Thiết kế công nghệ sản xuất dầm cầu, cột nhà BTCT (thuyết minh+bản vẽ)

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦM CẦU CHẠY VÀ CỘT NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG BÊTÔNG CỐT THÉP ĐÚC SẴN CÔNG SUẤT 20000 M3 BÊTÔNGNĂM TỔNG QUAN KẾT CẤU KHO CHỨA VẬT LIỆU TRẠM TRỘN XƯỞNG THÉP XƯỞNG TẠO HÌNH

Chương 2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU SẢN PHẨM 2.1 NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN [1]

Tính toán khung ngang nhà công nghiệp một tầng ba nhịp đều nhau L=24 mét, bước cột a=6m, cao trình ray R=8 mét, ở mỗi nhịp có 2 cầu trục chạy điện, chế độ làm việc trung bình, cầu trục có sức trục Q=20 T

2.2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỘT MỘT VAI VÀ CỘT HAI VAI

2.2.1 Lựa chọn kích thước các cấu kiện [1]

2.2.1.1 Chọn kết cấu mái

Với nhịp L=24 m, chọn kết cấu mang lực mái là dàn mái, chiều cao giữa dàn là 3.2 m

Chọn cửa mái chỉ đặt ở nhịp giữa, rộng 12 m, cao 4 m

2.2.1.2 Chọn dầm cầu trục

Với bước cột a=6m, sức trục 20T, chọn dầm cầu trục theo thiết kế định hình có

1000 ; 200 ; f 570 ; f 120

2.2.1.3 Xác định các kích thước chiều cao nhà

Cao trình vai cột

 r dcc 8 0.15 1 6.85

V  R H H     m

Trong đó: R-cao trình ray, R=8 m

Hr-chiều cao ray và các lớp đệm, Hr=0.15 m

Hdcc- chiều cao dầm cầu trục, Hdcc=1 m Cao trình đỉnh cột

1 8 2.4 0.15 10.55

cc

D R H   a   m

Trong đó: Hcc-khoảng cách từ đỉnh ray đến mặt trên xe con, H cc =2.4 m

a1- khoảng cách từ mặt xe con đến mép dưới kết cấu mái

chịu lực, a 1 =0.15 m, đảm bảo a1>0.1 m Cao trình đỉnh mái nhịp không có cửa mái

MDht 10.553.20.5114.26 m

Cao trình đỉnh mái nhịp có cửa mái

m

t h h D

M   cm  105532400511826

Trong đó: h-chiều cao kết câùu mang lực mái, h=3.2m

hcm-chiều cao cửa mái, hcm=4.0 m

2.2.1.4 Kích thước cột

- Chiều dài phần cột trên H t DV 10.556.853.7m

- Chiều dài phần cột dưới H d V a2 6.850.57.35m

- Chiều dài toàn cột H H tH d 3.7 7.35 11.05  m

- Tổng chiều dài cột H c Ha3 11.05 0.8 11.85  m

Trong đó: a2 là khoảng cách từ mặt nền đến mặt móng, chọn a2=0.5 m

a3 là chiều cao đoạn cột chôn vào móng,chọn a3=0.8 m

- Bề rộng cột b=40 cm

- Cột biên chọn h t 40cm , h d 60cm

- Cột giữa chọn h t 60cm , h d 80cm

- Kích thước vai cột chọn h v 60cm, khoảng cách từ trục định vị đến mép vai là 100 cm, góc nghiêng 450

2.2.2 Xác định tải trọng

2.2.2.1 Tĩnh tải mái

Hình2.1:Cấu tạo mái nhà

Bảng 2.1: Cấu tạo và tải trọng của các lớp mái [1]

/

KN m

Hệ số vượt tải

TT tính toán

2/

4 Lớp panel 6x15m, trọng lượng một tấm

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dàn mái nhịp 24m là 96 KN, n=1.1

1 96 1.1 105.6 KN

G   Trọng lượng khung cửa mái rộng 12m lấy 28 KN, n=1.1

Các lực G m1 ; G m2 đặt cách trục định vị 0.15m

2.2.2.2 Tĩnh tải do dầm cầu trục

2.2.2.3 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân cột

Cột biên:

20.6 1

Cột giữa:

2 *20.6 1.2

2.2.2.4 Hoạt tải mái [1]

Trị số hoạt tải mái tiêu chuẩn lấy 0.75 2

2.2.2.5 Hoạt tải cầu trục

2.2.2.5.1 Hoạt tải đứng do cầu trục

Aùp lực tiêu chuẩn lớn nhất lên mỗi bánh xe cầu trục Pmaxc 220KN [1]

Hình 2.2: Sơ đồ xác định Dmax [1]

Aùp lực thẳng đứng lớn nhất do hai cầu trục đứng cạnh nhau truyền lên vai cột:



 max c i

D 1.1 220  1 0.267 0.683 471.9 KN

Trong đó:

i

y là tung độ của đường ảnh hưởng tại vị trí các áp lực tập trung P max c

68306

141

26706

6

1

3 2

2.2.2.6 Hoạt tải gió

Tải trọng gió tính toán tác dụng lên mỗi mét vuông bề mặt thẳng đứng của công trình là W nW0kC

Trong đó :

 W0: áp lực gió ở cao độ 10m, theo TCVN 2737-1995 thì Long An thuộc

0

W 95 kg/m 0.95KN m/

 k: hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao phụ thuộc vào dạng địa hình Hệ số k xác định ở hai mức cho dạng địa hình A như sau:

 Mức ở đỉnh cột, cao trình +10.55m có k=1.1866

 Mức ở đỉnh mái, cao trình +18.26m có k=1.2726

 C: hệ số khí động, C=+0.8 đối với phía gió đẩy và C =-0.6 đối với phía hút

 n: hệ số vượt tải, n=1.2

Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang từ đỉnh cột trở xuống lấy là phân bố đều:

a C k W n a W

Phía đẩy: p d 1.2 0.95 1.1866 0.8 6    6.49 KN m/

Phía hút: p h 1.2 0.95 1.1866 0.6 6    4.87 KN m/

Với k lấy bằng trị trung bình k=0.5(1.1866+1.2726)=1.2296

SnkW aC h     C h  C h

2 8.41 0.4 1.2 0.6 4 0.5 1.4 0.5 2.2 0.5 2.2 0.6 2 40.2 KN



2.2.3 Xác định nội lực

Quy định chiều dương của nội lực theo hình 2.4

Hình 2.4: Quy định chiều dương của nội lực

Q

N M

1 8.41 0.8 2 0.08 2.2 0.5 2.2 0.5 1.4 0.7 4 0.246 1.2 36.41 KN



2.2.3.1 Các đặc trưng hình học

H t H I

IV IVA

IIIIIIII II

II

IVIVB

I

IIIII

I

IIIII

Hình 2.5:Sơ đồ tính và biểu đồ mômen ở cột biên

và cột giữa do tĩnh tải mái

Độ lệch trục giữa phần cột trên và cột dưới là h h  . m

2

4060

IV IV

II III

B

IV IV

III II II III

I I

2.2.3.3.2 Cột trục B

Tải trọng đối xứng qua trục cột (hình 2.6)

2.2.3.4 Tổng nội lực do tĩnh tải

Cột A

N

Cột B Hình 2.7: Tổng nội lực do tĩnh tải

2.2.3.5 Nội lực do hoạt tải mái

2.2.3.5.1 Cột trục A

Sơ đồ tính như khi tính giống như khi tính với G , nội lực xác định bằng cách m1

nhân nội lực do G gây ra với tỷ số: m1 7025008 014

Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên nhịp phía bên trái và phía bên phải

của cột Lực P m2 đặt ở bên phải gây ra mômen đặt ở đỉnh cột

M P  e   KN

Mômen và lực cắt trong cột do mômen này gây ra được xác định bằng cách

nhân mômen do tĩnh tải G m gây ra với tỷ số M P /M G =1.053/0.773=1.362

Do P m1 = P m2 nên nội lực do P m1 gây ra được suy ra từ nội lực do P m2 gây ra

bằng cách đổi dấu mômen và lực cắt, còn lực dọc giữ nguyên Biểu đồ mômen cho trên hình 2.8 b,c

Hình 2.8: Nội lực do hoạt tải mái a) ở cột biên; b) ở bên phải cột giữa;

c) ở bên trái cột giữa

2.2.3.6 Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục

2.2.3.6.1 Cột trục A

Sơ đồ tính giống như tính với tĩnh tải dầm cầu trục G d, nội lực được xác định

bằng cách nhân nội lực do G d gây ra với tỷ số:

412861519

.

G

D

d

2.2.3.6.2 Cột trục B

Tính riêng tác dụng của hoạt tải đặt lên vai cột phía trái và phía phải của cột

Lực D max gây ra mômen đối với phần cột dưới đặt ở vai cột:

Trường hợp đặt lực bên phía phải:

Trường hợp D max đặt ở bên trái thì các giá trị của mômen và lực cắt ở trên sẽ có dấu ngược lại

III

II III II

a)

I I

Hình 2.9: Nội lực do hoạt tải đứng của cầu trục a) ở cột biên;

b) ở bên phải cột giữa; c) ở bên trái cột giữa

2.2.3.7 Nội lực do lực hãm ngang của cầu trục

A

IVIV

B

II

III

IIIIIII

II

III

II

IIIII

Hình 2.10: Sơ đồ tính và nội lực do lực hãm ngang của cầu trục

Lực T max đặt cách đỉnh cột một đoạn y=2.7m, có y/H t =2.7/3.7=0.73

 

k

t T

R max





11

Hình 2.11: Hệ cơ bản khi tính khung với tải trọng gió

Phương trình chính tắc: rR g 0 trong đó Rg phản lực liên kết trong hệ

cơ bản

2 1 4

R

R g    Khi gió thổi từ trái sang phải thì R1 và R4 được xác định theo sơ đồ hình 2.12

0.649

h h

g R

2.2.4 Tổng hợp nội lực

Nội lực trong các tiết diện cột được sắp xếp và tổ hợp lại trong phụ lục 1 Trong tổ hợp cơ bản 1 chỉ đưa vào một loại hoạt tải ngắn hạn, trong tổ hợp cơ bản 2 đưa vào ít nhất hai loại hoạt tải ngắn hạn với hệ số tổ hợp 0.9 Ngoài ra, theo điều 5.16 của TCVN 2737-1995 khi xét tác dụng của hai cầu trục thì nội lực của nó phải nhân với 0.85

2.2.5 Chọn vật liệu [2]

2.2.6 Tính thép cho cột một vai và cột hai vai

2.2.6.1 Tính thép cho cột một vai

2.2.6.1.1 Phần cột trên

 Chiều dài tính toán l 0 2 5 H2 5370925 cm, giả thiết

cm 4 a

a ,  ; h 0 40436 cm

 Nội lực chọn từ phụ lục 1 và được ghi chi tiết trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Nội lực nguy hiểm ở phần trên cột một vai

Kí hiệu cặp

nội lực

Kí hiệu ở phụ luc 1

M (KNm)

N (KN)

Nl (KN)

22 h

11 0 S

cr

N N

517.1 49.73 0.409 17 40 36

0

280 32

R b s

sc

Ne R bh A

1.02 1.01

0.1%

1.02

    (sai số nhỏ) , không cần tính lại

Chọn cốt thép

 Kiểm tra với cặp 1,3 thỏa mãn

2.2.6.1.2 Phần cột dưới

 l 0 1 5 H1 57351102 5 cm

Giả thiết aa , 4 cm;h 0 60456 cm

 Nội lực chọn từ phụ lục 1 và được ghi chi tiết trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Nội lực nguy hiểm ở phần dưới cột một vai

Kí hiệu cặp

nội lực

Kí hiệu ở phụ lục 1

M (KNm)

N (KN)

Nl (KN)

0.5 625.2 92.47 56 4.595

17.63280*52

min 0

Chọn cốt thép ' 2

: 2 25 2 22d  d A s A s 17.42cm

 Kiểm tra với cặp 2,3 thỏa mãn

2.2.6.1.3 Kiểm tra khả năng chịu cắt [2]

Phần cột dưới lực cắt lớn nhất được xác định từ bảng tổ hợp nội lực 2.3 max 71.61

Q  KN Ta có b3R bh bt 0 0.6*1.2*40*56 161.28 KN Vậy Q<b3R bh bt 0 Bêtông đủ khả năng chịu cắt Cốt đai đặt theo cấu tạo(d8 , s=30cm)

2.2.6.1.4 Tính vai cột

Hình 2.14: Sơ đồ tính vai cột biên

Chiều cao làm việc h 0 =96cm, bề dài vai L v =40cm, có L v <0.9h 0 =86.4cm Tính

vai cột kiểu dầm côngxon ngắn

Lực tác dụng lên vai: PDmaxG d 471.9 56.1 528  KN

 Tính cốt dọc:

Momen uốn tại tiết diện mép cột : M Pa v528*0.1579.2KNm

Tính cốt thép với momen tăng 25%: M=1.25*79.2=99KNm

99

3.72280*0.991*96

 Tính cốt đai và cốt xiên:

Vì P=528KN > R bt bh 0 =1.2*40*96=460.8KN và h=100cm > 2.5a v =2.5*15=37.5

cm nên trong vai cột dùng cốt xiên và cốt đai ngang

Cốt đai chọn d8, s=15cm

Diện tích cốt xiên cắt qua nữa trên đoạn L x =101cm không bé hơn 0.002bh 0 =7.68cm 2 Chọn 4d18 đặt thành hai lớp, mỗi lớp hai thanh

2.2.6.1.5 Kiểm tra chuyên chở cẩu lắp [1]

M=45.7 M=41.07

M=18 M=15.7

Hình 2.15: Hai sơ đồ tính chuyên chở và cẩu lắp cột biên

Qua tính toán kiểm tra các tiết diện đều đủ khả năng chịu lực đảm bảo cột không bị phá hoại trong quá trình vận chuyển, cẩu lắp

2.2.6.2 Tính thép cho cột hai vai

2.2.6.2.1 Phần cột trên

 Nội lực chọn từ phụ lục 2 và được ghi chi tiết trong bảng 2.4

1 6 /

g  KN m g2 9KN m/

Bảng 2.4: Nội lực nguy hiểm ở phần trên cột hai vai

Kí hiệu cặp

nội lực

Kí hiệu ở phụ lục 2

M (KNm)

N (KN)

01

e (m)

0

e (m)

Ml (KNm)

Nl (KN)

cm 925 370 5 2 H 5 2

l 0  t    Giả thiết aa , 4 cm; h 0 60456 cm

Sau khi tính toán và kiểm tra ta có được cốt thép phần cột trên như sau:

Chọn cốt thép mỗi bên gồm 2 18 2 20d  d với ' 2

h 0   

 Nội lực chọn từ phụ lục 2 và được ghi chi tiết trong bảng 2.5

Bảng 2.5: Nội lực nguy hiểm ở phần dưới cột một vai

Kí hiệu cặp

nội lực

Kí hiệu ở phụ lục 2

M (KNm)

N (KN)

Nl (KN)

2.2.6.2.3 Tính toán cột hai vai theo các điều kiện khác

Chọn cốt đai d8, s= 30cm, thỏa mãn các điều kiện kiểm tra

Vì P=528KN <R bt bh 0 =1.2*40*116=557KN nên trong vai cột dùng cốt xiên và

cốt đai ngang đặt theo cấu tạo

Cốt đai : Chọn d8, s=15cm

Cốt xiên: Chọn 4 18d đặt thành hai lớp

Hình 2.16: Sơ đồ tính vai cột của cột hai vai

2.2.6.2.5 Kiểm tra chuyên chở cẩu lắp

Tiến hành tính toán và kiểm tra tương tự như đối với cột biên

2.3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM CẦU CHẠY

2.3.1 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm

Bảng 2.6: Các thông số cầu trục [1]

 Tải trọng tiêu chuẩn:

 Trọng lượng bản thân dầm tính thành lực phân bố đều

6.11 / 6

d

 Trọng lượng ray và các lớp đệm, liên kết tính thành lực phân bố đều

1 1.5 /

G  KN m

6.11 1.5 7.61 /

c

 Tải trọng tính toán:

Hệ số vượt tải theo TCVN 2737-1995, n=1.1

 Tải trọng dài hạn: G7.61*1.1 8.371 KN / m

 Tải trọng cầu trục:Pmax 220*1.1242KN

2.3.2 Tính toán kết cấu dầm cầu chạy nhịp 6 mét

533.76 KNm

Hình 2.17: Biểu đồ mômen 267.11 KN

267.11 KN

249.95 KN

249.95 KN

Hình 2.18: Biểu đồ lực cắt

2.3.3 Xác định diện tích cốt thép cho dầm [2]

2.3.3.1 Tính toán theo tiết diện thẳng góc

Chọn a7 cm, h0 100 7 93cm

Ta có

' ' '

0 17 *57 *12*87 1012 2

f

f b f f

h

Vậy Mmax 533.76KmM f 1012Km Trục trung hoà qua cánh Tính theo tiết diện chữ nhật với tiết diện bxh57 100x

2 2 0

b s

2.3.3.2 Tính toán theo tiết diện nghiêng

Kiểm tra các điều kiện về lực cắt Qmax 267.11KNđối với tiết diện 20x100cm

116267.11

ct

cm s

175*1.005

20

sw sw sw

=> Cốt đai và bêtông đủ khả năng chịu cắt, không cần tính cốt xiên

 Kiểm tra cẩu lắp và vận chuyển

Trọng lượng một mét dài dầm là : 6.11 KN/m

37.45 KNm 4.40KNm

Hình 2.19 Sơ đồ tính kiểm tra cẩu lắp dầm 6mét

Kiểm tra dầm đủ khả năng chịu lực khi cẩu lắp và vận chuyển