THiết kế kết cấu bê tông cốt thép l =15m theo 22TCN272 05

Vẽ mặt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép.. - Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp,chọn theo côngthức kinh nghiệm: Mặt cắt nga

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

ĐỒ ÁN MÔN HỌCKẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

-* -* -* -Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên : Lớp :

phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước.

I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH

Hệ số phân bố ngang tính cho mômen : mgM = 0.82

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mgQ = 0.72

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg = 0.5

Độ võng cho phép của hoạt tải : 1/800

Khối lượng riêng của bê tông γc = 24(kg/m 3)

Vật liệu(cốt thép theo ASTM 615M) : Cốt thép chịu lực fy = 250 MPa

: Cốt đai fy = 250MPa : Bêtông f’c = 28 MPa Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005.

II-YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG:

A-TÍNH TOÁN :

1 Chọn mặt cắt ngang dầm.

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

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

4 Tính và bố trí cốt thép dọc chỉ tại mặt cắt giữa nhịp.

5 Tính và bố trí cốt thép đai.

6 Tính toán kiểm toán nứt.

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra.

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

9 Thuyết minh đánh máy trên bản A4.

B-BẢN VẼ :

10 Thể hiện trên khổ giấy A1.

11 Vẽ mặt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép.

12 Vẽ biểu đồ bao vật liệu.

13 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu và các ghi chú cần thiết khác.

BÀI LÀM

I-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 BTCT khi chiều cao đã thỏa mãn điều kiện cường độ thì cũng tai yêu cầu về độ võng

- Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp,chọn theo côngthức kinh nghiệm:

Mặt cắt ngang dầm

1.2 Bề rộng sườn dầm:bw

Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán

và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ

đổ bêtông với chất lượng tốt

Theo yêu cầu đó ta chọn chiều rộng sườn dầm bw = 20(cm)

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

*Quy đổi tiết diện tính toán:

- Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh :

II-TÍNH TOÁN DIỆN TÍC BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM:

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

M u = n{(1.25xwdc+1.5xwdw)}+mgM[1.75xLLL+1.75x k x LLMx(1+IM)]}xwM

Trong đó:

 LLL: Tải trọng làn rải đều(9.3KN/m)

 wdc = 11,813: Trọng lượng dầm trên một đơn vị chiều dài (KN/m)

 wdw = 4 : Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn

vị chiều dài(tính cho một dầm)(KN/m)

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

hf = 0,18714m : chiều dày bản cánh sau quy đổi

a= ß1 c : Chiều cao khối ứng suất chữ nhật tương đương

M M

c s

*Kiểm tra lại tiết diện:

-Kiểm tra lại tiết diện:

As=142.52 cm2

-Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép

dl= i

i i

F

y F

Giả sử trục trung hòa đí qua bản cánh

-Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi:

 Vậy cốt thép tối đa thoả mãn

-Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

f f

 = 0.03x

28 250 = 0.336%

 Thoả mãn

III-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC:

vẽ đường ảnh hưởng mômen,lực cắt

- Chiều dài nhịp: l = 15m

- Chia dầm thành một đoạn tương ứng với các mặt cắt từ 0 đến 10, mỗi đoạn dài 1.5 m

Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

Ðah M1 Ðah M2

Mi = 1.0{(wdc+wdw)+mgM[LLl+k x LLM x (1+IM)]}x wM

Qi = 1.0{(wdc+wdw)x wQ+mgQ[LLl+k x LLM x (1+IM)]x w1Q} Trong đó:

` Wdw,wdc:Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KN.m)

wM :Diện wd tích đ.ả.h mômen tại măt cắt thứ i

wQ :Tổng đại số diện tích đ.ả.h lực cắt.

w1Q : Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh huởng lực cắt

LLM :Hoạt tải tương ứng với đừng ảnh hưởng mômen tại mặt cắt thứ i

LLQ : Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt tại mặt cắt thứ i

MgM,mgQ : Hệ số phân bố ngang tính cho mômen, lực cắt

LLM=9.3(KN/m):tải trọng dải đều

- Đường ảnh hưởng lực cắt tai các tiết diện:

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

(KN/m)

LL Mi tan

(KN/m)

Q cd i

IV.VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU :

*Tính toán mômen kháng tính toán của dầm khi bị cắt cốt thép

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớn nhất sẽ lần lượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen

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

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

Trong đó: do TTH đi qua cách nên Mr = φMMu = φM '

A f bf

*Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen:

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu: Mr min{1.52mcr;η1.33Mu }

Nên khi Mu 0.9Mcr thì điều kiện lượng cốt thép tối thiểu sẽ là Mr  1.33Mu Điều nàycó nghĩa là khả năng chịu lực của dầm phải bao ngoài đường 4/3Mu khi Mu 0.9Mcr

+Xác định mômen nứt: Mcr = fr

g t

I y

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

Mu = 1.2Mcr= 1.2x590.16=708.129(kNm) x2=756 (mm)

Mu = 0.9Mcr=0.9×590.16=531.144(kNm) x1=567 (mm)

- Tại đoạn Mr≥1.2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu

- Tron đoạn 0.9Mcr≤Mr≤1.2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr

- Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường ' 4

3

680.08 1190.38 1537.58 1728.54 1770.67

0.9 Mcr=256.95

567 756

552 48

Với Act =48.552(mm2) là diện tích cần thiết khi tính toán

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

M'u= 4 Mu

1770.67 567

756

800 1000 1000

1000

800

800

2519 1571

1415 357 1638

V.TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT :

Biểu thức kiểm toán:.Vn>Vu

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

Vs = A f d v v v(cotgScotg)sin

Trong đó:+bv: Bề rộng bản bụng hữu hiệu, lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao dv,vậy bv = bw = 20cm

+dv: Chiều cao hữu hiệu

+ s(mm): Cự ly cốt thép đai

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

+θ : Góc nghiêng của ứng suất nán chéo

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

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

+ φM : Hệ só sức kháng cắt, với bêtông thường, φM=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)

Tại mỗi mặt cắt cách gối một đoạn dv tương ứng,giả sử góc nghiêng của ứng suât nén

chính θ và tính biến dạng dọc trong cốt thép chịu uốn:

0.5 cot 0,002

.

u

u v

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

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

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

970.3 142 1.4475871 266651.86 314.155 30

987.1 142 1.3662417 299795.03 268.288 25

996.1 142 1.3007981 27757.17 278.418 25

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Điều kiện kiểm tra : Av>Avmin

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

F = u u 0.5 cot ( )

s v

Kếtluận352.39 413.43 963.75 1950480 1.5194632 291119.27 883090.03 §¹t

354.78 413.26 970.3 1625400 1.4475871 279233.24 868858.71 §¹t

360.92 412.81 987.1 1300320 1.3662417 321726.12 864940.11 §¹t

364.21 412.57 996.1 975240 1.3007981 309108.15 801518.86 §¹t

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 =250(mm)

* Từ vị trí cắt 1 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 2) ta bố trí bước cốt đai s=250(mm)

* Từ vị trí cắt 2 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 3) ta bố trí bước cốt đai s=300(mm)

* Từ vị trí cắt 3 đến giữa nhịp ta bố trí bước cốt đai s = 300(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 tính toán 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 toán1600

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

Điều kiện kiểm tra: fc 0.8fr

Trong đó: fc:ứng suất kéo của bêtông

M

y

10 785 6391577

10 9

Ta thấy fc=11.59708>0.8fr=2.664Mpa Vậy mặt cắt bị nứt.

Bứoc 2: Kiểm tra bề rộng vết nứt.

Điều kiện kiểm tra: fs<fsa

Trong đó fsa là khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng:

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

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

Các mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà chia số lượng

thanh.Bằng cách tìm ngược và giải phương trình:

) 2 33 ( 33 20

) 3 20 ( )

2 20 ( ) 2 33 ( 2 / 20 33

x x

x x

Z : Thông số bề rộng vết nứt,xét trong điều kiện bình thường Z=3000N/mm

) 83 6662 50

(

3000 )

Z

c

Mpa

 0.6fy=0.6x420=252Mpa

 fsa=252Mpa

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép

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

714 18 110

) 20 160 ( 714

Ma : Mômen tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (Ma=993.38 KN.m)

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

2 1 3

2 3

) ( 3

) ( 2

) ( 12

) (

d y nA y

h b h

y h b b h h b

b

w f f w

36 12 96 100 ( 18 54 7

3

) 96 100 110 ( 20 2

714 18 96 100 110 ) 20 160 ( 714 18 12

714 18 ) 20 160

(

4 2

3 2

10 9

MPa mm







fs =241.513MPa< fsa=252MPa thoả mãn

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

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

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

2 , 10724 13

25 ,

E=Ec=26752,5(Mpa).Môđun đàn hồi của bêtông

- Xác định mômen quán tính hữư hiệu I

+Mômen quán tính tiết diện nguyên

Ig= 12

6 , 18

180  3

+180x18,6(140- 2

6 , 18

-96,968)2 + 12

85 , 71

20  3

+20×71,75(96,968- 22,3- 2

75 , 71

)2 + 12

3 , 22

10 01 ,

*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 và hệ số xung kích.Bâygiờ ta phải xét đến các hệ số này

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