84 = -2,09 kNm ( căng trên )

M0,5 = Mg.g.l2 + α Mbt = 0,0625.6,56.1,752 – 0,25.0,84 = 1,04 kNm ( căng dưới)

kNm M

0,29

+

-38,54

38,5423,07

c Nội lực do tải trọng người đi lề bên trái (M ng ):

M0 = Mng= -0,768 kNm

0,1090,096

d Nội lực do tải trọng người đi lề bên phải (M ng ):

0,192

M kNm0,096

e Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (M gđ , M gh ):

M0 = Mgđ = 4,549 kNm

M2 = Mgh= 3,41 kNm

-M = 3,41 kNm

Q kN

3,41 kNmM

gh

4,549

1,792,86

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 Hmax, người đi lề bên trái hoặc cả 2 bên và có gió thổi

từ phải sang trái

M1 = Ma + Mb + Md + Mg = 0,84 + 23,07 + 0,768 + 3,41 = 28,09 kNm

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

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh, có người đi trên lề phải và có gió thổi từ trái sangphải

M2 = Ma + Mc + Me + Mf = 1,04 + 2,06 + 0,096 + 2,13 = 5,326 kNm.

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

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh, không có người đi trên lề và có gió thổi từ phảisang trái hoặc ngược lại

M3 = Ma + Mc + Mf ( hoặc Mg) = 2,09 + 4,13 + 0,29 = 6,5 kNm

3.4 Tính toán bố trí cốt thép đáy máng

a Tính toán cốt thép dọc chịu lực:

1 Trường hợp gây mô men căng trên lớn nhất M 1 tại mặt cắt sát vách:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm Chọn a =3cm, h0 = h – a = 22cm

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

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm Chọn a =3cm, h0 = h – a = 22cm

góc với phương dòng chảy

3 Trường hợp gây mô men căng trên lớn nhất M 3 tại gối giữa:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm Chọn a =3cm, h0 = h – a = 22cm

góc với phương dòng chảy.

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

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc≤ Mn = γ1.Rk.Wqđ

a Đối với mặt cắt sát vách máng:

Mc = Mc + Mc + Mc + Mc

= Ma/nbt+ Mb/nn + Md/nng+ Mg/ng

2 n 0 a

3 n

3

3

)xh.(

−+

−+

E

σ

−σ

.7.(4 -100.µ) d

an2 = k.c2.η

a

0 2

E

σ

−σ

.7.(4 - 100 µ) d

k – hệ số, lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn hạn, 1,3với tải trọng dài hạn

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

Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế.

b, Đối với mặt cắt giữa nhịp:

Mc

2 = Mc + Mc + Mc

e + Mc f

2 n 0 a

3 n

3

n n.F (h x ) n.F' (x a')

3

)xh.(

1003

−+

−+

= 137770,78 cm4

Wqđ =

4,12

25

78,137770

Sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa là dầm liên tục tiết diện chữ T có n=5 nhịp và các gối tựa

Tra phụ lục 18 trang 167 giáo trình Kết cấu BTCT - ĐH Thủy Lợi, ta vẽ được biểu đồ

nội lực M, Q của dầm đỡ giữa như sau:

Hình 4.2 - Biểu đồ nội lực của dầm đỡ giữa.

Do tại mặt cắt trên gối, mômen uốn căng trên nên tiết diện chữ T cánh kéo được tính

toán như đối với tiết diện chữ nhật bxh = 30x80 cm

kNQ

M kNm215,57

67,35

163,56

94,37159,47

144,65

221,27

192,4

173,17182,78

x/l=0,4

Chọn và bố trí cốt thép chịu lực 4φ20/1m (12,56 cm2) theo chiều dọc máng

2, Trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp biên : (tại mặt cắt x/l = 0,4)

kn.nc.M = 1,15.1.1594750 = 1833962,5 daNcm

kn.nc.M < Mc→ Trục trung hoà đi qua cánh

Tính toán cốt thép tương tự như đối với tiết diện chữ nhật b'cxh = 170x80 cm

Tính toán cốt đai không cốt xiên

Chọn đường kính cốt đai d = 8mm → Diện tích một nhánh đai fd = 0,503cm2

uct =

3

803

utt = ma.Rađ.nd.fđ 2

c n

2 0 k 4

)Q.n.k(

h.b.R.m

2

8.0,9.7,5.30.761,1.2150.2.0,503

4.5 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt

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

Điều kiện để dầm không bị nứt tại các tiết diện trên: nc.Mc≤ Mn = γ1.Rk.Wqđ

a Trường hợp căng dưới: Mc

.b

'aFa.nh.Fa.n2

h.bb2

h

b

' c

' c

0

2 ' c '

c 2

++

−+

++

−+

2 n 0 a

3 n

3 n c c

)x'h)(

b'b(

−+

−+

−

−+

k – hệ số, lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn hạn, 1,3với tải trọng dài hạn

Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.76 = 64,6 cm với η = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trìnhKết cấu Bê tông cốt thép – ĐH Thủy Lợi.

3033,78 200

.7 4 100.0,003 162,1.10

an = 0,18 mm < angh = 0,24mm

Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế

b Trường hợp căng trên: Mc

max= 0,1053.qc.l2 = 0,1053.64,5.5,62 = 212,992 kNm Tiết diện chữ T cánh kéo: b = 30 cm, h = 80 cm, bc= 170 cm, hc= 25cm,

a = a' = 4 cm, h0 = 76 cm, Fa = 12,56 cm2, F'a= 8,04 cm2; γ1= mh.γ = 1.1,75 = 1,75

(b b).h n.(Fa Fa')h

.b

'aFa.nh.Fa.n2

hh.h.bb

0

c c

c 2

++

−+

++

2 n 0 a

3 n c

3 n c c

3

3

)xh(b3

)hxh)(

bb

−+

−+

−+

−+

a.F.Z h xE

ψ

−

.Trong đó chiều cao vùng nén trung bình x được tính theo quan hệ:

7,0

+

µ ; ξ = h0

x =

n 10

)TL(518,1

1

µ

+++

0 = 0,073; T = γ'(1 - δ'/2)

γ' = ( )

0

h.b

'Fa

nh.b

10.0,003.8,75

4h

'a

µ

=

Tính cánh tay đòn nội ngẫu lực Z1 theo công thức thực nghiệm:

Z1 = (γ+ξ)

ξ+

γ

δ

−

''

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

Với g’ = 1,425, n.µ = 8,75.0,003 = 0,026 và σa = 2400,84 daN/cm2, lấy ψa = 0,4

ψadh =

3

14

M

kNmM

P = 1k

p

k 0

1,4

255,90

Hình 4.7 – Biểu đồ mômen cuối cùng và biểu đồ mômen trên hệ cơ bản.

Dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêshagin, ta tính được độ võng tại mặt cắt giữa nhịpbiên:

IV KẾT LUẬN

-Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Mạnh Tuân đã tận tâm hướng dẫn chúng

em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vựcthiết kế cầu máng bê tông cốt thép cũng như các công trình thủy lợi Nếu không cónhững lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ bản đồ án này của em rất khó cóthể hoàn thiện được

- Trong quá trình tính toán và trình bày đồ án cầu máng BTCT, luôn tuân thủ và ápdụng các kiến thức Thầy giáo đã dạy, cũng như sự hướng dẫn tận tình của Thầy trongquá trình thực hiện đồ án

- Cách trình bày đồ án và các bước tính toán dựa sát theo sườn bài của đồ án mônhọc kết câu bê tông cốt thép

- Mặc dù rất cố gắng, nhưng đây là lần đầu tiên thiết kế cầu máng bê tông cốt thép,

ít nhiếu có thiếu xót Rất mong thầy hướng dẫn và chỉ dạy thêm, để em có nhiều kinhnghiệm hơn

- Em Xin chân thành cảm ơn !!!!

Hà Nội,10 tháng 11 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Lê Minh Đức