Bản vẽ autocad công nghệ sản xuất ống thoát nước BTCT

Thiết kế công nghệ sản xuất ống thoát nước bê tông cốt thép thường và cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước đúc sẵn, bằng phương pháp quay ly tâm, phục vụ các công trình xây dựng và đường giao thông trên địa bàn tỉnh Tiền Giang cũng như các vùng lân cận

Thiết kế công nghệ sản xuất ống thoát nước bê tông cốt thép thường và cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước đúc sẵn, bằng phương pháp quay ly tâm, phục

vụ các công trình xây dựng và đường giao thông trên địa bàn tỉnh Tiền Giang cũng như các vùng lân cận

Chương 3:

GIỚI THIỆU SẢN PHẨM &

PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

2.1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM:

Các cấu kiện nhà máy sẽ sản xuất là: cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước,

cống tròn bê tông cốt thép thường Cơ sở để lựa chọn 2 sản phẩm trên để sản xuất là:

2.1.1 Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước:

 Cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước là một loại cọc được sản xuất theo dâychuyền công nghệ hiện đại và tiên tiến, được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâmvới tốc độ cao trong nhiều giai đoạn khác nhau, làm cho cấu trúc của bê tông đặc sít

và đạt chất lượng cao Bê tông dùng để sản suất cọc ống là loại bê tông nặng, cường

độ cao có sử dụng phụ gia làm tăng cường độ, giảm nước và thúc đẩy nhanh quátrình đông kết Ngoài ra, cốt thép sử dụng trong cọc ống là loại thép cuộn có cường

độ cao (cáp) và được căng trước làm tăng thêm khả năng chịu tải cho cọc

 Các loại cọc sẽ sản xuất: tất nhiên nhà máy sẽ sản xuất nhiều loại cọc có đườngkính khác nhau tuỳ theo yêu cầu của khách hàng Tuy nhiên trong này chỉ giới hạn 2loại cọc: 300 và 400

2.1.2 Cống tròn bê tông cốt thép thường:

 Cống tròn đang được tiêu thụ mạnh trong thời gian gần đây Cũng như cọc cốngtròn bê tông cốt thép thường là loại cống được sản xuất theo dây chuyền công nghệtiên tiến, được tạo hình bằng phương pháp quay ly tâm với tốc độ cao trong nhiềugiai đoạn khác nhau, làm cho cấu trúc của bê tông đặc sít và đạt chất lượng Bê tôngdùng để sản suất ống cống là loại bê tông nặng Ngoài ra, cốt thép sử dụng trong ốngcống là loại thép thường, vì đa số hệ thống cống được đặt trên vỉa hè nên không cầndùng thép có cường độ cao

 Các loại cống tròn sẽ sản xuất: cũng như cọc nhà máy sẽ sản xuất nhiều loại cốngtròn có đường kính khác nhau tuỳ theo yêu cầu của khách hàng Tuy nhiên trong nàychỉ giới hạn 2 loại cống tròn: 600 và 1000

3

2.2 GIỚI THIỆU BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC:

2.2.1 Định nghĩa bê tông cốt thép ứng suất trước:

Xét trường hợp dầm 1 nhịp Theo sơ đồ ta đặt vào dầm lực nén trước N và tải trọng

sử dụng P Dưới tác dụng của lực nén N, ở vùng dưới của dầm xuất hiện ứng suất nén.Ưng suất nén trước này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng Pgây ra Để cho dầm không bị nứt, ứng suất tổng cộng trong vùng dưới không được vượtquá cường độ chịu kéo Rk của bê tông Để tạo ra lực nén trước N người ta căng cốt théprồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo Nhờ tính chất đàn hồi cốt thép

có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước N Như vậy trước khi chịu tải trọng sửdụng P cốt thép bị căng trước còn bê tông bị nén trước

N N

P P

L L

 Bê tông cốt thép ứng suất trước có khả năng chống nứt cao hơn, có khả năngchống thấm tốt hơn Vì dùng bê tông cốt thép ứng suất trước, người ta có thể tạo

ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bê tông chịu kéo hoặc hạnchế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải trọng sử dụng.

 Bê tông cốt thép ứng suất trước làm cho cấu kiện có độ cứng lớn hơn, do đó

độ võng và biến dạng bé hơn Nhờ có độ cứng lớn nên kết cấu bê tông cốt thépứng suất trước có tiết diện ngang thanh mảnh hơn so với cấu kiện bê tông cốt thépthường

2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật về bê tông và cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép

ứng suất trước :

2.2.3.1 Yêu cầu về bê tông và vữa:

 Bê tông dùng trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước là bê tông nặng cómác lớn hơn hoặc bằng 200 Việc lựa chọn mác bê tông phụ thuộc vào dạng, loại vàđường kính của cốt thép căng, cũng như phụ thuộc vào việc có dùng neo hay khôngneo Ví dụ nếu dùng cốt thép căng có đường kính không lớn hơn 5 thì mác bê tôngthiết kế không được nhỏ hơn 250, còn nếu dùng cốt thép căng có đường kính khôngnhỏ hơn 6 thì mác bê tông thiết kế không được nhỏ hơn 400 Ngoài ra việc lựachọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ mà nó cần phải có khi bắt đầu gâyứng lực trước, phụ thuộc vào loại tải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường vớikết cấu nhịp lớn như dầm, dàn nên dùng bê tông mác 400 hoặc 500

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện lắp ghép, để làm lớpbảo vệ cốt thép và bảo vệ các neo, phải có mác từ 150 trở lên Vữa dùng để bơm vàocác ống rãnh phải có mác không nhỏ hơn 300 và phải dễ chảy, ít co ngót

2.2.3.2 Yêu cầu về cốt thép ứng lực trước:

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước cần dùng thép cường độ cao, vìtrong quá trính chế tạo và sử dụng một phần ứng suất căng ban đầu bị mất đi Tốtnhất là dùng sợi thép có cường độ cao Ngoài ra có thể dùng cốt thép thanh có gờ từnhóm thép cán nóng loại A-IV và loại gia công nhiệt AT-IV trở lên

 Trong phương pháp căng trước, không được dùng sợi thép tròn không có gờ làmcốt thép ứng lực trước, vì thép không gờ sẽ làm giảm lực dính giữa bê tông và cốtthép. 

2.3 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP QUAY LY TÂM:

Để tạo hình có nhiều phương pháp như: đầm rung, quay ly tâm Trong đó quay lytâm được xem là phương pháp thích hợp đối với các cấu kiện tròn

 Trong phương pháp tạo hình bằng cách quay ly tâm, ta rải đều bê tông lên khuôn

đã đặt lồng thép, sau đó đậy nắp khuôn lại và đầm chặt bằng lực quay ly tâm quántính Q Lực Q này xuất hiện khi tốc độ quay của khuôn đủ lớn Trị số lực Q tỉ lệthuận với khối lượng m của phần tử quay quanh bán kính r

Q= r m2

Trong đó:

r: là bán kính của phần tử có khối lượng m(m)

 : là vận tốc góc

m: là khối lượng của phần tử m (kG)

 Lực ly tâm khi quay phải lớn hơn hoặc bằng trọng lượng P của phần tử (m), đểkhối bê tông không bị đổ nhào và để lèn chặt hỗn hợp bê tông trong khuôn Lực P làlực trọng trường của phần tử bê tông có khối lượng m trong khuôn, được tính nhưsau:

 Các giả thiết để tính toán:

 Cống tròn bê tông cốt thép thuộc loại cống tròn cứng , khi tính toán khôngtính đến biến dạng bản thân cống

 Chiều sâu chôn cống có ảnh hưởng nhất định đến việc tính toán nội lực Do

đó phải chôn cống ở độ sâu thấp nhất có thể

 Trong các đốt cống cứng, ảnh hưởng của lực dọc trục đối với ứng suất tínhtoán rất nhỏ (< 9,5%), nên khi tính toán có thể bỏ qua ứng suất dọc trục

 Vật liệu:

 Bê tông mác: 300

 Cường độ chịu nén hay uốn của bê tông cốt thép: Ru = 130 (kG/cm2)

 Cốt thép loại: AI có cường độ chịu kéo Ra = 2100 (kG/cm2) Được sử dụngtheo tiêu chuẩn Việt Nam 628–1997 Thép chủ được bố trí thành các vòng trònđồng tâm quấn liên tục Thép dọc được bố trí theo cấu tạo

 Tải trọng thiết kế:

 Thiết kế với tải trọng ô tô H30

 Kiểm toán với xe có tải trọng đặc biệt XB80

 Hệ số vượt tải:

 Hệ số vượt tải của áp lực đất: nđ = 1,2

 Hệ số vượt tải của trọng lượng bản thân cống: nc = 1,1

 Hệ số vượt tải của hoạt tải ô tô H30: nH30 = 1,4

 Hệ số vượt tải của hoạt tải xe đặc biệt XB80: nXB80 = 1,1 

3.1.1.1 Các số liệu để thiết kế:

 Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 372–2006 Chọn cống thiết kế là:

4

cống

F (mm)

Chiềudài hiệudụng

Lo (mm)

Chiều dàitổng L(mm)

 Các đặc trưng của cống 600, của đất và của bê tông:

 Đường kính trong của cống: 600 (mm)

 Chiều dày thành cống, theo TCXDVN 372–2006, chọn t = 70 (mm)

 Trọng lượng riêng của bê tông: gb = 2,5 (T/m3)

 Chọn độ sâu chôn cống hay chiều cao đất đắp: H = 0,75 (m)

 Theo môn học “CôngTtrình Giao Thông”, độ sâu chôn cống phải lớn hơn hoặc

bằng 0,5m để cống không bị phá hoại dưới tác dụng của ngoại lực

 Theo giáo trình “Tính Toán Thiết Kế Các Công Trình Trong Hệ Thống Cấp, Thoát Nước“ của PTS Trịnh Xuân Lai thì độ sâu chôn cống phải thấp nhất có thể.

Hình 4.1: Đặt ống thoát nước F 600 trong lòng đất

 Như vậy áp lực của đất tác dụng lên cống được tính như sau:

 Ap lực tiêu chuẩn của đất: qñtc

qñtc= 

oH = 2,20,75 = 1,65 (T/m2) Trong đó :

o = 2,2 (T/m3): trọng lượng riêng của đất đắp

H = 0,75 (m): độ sâu chôn cống hay chiều cao lớp đất đắp

 Ap lực tính toán của đất: qñtt

qñtt= n

đ×qñtc= 1,2×1,65 = 1,98 (T/m2) Với nđ = 1,2: hệ số vượt tải của đất đắp trên cống

3.1.1.2.2࠙ q Áp lực thẳng đứng do tải trọng xe chạy gây ra:

Theo qui định chiều cao đất đắp trên cống không nhỏ hơn 0,5m , vì vậy không xétđến lực xung kích

 Ap lực do ô tô H30 gây ra:

 Chiều rộng phân bố tải trọng của ô tô H30:





= 7,68 (T/m2) Trong đó:

G= 6 (T): tải trọng của một bánh xe H30

 Tải trọng phân bố (tính toán) của ô tô H30:

30 H tt

H30×pHtc30

= 1,4×7,68 = 10,75 (T/m2)

Với nH30 = 1,4: hệ số vượt tải của ô tô H30

 Ap lực do xe đặc biệt XB80 gây ra:

 Chiều rộng phân bố tải trọng của xe đặc biệt XB80:

Với nXB80 = 1,1: hệ số vượt tải của xe đặc biệt XB80.

3.1.1.2.3࠙ q Áp lực do trọng lượng bản thân cống gây ra (  600) :

 Ap lực tiêu chuẩn bản thân cống (bt):

bt tc

g = 

b ×t = 2,5×0,07 = 0,175 (T/m2) Trong đó :

b = 2,5 (T/m3): trọng lượng riêng của bê tông cốt thép

t = 0,07 (m): bề dày của thành cống 600

 Ap lực tính toán của bản thân cống (bt):

bt tt

g = n

c×gbttc= 1,1×0,175 = 0,1925 (T/m2)Với nc = 1,1: hệ số vượt tải của trọng lượng bản thân cống

Việc tính toán nội lực phụ thuộc vào sự lớn hay nhỏ của ngoại lực và sơ đồ phân

bố ngoại lực Do ảnh hưởng của ứng suất dọc trục nhỏ nên ta chỉ cần tính toán vớimoment

được tính theo công thức:

M1 = M2 = M3 = 0,137(q + p)(1 - )R2

Trong đó:

 M1 ; M2 ; M3 : moment do áp lực đất + do áp lực xe gây ra tại các vị trí 1;2; 3 trên cống

 q , p : các đại lượng đã tính ở trên

  : hệ số sức kháng đàn hồi của đất, với cống cứng ta lấy bằng áp lực hôngcủa đất:

 = tg2(45o – 2

 ) = tg2(45o – 2

0 

= 0,335 (m)

Hình 4.2: Sự phân bố áp lực đất và áp lực do hoạt tải xe trên cống

 Moment do áp lực đất + hoạt tải ô tô H30 tác dụng lên cống (600):

 Moment tiêu chuẩn do: áp lực đất (qñtc) + áp lực xe H30 ( H 30

M 

=

H30 ñ tc 2,

M 

=

H30 ñ tc 3,

M 

=

H30 ñ tt 2,

M 

=

H30 ñ tt 3,

M 

= 0,1305 (Tm)

 Moment do áp lực đất + hoạt tải xe đặc biệt XB80 tác dụng lên cống:

 Moment tiêu chuẩn do: áp lực đất (qñtc) + áp lực xe XB80 ( XB 0

tc

p ) gây ra tạicác vị trí 1; 2; 3 trên cống đều bằng nhau:

XB80 ñ tc 1,

M 

=

XB0 ñ tc 2,

M 

=

XB80 ñ tc 3,

M 

= 0,1324 (Tm)

 Moment tính toán do: áp lực đất (qñtt) + áp lực xe XB80 ( XB 0

tt

p ) gây ra tạicác vị trí 1; 2; 3 trên cống:

XB80 ñ tt 1,

M 

=

XB0 ñ tt 2,

M 

=

XB80 ñ tt 3,

M

= 0,304×gbttc×R2 = 0,304×0,175×0,3352 = 0,006 (Tm)

 Moment tính toán do bản thân cống gây ra tại vị trí 1:

bt tt 1,

M

= 0,337×gbttc×R2 = 0,337×0,175×0,3352 = 0,0066 (Tm)

 Moment tính toán do bản thân (bt) cống gây ra tại vị trí 2:

bt tt 2,

M

= 0,369×gtcbt×R2 = 0,369×0,175×0,3352 = 0,0072 (Tm)

 Moment tính toán do bản thân (bt) cống gây ra tại vị trí 3:

bt tt 3,

M

= 0,369×gttbt×R2 = 0,369×0,1925×0,3352 = 0,008 (Tm)

 Tổ hợp moment khi hoạt tải tác dụng lên cống là ô tô H30:

 Tổ hợp moment tiêu chuẩn:

 Trường hợp 1:

M tc

=

H30 ñ tc

M 

+

bt tc 1,

M = 0,0957 + 0,006 = 0,1017 (Tm) Trong đó:

+ Mtc 

: moment tổng hợp tiêu chuẩn khi hoạt tải là xe H30

+

H30 ñ tc

M

;

bt tc 2,

M

;

bt tc 3,

M: moment tiêu chuẩn do trọng lượng bản thâncống gây ra tại các vị trí 1; 2; 3 trên cống

 Trường hợp 2:

M tc

=

H30 ñ tc

M 

+

bt tc 2,

M = 0,0957 + 0,0066 = 0,1023 (Tm)

 Trường hợp 3:

M tc

=

H30 ñ tc

M 

+

bt tc 3,

M = 0,0957 + 0,0072 = 0,1029 (Tm)  Từ 3 trường hợp trên ta thấy moment tiêu chuẩn max khi hoạt tải là ô tô H30 được xác định như sau:

M 

+

bt tt 1,

M = 0,1305 + 0,0066 = 0,1371 (Tm)

;

bt tt 2,

M

;

bt tt 3,

M: moment tính toán do trọng lượng bản thân cốnggây ra tại các vị trí 1; 2; 3 trên cống

 Trường hợp 2:

Mtt 

=

H30 ñ tt

M 

+

bt tt 2,

M = 0,1305 + 0,0073 = 0,1378 (Tm)

 Trường hợp 3:

Mtt 

=

H30 ñ tt

M 

+

bt tt 3,

M = 0,1305 + 0,008 = 0,1385 (Tm)

 Từ 3 trường hợp trên ta thấy moment tính toán max khi hoạt tải là ô tô H30, được xác định như sau:

Mtt 

= max (0,1371; 0,1378; 0,1385) = 0,1385 (Tm)

 Tổ hợp nội lực khi hoạt tải tác dụng lên cống là xe đặc biệt XB80:

 Tổ hợp moment tiêu chuẩn:

 Trường hợp 1:

Mtc 

=

XB30 ñ tc

M 

+

bt tc 1,

M = 0,1324 + 0,006 = 0,1384 (Tm) Trong đó:

+ Mtc 

: moment tổng hợp tiêu chuẩn khi hoạt tải là xe XB80

+

XB30 ñ tc

M

;

bt tc 2,

M

;

bt tc 3,

M: moment tiêu chuẩn do trọng lượng bản thâncống gây ra tại các vị trí 1; 2; 3 trên cống

 Trường hợp 2:

Mtc 

=

XB80 ñ tc

M 

+

bt tc 2,

M = 0,1324 + 0,0066 = 0,139 (Tm)

 Trường hợp 3:

Mtc 

=

XB80 ñ tc

M 

+

bt tc 3,

M = 0,1324 + 0,0072 = 0,1396 (Tm)  Từ 3 trường hợp trên ta thấy moment tiêu chuẩn max, khi hoạt tải là xe đặc biệtXB80, được xác định như sau:

M 

+

bt tt 1,

M = 0,147 + 0,0066 = 0,1536 (Tm) Trong đó:

+ Mtt 

: moment tổng hợp tính toán khi hoạt tải là xe XB80

+

XB30 ñ tt

M

;

bt tt 2,

M

;

bt tt 3,

M: moment tính toán do trọng lượng bản thân cốnggây ra tại các vị trí 1; 2; 3 trên cống

 Trường hợp 2:

Mtt 

=

H30 ñ tt

M 

+

bt tt 2,

M = 0,147 + 0,0073 = 0,1543 (Tm)

 Trường hợp 3:

Mtt 

=

H30 ñ tt

M 

+

bt tt 3,

M = 0,147 + 0,008 = 0,155 (Tm)

 Từ 3 trường hợp trên ta thấy moment tính toán max khi hoạt tải là xe có tải trọng đặc biệtXB80, được xác định như sau:

max tt

 Cường độ chịu kéo của cốt thép : Ra = 2100 (KG/cm2)

 Cường độ chịu nén của bê tông : Rn = 130 (KG/cm2)

 Bề dày thành cống 600: t =7 (cm)

 Chọn bề dày lớp bê tông bảo vệ: a = 3 (cm)

 Chiều cao có ích của tiết diện :ai(

ho = t – a = 7 – 3 = 4 (cm)

 Tính thép cho 1m chiều dài cống nên b = 100 cm

 Xác định giá trị của hệ số ro theo công thức :

ro = n

max tt o

bRMh = 100 130138504

Với:

max tt

M

= 0,1385 (Tm) = 13850 (KG.cm)

 Từ giá trị ro , tra bảng 5.5 sách “Thiết kế cống và cầu nhỏ trên đường ô tô”

của hai tác giả – Nguyễn Quang Chiêu & Trần Tuấn Hiệp Ta nội suy tìm được a

= 0,0692 ; go = 0,9654

 Diện tích thép chủ (thép vòng) cần thiết :

Fa = o o a

max tt

Rh

lực phải nằm trong khoảng 70 – 200mm

 Vậy nếu bố trí 4F8 thì khoảng cách giữa các cốt chủ là 250mm (1000:4)không thỏa yêu cầu Do đó theo điều kiện cấu tạo, điều kiện đảm bảo cường

độ và kiểm toán nứt, ta bố trí 8F8 (F a =4,02cm 2 ) trên 1m dài cống.

3.1.1.5.2࠙ q Tính thép dọc cho cống :

Theo TCVN, đối với tiết diện hình vành khuyên thì cốt dọc không cần tính chỉ bốtrí theo cấu tạo Có từ 6 thanh trở lên và đặt đều theo chu vi Vì vậy ta chọn lượng cốt dọc

bố trí cho ống thoát nước là 9F6 (Fa = 2,54cm2)

3.1.1.6 Kiểm tra điều kiện bảo đảm cường độ và kiểm toán nứt:

Thành cống bê tông cốt thép tiết diện hình chữ nhật bố trí một hàng cốt thép 8F8(Fa = 4,02 cm2) trên 1m dài, vì vậy ta kiểm tra cường độ theo công thức sau:

M  [M]=M]=Ru.b.x.(ho – 2

x)

 Trong đó:

a a

bR

FR  0,55ho

= 100 130

02,42100

 [M]=M] = Rub(ho – 2

x) =130×100×0,65×(4 – 2

65,0) = 31053 (KG.cm) = 0,31053 (Tm)

 Theo quy định, khi kiểm toán với xe có tải trọng đặc biệt XB80, cho phép tăngứng suất của bê tông cốt thép thêm 25%:

1,25

Mmax

XB80 tt,

= 1,25

0,155

= 0,124(Tm) <

max H30 tt,

M

: là moment tính toán lớn nhất sau khi tổ hợp nội lực, do hoạt tải là

xe H30 chạy trên đường

 Vậy moment uốn lớn nhất để kiểm tra cường độ là:

max tt

M

= max(0,124 ; 0,1385) = 0,1385 (Tm)

 So sánh

max tt

Mvới [M]=M]:

 a : ứng suất trong cốt thép dọc chịu kéo, đối với cấu kiện chịu uốn:

max tc

65,0

= 3,675 (cm)  a = 4,02 3,675

13960

 = 945 (KG/cm2)

 Ea = 2.100.000 (kG/cm2): module đàn hồi của bê tông

 1 = 0,7: hệ số xét đến ảnh hưởng của bê tông vùng chịu kéo, ứng với bê tông

mác 300 tra bảng 5.21 sách “Tiêu chuẩn kỹ thuật giao thông đường bộ”-tập II.

 Rr = (n d n d n d )

F

n n 2

2 1 1

 Fr : Diện tích vùng ảnh hưởng, giới hạn bởi đường viền của mặt cắt và trị

số bán kính ảnh hưởng r = 3d với d là đường kính của cốt thép (trị số r đượctính từ cốt thép gần trục trung hòa nhất)

Fr = b(3d + a)

Fr = 100(3×0,8 + 3) = 540 (cm2)

 b : Hệ số xét đến sự bố trí cốt thép thành các bó thanh Ở đây do sử dụngcốt thép rời nên lấy b = 1

2 1 1

945

 ×0,7×84,375 = 0,013 (cm)Vậy aT = 0,013 (cm)  D= 0,02 (cm): thỏa mãn điều kiện về nứt

Tính toán kết cấu cho cống 1000, hoàn toàn giống như tính cống 600 Vì vậy, ởđây em sẽ tính toán, lấy kết quả rồi lập bảng

3.1.2.1 Các số liệu để thiết kế:

Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 372 – 2006 Chọn cống thiết kế có các đặctrưng như sau:

 Đường kính trong của cống: 600 (mm)

 Chiều dày thành cống, theo TCXDVN 372 – 2006, chọn t = 90 (mm)

 Trọng lượng riêng của bê tông: gb = 2,5 (T/m3)

 Chọn độ sâu chôn cống hay chiều cao đất đắp: H = 0,75 (m)

 Dung trọng của đất đắp: go = 2,2 (T/m3)

 Góc nội ma sát của đất đắp, qua khảo sát ở vùng Đồng bằng sông Cửu Longcũng như tỉnh Tiền Giang:  = 30o

3.1.2.2 Bảng kết quả tính toán:

TÍNH CÁC NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN CỐNG Ơ1000

Moment do áp lựcđất + hoạt tải xe đặcbiệt XB80 tác dụnglên cống:

0,2777 Tm 0,3726 Tm

Tổ hợp moment lớn nhất khihoạt tải tác dụng lên cống là xeđặc biệt XB80:

Fa = o o a

max tt

Rh

 Để đảm bảo điều kiện cường độ và kiểm toán nứt, ta

phải bố trí 12F8 (F a =6,04 cm 2 ) trên 1m dài cống.

Tính thép

dọc cho cống:

Theo TCVN, đối với tiết diện hình vành khuyên thì cốt dọckhông cần tính chỉ bố trí theo cấu tạo Có từ 6 thanh trở lên vàđặt đều theo chu vi Vì vậy ta chọn lượng cốt dọc bố trí cho ốngthoát nước là 15F6 (Fa = 4,24cm2)

KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BẢO ĐẢM CƯỜNG ĐỘ & KIỂM TOÁN NỨT

= 0,69866 Tm

max tt

Mvới [M]=M]:

max tt

a = F z

M

a

max tc

= 0,01 cm

z

ho – 2

x = 5,5

i i i

r

dnF

3.2.1.1 Các số liệu và yêu cầu thiết kế:

 Chọn cọc thiết kế loại “A”, có 400mm, chiều dài L = 12m, bề dày t = 75mm.Như vậy theo tiêu chuẩn Nhật JIS-A5335-ENG, thì cọc phải đảm bảo các yêu cầusau:

 Ứng suất nén hiệu quả yêu cầu tối thiểu của bê tông sce = 40 (KG/cm2)

 Cường độ chịu nén (mác) của bê tông sau 28 ngày: 500 (KG/cm2)

 Sức chịu tải dọc trục yêu cầu tối thiểu của cọc: Ra = 84 (T)

 Moment kháng nứt yêu cầu tối thiểu của cọc: Ma = 5,5 (T.m)

 Yêu cầu đối với bê tông:

 Cường độ chịu nén mẫu tròn của bê tông sau 28 ngày sck = 500 (KG/cm2)

 Ứng suất kéo của bê tông: stu

As = 4

4,

7 2





= 0,43 (cm2)

 Giới hạn bền của thép thanh P.C: spu = 14200 (KG/cm2)

 Giới hạn chảy thép thanh P.C: spy = 12750 (KG/cm2)

 Cường độ chịu kéo của thép thanh P.C: sps = 13500 (KG/cm2)

 Số thanh thép dùng trong tiết diện: N = 10 (thanh)

 Ứng suất có hiệu trong cốt thép P.C được chọn như sau:

 Không nhỏ hơn giá trị 1: 0,75spy = 9562,5 (KG/cm2)

 Không nhỏ hơn giá trị 2: 0,6spu = 8520 (KG/cm2)

 Ứng suất kéo căng lớn nhất (spl) trong thép P.C, chọn như sau:

 Không nhỏ hơn giá trị 1: 0,8spy = 10200 (KG/cm2)

 Không nhỏ hơn giá trị 2: 0,7spu = 9940 (KG/cm2)

 Độ giãn dài của thép: pmin = 5 (%)

 Ngay khi cắt thép (truyền ứng suất): Ec’ = 300.000 (KG/cm2)

 Module đàn hồi của thép thanh P.C: Es = 2.000.000 (KG/cm2)

 Tỉ số của module đàn hồi:

 Tỉ số module sau 28 ngày:

n = c

s

E

E = 450.000

000.000.2

000.000.2

 Diện tích tiết diện quy đổi về bê tông: Ae

Ae = Ac + nAp = 761,075 + 0,444×4,3 = 780,1842 (cm2)

 Moment quán tính của tiết diện:

p p

4 o

4

2

1rr4

pl pt

A

A'n1

)2

k1(

,61

9940)

2

015,01(

 Ưng suất căng giới hạn của cốt thép:

spl = 0,7spu = 0,7× 14200 = 9940 (KG/cm2)

 Hệ số k = 1,5% = 0,015

 Hệ số n' = 6,667

 Diện tích thép thanh P.C trong tiết diện coc: Ap = 4,3 (cm2)

 Diện tích bê tông của tiết diện: Ac = 761,075 (cm2)

 Ưng suất căng tính toán của thép thanh P.C, pt = 9507,329 (KG/cm 2 ) < ứng suất căng giới hạn của thép pl = 9940 (KG/cm 2 ) Vậy kết quả này chấp nhận.

 Lực căng cốt thép tối đa: P

A

A 

= 761,075

329,95073

,

4 

= 53,715 (KG/cm2)Trong đó:

 Ưng suất căng của cốt thép: spt = 9507,329 (KG/cm2)

 Diện tích thép P.C trong tiết diện: Ap = 4,3 (cm2)

 Diện tích bê tông của tiết diện: Ac = 761,075 (cm2)

 Mất mát ứng suất do giãn dài của thép:

sr = 0,5kspt = 0,5×0,015×9507,329 = 71,305 (KG/cm2)Trong đó:

 Hệ số: k = 1,5% = 0,015

 Ưng suất căng cốt thép: spt = 9507,329 (KG/cm2)

 Mất mát ứng suất do dão và co ngót của bê tông: sp

s

En

pt cpt

s cpt

715,53444,41

00015,010.2715,532444,

= 740,247 (KG/cm2)Trong đó:

 Hệ số n = 4,444

 Hệ số j = 2

 Mất mát ứng suất ngay khi căng thép: scpt = 53,715 (KG/cm2)

 Hệ số s = 0,00015

 Module đàn hồi của thép P.C: Es = 2.106 (KG/cm2)

 Ưng suất căng thép: spt = 9507,329 (KG/cm2)

 Ứng suất hiệu quả của thép thanh P.C:

spe = spt - (sp+sr) = 9507,329 – (740,247+71,305) = 8695,777 (KG/cm2)Trong đó:

 Ưng suất căng: spt = 9507,329 (KG/cm2)

 Mất mát ứng suất do giãn dài của thép P.C: sr = 71,305 (KG/cm2)

 Mất mát ứng suất do dão và co ngót của bê tông: sp = 740,247 (KG/cm2)

 Ứng suất hiệu quả tính toán của bê tông: giá trị này phải lớn hơn giá trị ứng suất

có hiệu nhỏ nhất yêu cầu (40 KG/cm 2 )

sce= c

pe p

A

A 

= 761,075

8695,7773

,

4 

= 49,13 (KG/cm2)Trong đó:

 Diện tích thép thanh P.C trong tiết diện: Ap = 4,3 (KG/cm2)

 Ứng suất có hiệu trong cốt thép thanh P.C: spe = 8695,777 (KG/cm2)

 Diện tích bê tông của tiết diện: Ac = 761,075 (cm2)

 Với cọc loại "A", ce thiết kế = 49,13 (KG/cm 2 ) > ce yêu cầu = 40 (KG/cm 2 ) Vậy kết quả này chấp nhận.

 Tải thiết kế phải > Ra yêu cầu:

ce ck

Z

r33,

0A

0075,761

 Cường độ chịu nén mẫu tròn của bê tông sau 28 ngày: sck = 500 (KG/cm2)

 Ứng suất hiệu quả trong bê tông: sce = 49,13 (KG/cm2)

 Bán kính ngoài: r = 20 (cm)

 Diện tích bê tông của tiết diện: Ac = 761,075 (cm2)

 Moment kháng uốn của tiết diện: Ze = 5329,511 (cm3/KG)

 Tải trọng dọc trục gây phá vỡ cọc:

Ru = (0,85sck  0,6sce)Ac = (0,85×500 – 0,6×49,13)×761,075 = 301,022 (T)

Trong đó:

 Cường độ chịu nén mẫu của bê tông sau 28 ngày: sck = 500 (KG/cm2)

 Ứng suất hiệu quả trong bê tông: sce = 49,13 (KG/cm2)

 Diện tích bê tông của tiết diện: Ac = 761,075 (cm2)

 Hệ số an toàn về khả năng chịu lực dọc trục:

Sa = a

u

R

R = 87,038

022,301

= 3,459 (lần)Trong đó:

 Tải trọng dọc trục gây phá vỡ cọc: Ru = 301,022 (T)

 Khả năng chịu tải dọc trục tính toán: Ra = 87,038 (T)

 Hệ số an toàn yêu cầu: 3

 Hệ số an toàn Sa thiết kế = 3,459 > hệ số an toàn yêu cầu = 3 Vậy kết quả này chấp nhận.

3.2.1.5 Tính m oment kháng nứt của tiết diện và kiểm tra :

Ma = Ze(sce stu) = 5329,511×(49,13 + 60) = 581609,54 (KG.cm) = 5,816 (T.m)Trong đó:

 Moment kháng uốn của tiết diện: Ze = 5329,511 (cm3)

 Ứng suất hiệu quả trong bê tông: sce = 49,13 (KG/cm2)

= 8695,777 + 4,444×20× 106590,22

581609,54

= 9180,751 (KG/cm2)Trong đó:

 Ứng suất có hiệu trong thép thanh P.C: spe = 8695,777 (KG/cm2)

 Hệ số n = 4,444

 Bán kính ngoài: r = 20 (cm)

 Moment kháng nứt của tiết diện: Ma = 581609,54 (KG.cm)

 Moment quán tính của tiết diện: Ie = 106590,22 (cm4)

 Tính ứng suất cho phép:

[M]=sp’] = spa = 0,75spy = 9562,5 (KG/cm2)

 Theo tính toán thì ứng suất sp’ = 9180,751 (KG/cm 2 ) < [s p’ ] = 9562,5 (KG/cm 2 ) Vậy kết quả này được chấp nhận.

 Ứng suất hiệu quả trong bê tông sce = 49,13 (KG/cm2)

 Moment kháng nứt của tiết diện Ma = 581609,54 (KG.cm)

 Moment quán tính của tiết diện Ie = 106590,22 (cm4)

A)(

 Diện tích thép thanh trong tiết diện P.C: Ap = 4,3 (cm2)

 Ứng suất có hiệu trong thép thanh P.C: spe = 8695,777 (KG/cm2)

cosrr

p

p cu p

= 20 16,25cos(0,4475491)

)4475491,

0cos(

2025,1625,

 Bán kính trung bình: rp = 16,25 (cm)

 Bán kính ngoài: r = 20 (cm)

 Giá trị ecu = 0,25 (%)

+

)]

2sin2

3cos

)(2[)cos1(2

r(

 Bán kính ngoài: r = 20 (cm)

 Bề dày cọc: t = 7,5 (cm)

 Giá trị a = 0,4475491 (rad)

 Diện tích thép thanh P.C trong tiết diện: Ap = 4,3 (cm2)

 Ứng suất có hiệu trong thép thanh P.C: spe = 8695,777 (KG/cm2)

 Giá trị của ps= 13500 (KG/cm2)

 Bán kính trung bình: rp = 16,25 (cm)

 Cường dộ chịu nén mẫu tròn của bê tông sau 28 ngày sck = 500 (KG/cm2)

 Hệ số an toàn của moment:

Fm = a

u

M

M = 5,5

704,81,583 (lần)Trong đó:

 Giá trị Mu = 8,704 (T.m)

 Giá trị Ma yêu cầu: 5,5 (T.m)

 Giá trị của Fm yêu cầuvới cọc loại "A" là 1,5 lần

 Với cọc loại "A", Fa thiết kế = 1,583 > F a yêu cầu = 1,5 Vậy kết quả này chấp nhận.

3.2.1.11 Kiểm tra vận chuyển và cẩu lắp:

 Moment do vận chuyển: chọn sơ đồ 2 móc cẩu.

2

0,0214qL

0,207L 0,207L

L =12 m

Hình 4.6: Sơ dồ nội lực cẩu cọc

Mmax = 0,0214qL2 = 0,0214×0,2×122

= 0,616 (T.m) = 0,616×105 (KG.cm)

 Mmax = 0,616 (T.m) < moment kháng nứt của tiết diện Ma = 5,816 (T.m).Vậy kết quả này chấp nhận được.

Trong đó:

 q là khối lượng của cọc trên 1m dài:

q = 2,6pt(D  t)×1 = 2,6×3,14×0,075(0,4 – 0,075)×1 = 0,2 (T/m)Với:

 Bề dày cọc: t = 7,5 (cm) = 0,075 (m)

 Giá trị của: D = 40 (cm) = 0,4 (m)

 L là chiều dài của cọc: L = 12 (m)

 Xác định vị trí của 2 móc cẩu: vị trí của 2 móc cẩu cách 2 đầu cọc 1 đoạn x vàđược tính như sau:

M



= 0,9 13500 4,5

10616,

 ho = t – a = 7,5 – 3 = 4,5 (cm) Chọn lớp bê tông bảo vệ a = 3cm

 ps = 13500 (KG/cm2), cường độ chịu kéo của thép

 Moment sinh ra khi dựng cọc có giá trị lớn nhất là:

Mmax = 0,043qL2

= 0,043×0,2×122 = 1,24 (T.m) = 1,24×105 (KG.cm)

 Mmax = 1,24 (T.m) < moment kháng nứt của tiết diện M a = 5,816 (T.m) Vậy kết quả này chấp nhận được.

 Tính cốt thép cần thiết để chịu moment Mmax ở trên:

Fa ,2 = a o

max

hR9,0

M

= 0,9 13500 4,5

1024,

Tính toán kết cấu cho cọc 300, hoàn toàn giống như tính cọc 400 Vì vậy, ở đây

em sẽ tính toán, lấy kết quả rồi lập bảng

3.2.2.1 Các số liệu thiết kế cọc  300:

Cường độ chịu nén mẫu tròn bê tông sau 28 ngày sck 500 KG/cm2

Ứng suất có hiệu trong thép thanh

P.C, chọn không nhỏ hơn các giá trị

sau:

Ứng suất kéo lớn nhất (spl) trong thép

thanh P.C, chọn không nhỏ hơn các

Ec’ 300000 KG/cm2

Tỉ số của module đàn hồi

Ngay khi cắt

Đặc trưng hình học của tiết diện Các chỉ số Giá trị Đơn vị

Diện tích tiết diện quy đổi về bê tông Ae 461,04552 cm2

3.2.2.2 Bảng kết quả tính toán:

Mất mát ứng do dão và co ngót của bê

Ứng suất hiệu quả của bê tông theo Tính toán sce 49,835 KG/cm

2

Vì sce tính toán > sce yêu cầu, nên kết quảtính toán được chấp nhận

Khả năng chịu lực dọc trục Ra 51,067 TTải trọng dọc trục gây phá vỡ

Kiểm tra moment vận chuyển theo Kháng nứt M

Mmax = 0,364 (T.m) < moment kháng nứtcủa tiết diện Ma = 2,538 (T.m) Vậy kết quảnày được chấp nhận

Tính cốt thép cần thiết (Fa ,1) để chịu

moment Mmax khi vận chuyển ở trên

Cốt thép đã bố trí 67,4 (Fa = 2,58cm2) Sosánh Fa ,1 với Fa ta thấy, lượng thép đã bố trítrong cọc, đủ khả năng chịu lực khi vậnchuyển

Xác định vị trí của 2 móc cẩu: vị trí

Moment khi cẩu lắp, dựng cọc

Mmax = 0,731 (T.m) < moment kháng nứtcủa tiết diện Ma = 2,538 (T.m) Vậy kết quảnày chấp được nhận

Tính cốt thép cần thiết (Fa ,2) để chịu

moment Mmax khi dựng cọc ở trên

Cốt thép đã bố trí 67,4 (Fa = 2,58cm2) Sosánh Fa ,2 với Fa ta thấy, lượng thép của đã bốtrí trong cọc, đủ khả năng chịu lực khi dựngcọc

Vị trí của móc cẩu khi dựng cọc: vị

Bảng 5.1 - Đặc điểm cơ lý của xi măng

CÁC ĐẶC ĐIỂM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG

4.1.2 Bột khoáng Muội Silic :

 Muội Silic nhập từ Thụy Sĩ có hàm lượng SiO2 = 92 ÷ 98%

 Khối lượng riêng: MSa = 2,2g/cm3

4.1.3 Đ á dăm :

Bảng 5.2 - Đặc điểm cơ lý của đá

CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐÁ

Dmax

Khối lượngriêng(g/cm3)

Khối lượng thểtích(g/cm3)

KLTT khilèn chặt(g/cm3)

Độ ẩm(%)

Cường độ(daN/cm3)

20  = 2,71ña ño = 1,49 đ = 1,605 Wđ = 1 Rđ = 160

4.1.4 C át :

Bảng 5.3 - Đặc điểm cơ lý của cát

CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CÁT

5

Bảng 5.4 - Đặc điểm cơ lý của phụ gia

Chọn phụ gia siêu dẻo Sikament NN có các đặc tính như sau

Khối lượng thể tích 1,191,22 kg/lít

Khả năng giảm nước Đến 35 %

4.2.1 Thiết kế cấp phối bê tông M300:

Thiết kế cấp phối bê tông mác M300 theo tiêu chuẩn Việt Nam

 Các số liệu thiết kế:

 Ta có đường kính tối đa của cốt liệu lớn (đá dăm): Dmax = 20 (mm)

 Độ sụt của hỗn hợp bê tông khi chưa có phụ gia: SN = 2 (cm)

 Tra bảng, suy ra lượng nước cần dùng là: N =185 (lít)

 Do sử dụng xi măng portland pouzoland nên lượng nước cần tăng thêm mộtlượng 1520 lít Chọn tăng 15 lít

 Vậy lượng nước sơ bộ cần dùng là: N = 185 + 15 = 200 (l)

 Tính tỉ số X/N theo công thức Bolomey – Skramtaev:

bR.A

RN

 b = 0,5

 A : hệ số phụ thuộc phương pháp xác định mác ximăng và chất lượng của cốtliệu, được cho theo bảng sau:

0,650,600,55

0,330,300,27

0,430,40,37

Ở đây ta sử dụng cốt liệu có chất lượng trung bình và mác ximăng được xácđịnh bằng phương pháp dẻo nên: A = 0,6

Suy ra:

bR.A

RN

X

N = 1,75200 = 350 (kg)

 So sánh lượng xi măng tìm được với lượng xi măng tối thiểu cho trongbảng dưới đây:

Bảng 5.6 - Bảng tra lượng ximăng tối thiểu

Điều kiện làm việc của kết cấu

công trình

Phương pháp đầm chặt

Bằng tay Bằng máy

Bị ảnh hưởng của mưa gió

 Đối với sản phẩm là ống thoát nước chịu ảnh hưởng trực tiếp của dòngnước Tạo hình, đầm rung bằng máy Do đó theo bảng trên lượng xi măng tốithiểu là: 240 kg/1m3 bê tông Vậy lượng xi măng tính toán trong trường hợptrên đã thỏa lượng xi măng tối thiểu

Đ = ño ña

ñ 1r

Trong đó :

 rđ : độ rỗng của đá dăm được tính như sau:

rđ =

)1

a

ñ o

,1

45,042,1

1000





= 1253,35 (kg)

4.2.1.4 Xác định lượng cát cho 1 m bê 3 t ông:

 Do có sử dụng phụ gia siêu dẻo và không có bột khoáng nên lượng nước sẽ giảm

đi 530% Vậy lượng nước phải được tính lại Chọn giảm 15% lượng nước:

N = (100% – 15%)200 = 170 (l)

 Vậy lượng cát cho 1m3 bê tông khi có sử dụng phụ gia:

C =

c a x

a

ñ a

.NXÑ

=

64,21701

,3

35071

,2

35,1253

0 

= 2,8 (l/m3bêtông)

Bảng 5.8 - BẢNG THỐNG KÊ LƯỢNG NGUYÊN VẬT LIỆU

dụng phụ gia và có kể đến độ ẩm trong cốt liệu

4.2.2 Thiết kế cấp phối bê tông M500:

 Thiết kế thành phần bê tông cường độ cao theo phương pháp của viện bê tôngHoa Kỳ-Tiêu chuẩn 22TCN GTVT

 Đây là phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm

 Lý thuyết cơ bản là lý thuyết thể tích tuyệt đối: bê tông được thiết kế ở trạngthái hoàn toàn đặc, tổng thể tích của bê tông bao gồm các thể tích đặc riêng rẽ củacác vật liệu thành phần và thể tích không khí

độ nén thiết kế quy định (Rb) một giá trị đủ cao để xác suất của giá trị cường độ thấp hơn

là nhỏ nhất Khi thiết kế cấp phối bê tông cường độ cao trên cơ sở kinh nghiệm thực tế,cường độ yêu cầu ngoài công trường (Rycc) được sử dụng làm cơ sở cho việc chọn thànhphần bê tông

 Bước 1: Tính Ryc và Rycc, với mẫu hình lập phương ta có:

 Ryc = 1,15Rb = 1,1550 = 57,5 (Mpa)

 Rycc = Rb + 11,6 = 50 + 11,6 = 61,6 (Mpa)

 Bước 2: Xác định đường kính Dmax của cốt liệu

Với Ryc < 75MPa thì Dmax = 19 ÷ 25mm, chọn Dmax= 20mm

 Bước 3: Xác định tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) theo bảng bên dưới

Bảng 5.10 - Giá trị tối đa N/CKD khuyên dùng đối với bê tông

có phụ gia siêu dẻo

 = 0,415 (Khi đã có phụ gia siêu dẻo)

 Bước 4: Xác định lượng nước sơ bộ để tính lượng CKD

Bảng 5.11 - Bảng tra lượng nước trước khi cho thêm phụ gia và tra hàm lượng

cuốn khí, ứng với độ rỗng của cát là 35%

 Lượng nước theo yêu cầu sơ bộ là N1=179,5 (l)

 Tính lượng nước hiệu chỉnh theo độ rỗng của cát:

69,11

= 443,7 (kg)

 Tính lượng muội silic: hàm lượng muội silic sử dụng từ 5÷15%CKD, chọn5%CKD.

MS = 5%CKD = 0,05443,7 = 22,18 (kg)

 Tính lượng xi măng:

X + MS = 443,7

 X = 443,7 – MS = 443,7 – 22,18 = 421,5 (kg)

 Bước 6: Xác định hàm lượng cốt liệu lớn (đá)

Bảng 5.12 - Thể tích của đá dăm đã được lèn chặt trên một đơn vị thể tích bêtông

(m 3 /m 3 bêtông)

Thể tích đá tối ưu, ứng với các đường kính lớn nhất của cốt liệu lớn (đá dăm)

Với cát có module độ lớn từ 2,5÷3,2

Thể tích đá dăm trong 1m3 bêtông Vđ 0,65 0,68 0,72 0,75

 Từ module độ lớn của cát 2,5; Dmax = 20 Tra bảng 5.12 ta được Vđ = 0,725

 Vậy lượng đá cho 1m3 bêtông là:

Đ = Vđ = 0,7251605 = 1163,625 (kg/mñ 3bêtông)

Với  là khối lượng thể tích của đá ở trạng thái lèn chặt Tra bảng 5.12ñ

 Bước 7: Tính lại lượng nước thực sự đem nhào trộn khi có Muội silic và phụ giasiêu dẻo

 Do có phụ gia siêu dẻo nên được phép giảm nước 5÷20% Ở đây chọn giảm7%

 Vậy lượng nước cuối cùng dùng để thiết kế cấp phối là:

N = (100%  7%) 184,13 = 171,6 (l)

 Bước 8: Xác định hàm lượng cốt liệu nhỏ (cát, kg/m3bê tông)

 Tính các giá trị liên quan: