đồ án bê tông cốt thép chuẩn

đồ án bê tông cốt thép: hướng dẫn các bạn làm về thiết kế 1 dầm chủ cách chọn kích thước tiết diện ,tính ứng suất các trường hợp tải trọng cách xếp xe ,vị trú trục trung hòa,kiểm tra cường độ ,vết nứt độ võng ps: trường đh công nghệ GTVT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

KHOA CÔNG TRÌNH

* * *

-ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC = = = = = * * * = = = = = ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Sinh viên: ĐẶNG VĂN NAM Lớp : 64DCCA01

Thiết kế một dầm dọc của cầu ô tô có nhịp kiểu giản đơn bằng bê tông cốt thép thường có tiết diện dạng chữ T, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm với số liệu giả định. A SỐ LIỆU CHO TRƯỚC - Bề rộng chế tạo của cánh dầm: chọn trong phạm vi

- Chiều dài nhịp tính toán

- Tĩnh tải rải đều tiêu chuẩn tác dụng lên dầm

- Trọng lượng bản thân dầm trên một mét

- Hoạt tải thiết kế HL93

- Hệ số tải trọng của trọng lượng bản thân dầm … Hệ số tải trọng của tải trọng phần trên

- Hệ số tải trọng của hoạt tải

- Hệ số xung kích

- Hệ số phân bố ngang tính mômen

- Hệ số phân bố ngang tính lực cắt

- Các hệ số điều chỉnh tải trọng

- Độ võng tương đối cho phép của hoạt tải

- Vật liệu: + Cốt thép dọc chịu lực:

+ Cốt thép đai:

+ Bê tông:

bf = (1,0÷1,8)m l = 15 (mét) DW= 5(KN/m) DC = γc A(KN/m) Xe 3 trục γDC = 1,25 γDw = 1,5 γLL = 1,75 (1+IM) =1,15 mgM = 0,58 mgV = 0,62 η=0,95 [ ∆/l ] = 1/800 fy = 420MPa fy’= 250MPa f’c = 28MPa Xác nhận của giáo viên

Thuyết minh tính toán

1 Xác định nội lực

2 Chọn mặt cắt và xác định kích thước dầm

3 Tính tiết diện cốt thép dọc chủ cần thiết ứng với mặt cắt giữa nhịp

4 Bố trí cốt thép đai theo yêu cầu cấu tạo và xác định diện tích cần thiết của các lớp cốtxiên

5 Bố tri cốt thép cho toàn dầm

6 Tính toán dầm theo trạng thái giới hạn cường độ

7 Tính toán dầm theo trạng thái giới hạn về độ võng và về nứt

8 Thống kê vật liệu cốt thép và bê tông cần thiết cho một dầm

Bản vẽ (khổ A1 )

- Mặt chính dầm (có thể vẽ 1/2 dầm) có thể hiện đầy đủ cốt thép dọc chủ,cốt thépxiên,cốt thép đai và cốt thép cấu tạo

- Các mặt cắt dầm có thể hiện thứ tự cho cốt thép dọc chủ và đầy đủ cốt thép cần thiết

- Khai triển đầy đủ các loại cốt thép có trong dầm

- Các chi tiết neo uốn nối cốt thép

- Bảng thông kê vật liệu thép, bê tông và các ghi chú cần thiết khác

Lưu ý:

- Hạn nộp bài ngày tháng năm 2015

- Nếu hoàn thành không đúng thời hạn sẽ không được bảo vệ đồ án

ĐỀ BÀI:

Thiết kế một dầm dọc của cầu ôtô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép thường có tiết diện dạngchữ T,

Chiều cao dầm chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng Chiều cao có thể chọn

sơ bộ theo các công thức sau:

30

f f

- 1.

8l

- (6h f +0,5b w)

- Chiều dài của phần cánh hẫng

Khi tính bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu, chiều dài nhịp hữu hiệu có thể lấy bằng khẩu độtính toán đối với các nhịp giản đơn và bằng khoảng cách giữa các điểm thay đổi mômen uốn(điểm uốn của biểu đồ mômen) của tải trọng thường xuyên đối với các nhịp liên tục, thích hợp cảmômen âm và dương

Ở đây, giả sử lấy: b=60cm

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

Kích thước phần bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắt dầm đểquyết định ( số lượng thanh, khoảng cách các thanh) Tuy nhiên khi chọn sơ bộ ban đầu ta chưabiết cốt thép chủ là bao nhiêu nên phải tham khảo các đồ án điển hình và nên đảm bảo kíchthước sao cho bề rộng bầu phải bố trí được tối thiểu 4 cột cốt thép và chiều cao bầu phải bố tríđược tối thiểu 2 hàng cốt thép

Có thể chọn:

- Bề rộng bầu dầm: b1 =30 45÷ cm

- Chiều cao bầu dẩm (h1): Đối với dầm đúc tại chỗ thì chiều cao phần bầu dầm khôngđược nhỏ hơn 140cm và 1/16 khoảng cách trống giữa các đường gờ hoặc khoảng cách giữa cácdầm ngang Đối với dầm đúc sẵn thì chiều cao phần bầu dầm không được nhỏ hơn 125 mm Cóthể chọn: h1 =20 30÷ cm

Tiếp giáp giữa sườn dầm và bầu dầm, thường cấu tạo vát 1:1

Ở đây lấy trọng lượng thể tích của bê tông : γc =26 KN/m3

1.8 Quy đổi tiết diện tính toán:

Hình 1 Quy đổi tiết diện

Chiều dày cánh mới:

w f

f

b b

S h

h

−+

Hình 3 Tiết diện tính toán

2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

2.1 Xác định mô men.

2.1.1.Vẽ đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

- Giả sử chiều dài nhịp tính toán : l=15m

- Chia dầm thành 10 đoạn tương ứng với các mặt cắt đánh số từ 0 đến 10, mỗi đoạn dầmdài 1,5m

- Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

Hình 4 Đường ảnh hưởng mô men

2.1.2 Tính toán:

Để tính mô men tại mặt cắt nào đó, ta tiến hành xếp tải bất lợi nhất lên đường ảnh hưởng

mô men tại mặt cắt ấy Tính diện tính đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọng rải đều và tínhtung độ đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọng tập trung

a- Đối với TTGH cường độ, mô men M tại mặt cắt thứ (i) nào đó của dầm được xác định theocông thức sau:

y : Tung độ ĐAH mô men tương ứng dưới tải trọng bánh xe đang xét (tim bánh xe)

Chẳng hạn, xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt 5:

Hình 5 Xếp tải lên đường ảnh hưởng mô men

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:

d

y1 y2 y3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

4,3m

DCDWLaneLoad

y2

TruckLoad4,3m

Hình 6 Biểu đồ bao mômem M (KNm)

a- Đối với TTGH cường độ, lực cắt V tại mặt cắt thứ (i) nào đó của dầm được xác định theocông thức sau:

LaneLoad TruckLoad

§ah V1

0,9

0,1

+ -

4,3m 4,3m 145kN 145kN 35kN

DC DW LaneLoad TruckLoad

4,3m 4,3m

DC DW LaneLoad TruckLoad

y2

§ah V5

0,50,5

+ -

Hình 8 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt

Để tiện tính toán ta có thể lập bảng theo mẫu sau:

Hình 9 Biểu đồ bao lực cắt V (KN)

3 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM

Chiều cao có hiệu (chiều cao làm việc) của dầm có thể lấy:

*Trình tự tính toán tiết diện chữ T như sau:

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

⇒TTH đi qua sườn giả thiết đúng

Từ phương trình cân bằng hình chiếu tính diện tích cốt thép chịu kéo cấn thiết:

( )

y

c f w c

w s

f

f h b b f

ab A

' 1

' 0,8585

50

350

50 70 70

Hình 10 Sơ đồ bố trí cốt thép chủ tại mặt cắt giữa dầm

*Kiểm tra lại tiết diện:

- Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép

0,85 18, 250,85 0,85 2,8 40 18, 41 93

61, 2

0,0192 0,03 0, 0023192,65

4 VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớn nhất sẽ lầnlượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen Tại mỗi vị trí tiết diện có số thanh thépcắt bớt đi, phải luôn đảm bảo điều kiện: M r ≥M u

Số thanh thép cắt bớt đi luôn đảm bảo tính đối xứng và phù hợp với yêu cầu cấu tạo Có

ít nhất 1/3 số thanh cốt thép chủ được kéo về neo ở gối Không được cắt hoặc uốn cốt thép ở góccốt thép đai Không được cắt 2 thanh cạnh nhau trên cùng mặt cắt

Tại mỗi mặt cắt phải xác định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều cao khốiứng suất tương đương và mômen kháng tính toán tại tiết diện có cắt thép

Do đó ta có bảng sau:

Lần cắt 1, (B-B)

110

Lần cắt 2, (C-C)

Vị trí mặt cắt

Số thanh thép còn

M kNm

0 Giữa dầm,cách gối 7,5m 12 1936,03 1652,794

1 Cách gối 6,88m 10 1675,258 1517,067

*Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen:

- Lượng cốt thép tối thiểu phải thỏa mãn:

2 3

-Tìm vị trí mà Mu=1.2Mcr và Mu=0.9Mcr Để tìm được các vị trí này ta xác định khoảng cách

x1,x2 nội suy tung độ của biểu đồ momen ban đầu

Mu=1,2Mcr= 1,2×220,676=264,81(kNm)⇒x2=780 (mm)

⇒

BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI ĐÃ HIỆU CHỈNH

Với Act =54,62 (cm2) là diện tích cần thiết khi tính toán.

- Biểu thức kiểm toán:φ.Vn>Vu

Vn:Sức kháng cắt danh định, được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của:Vn=Vc+Vs

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

+θ: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo

+ β, θ:đựoc xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng

+α: Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc , α =900

+φ: Hệ só sức kháng cắt, với bêtông thường, φ=0.9

+Av: Di ện t ích c ốt th ép b ị c ắt trong c ự ly s (mm)

+Vs: Khả năng chịu lực cắt của cốt thép(N)

+Vc: Khả năng chịu lực cắt của bêtông(N)

` d e (mm) a(mm) 0.9 d e d e -a/2 0.72h d v (mm)

u v

x

M

V g d

Es As

θε

+

Bứơc 5: Tính bước cốt đai s(mm)

Trong đó:Av:diện tích cốt đai trong cự li s(mm2)

fy:là giới hạn chảy quy định của cốt thép đai(MPA)

-Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Điều kiện kiểm tra : Av>Avmin

c v v

f b d thì s≤0.4dv

Kếtluận361,014 476,612 837 2570400 1,587 467492,88 469949,469 Đạt366,449 477,261 849,6 2142000 1,834 466335,53 545401,423 Đạt382,796 479,213 887,5 1713600 1,789 462939,72 538948,616 Đạt

Tóm lại: Cốt thép đai được bố trí như sau:

- Từ gối đến vị trí gần nhất (vị trí 1) ta bố trí với bước cốt đai s=160 (mm)

- Từ vị trí cắt 1 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 2) ta bố trí bước cốt đai s=190(mm)

- Từ vị trí cắt 2 đến giữa nhịp ta bố trí bước cốt đai s=200(mm)

VI:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT:

-Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bêtông có thể bị nứt hay không.Vì thế để tínhtoán kiểm toán nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

-Để tính toán xem mặt cắt có bị nưt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang

là tuyến tính và ứng suất kéo fc của bêtông

Mặt cắt ngang tính toán

Bước 1: Kiểm tra tiết diện ở giữa dầm có bị nứt hay không.

-Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

2 3

3840284,372

1652,794 10

57,95 10 4,9410

Bứoc 2: Kiểm tra bề rộng vết nứt.

- Điều kiện kiểm tra: fs<fsa

+A:Diện tích phần bêtông có trọng tâm với cốt thép chịu kéo và được bao bởi

Các mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà chia số lượng thanh.Bằng cách

*Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép

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

Es=2x105Mpa

Ec=0,043.γc1,5 =0,043x26001,5 x 28 =30165,289 (Mpa)-Tỷ lệ môđun đàn hồi giữa cốt thép và bêtông:

Giải ra được y=88,27(cm)

-Tính ứng suất trong cốt thép :ƒs=n (y-d1)

Ma:Mômen tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (Ma=1757,63KN.m)

-Tính mômen quán tính của tiết diện khi đã bị nứt:

2 w

1652,794.10

1

7 (882, 7 120) 226, 21( )

2585766,552 0 − = MPa

fs=226,21 (MPa)< fsa=312 (MPa)⇒thoả mãn

VII.TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI GÂY RA:

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

48EI

-Thay số vào ta có:

236.19 184,9 1056, 25.19 10724, 2.19 26810,5

E=Ec=31798,93 (Mpa).Môđun đàn hồi của bêtông

- Xác định mômen quán tính hữư hiệu I

I=min{Ig;Ie}

+Mômen quán tính tiết diện nguyên

2 3

2 3

Độ võng do tải trọng làn:

yL= =

4

55.(0, 65.0,0093).19

2,1.10 ( ) 0,021( )384.31789,93.0,337 m mm