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

Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.. Diện tích của mặt cắt ngang:Ag 1.71/Tính toán momen và lực cắt tại vị trí bất kì.. wlQ:diện tích phần lớn hơn trên đ.a.h lực cắt L

Đồ Án Môn Học

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

SINH VIÊN:

LỚP:

ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

ĐỀ BÀI:Thiết kế một dầm cho cầu đường ôtô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi côngbằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước

I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH

Chiều dài nhịp

Hoạt tải

Bề rộng chế tạo cánh

:l= 22(m):HL – 93: bf= 180(cm) Tĩnh tải mặt cầu dải đều(DW) :4,5(kN/m)

Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mgM=0,75

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mgQ= 0,58

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg= 0,5

Độ võng cho phép của hoạt tải : 1/800

Vật liệu(cốt thép theo ASTM) :Cốt thép chịu lực ƒy=420 MPa

: Cốt đai ƒy=300MPa: Bêtông ƒc’=32MPaQuy 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 chủ tại mặt cắt giữa nhịp

5 Tính và bố trí cốt thép đai

6 Tính và bố trí cốt thép xiên

7 Tính toán kiểm toán nứt

8 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

9 Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu

10 Thuyết minh đánh máy trên giấy A4

B-BẢN VẼ:

10 Thể hiện trên khổ giấy A1

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

12 Vẽ biểu đố bao vật liệu

13 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu và ghi chúa ần thiết khác

BÀI LÀM

I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM:

1.1Chiều cao dầm h.

Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng,thông

thường đối với dầm BTCT khi chiều cao đã thỏa mãn điều kiện cường độ thì cũng đãđạt yêu cầu về độ võng

Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp,chọn theocông thức kinh nghiệm:

h =(

1 20

÷

1 8

1.2 Bề rộng sườn dầm bw.

Tại mặt cắt trờn gối của dầm,chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tớnh toỏn

và ứng suất kộo chủ Chiều rộng bw này được chọn chủ yếu theo yờu cầu thi cụng saocho dễ đổ BT với chất lượng tốt

Theo yờu cầu đú,ta chon chiều rộng sườn bw=20cm

1.3Chiều dày bản cỏnh hf

Chiều dày bản cỏnh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực của vị trớ xe và sựtham gia chịu lực tổng thể với cỏc bộ phận khỏc Theo kinh nghiệm hf=18cm

1.4 Chiều rộng bản cánh b

Theo điều kiện đề bài cho: b=180cm

1.5Chọn kớch thước bầu dõm bl,hl:

Vậy bề rộng cỏnh hữu hiệu là b=180cm

Quy đổi tiết diện tớnh toỏn:

- Diện tớch tam giỏc tại chỗ vỏt bản cỏnh:

S1=1/2x(10x10)=50cm2

- Chiều dày cánh quy đổi:

S

−

1 2

Wdc=16.9176 :Trọng lượng dầm trên 1 đơn vị chiều dài(KN/m).

Wdw=5 :Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên

1 đơn vị chiều dài(tính cho 1 dầm(KN/m))

c =32Mpa=32000KN/m 2 ;hf=18.56cm;b=200cm Suy ra: Mn=12228,04 kNmSức kháng uốn tính toán: M f = 0.9*12228,04=11005.24 KNm

Thấy:Mf>Mu( u

M

- Mô men uốn do ngoại lực tác động tại tiết diện giữa dầm) thìchiều cao của khối ứng suất chữ nhật tương đương nhỏ hơn chiều cao bản cánh, tức

là trục trung hòa đi qua bản cánh, tính như tiết diện chữ nhật

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

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

d=h-dl=170-10.5=159.5cm

Giả sử trục trung hòa đi qua bản cánh

Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi:

a<β lhf=15.272

vậy điều giả sử là đúng

Mô men kháng tính toán:

*Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

Vậy cốt thép tối đa thỏa mãn

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

1.71/Tính toán momen và lực cắt tại vị trí bất kì

Vẽ đ.a.h của moomen và lực cắt

wdw;wdc :tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KNm)

wM:diện tích đ.a.h moomen tại mặt cắt thứ i

w

Q

:tổng đại số diện tích đ.a.h lực cắt

wlQ:diện tích phần lớn hơn trên đ.a.h lực cắt

LL:hoạt tải tương ứng với đ.a.h moomen lực cắt tại mặt cắt thứ i

LLQ:hoạt tải tương ứng với đ.a.h lực cắt tại mặt cắt thứ i

mgM;mgQ:hệ số phân bố ngang tinh cho mômen lực cắt

LLL=9,3KN/m:tải trọng làn rải đều

(l+IM):hệ số xung kích,lấy=1,25

η:hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức

η=ηd×ηR×ηl≥0,95

với đường quốc lộ và trạng thái giới hạn cường độ I:ηd=0,95;ηR=1,05; ηl=0,95

với trạng thái giới hạn sử dụng η=1

LL

(KN/m)

dem Mi

LL tan

(KN/m)

cd i

M

(kNm)

sd i

26 ,41

Biểu đồ bao Mu(KNm)

Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện

176,8 257,3 339,93

IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU :

• Tính toán mômen kháng tính toán của dầm khi bị cắt hoặc uốn cốt thép:

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

Tại mỗi mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều caokhối ứng suất tương đương và mômen kháng tính toán

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

Số

lần

cắt

Sốthanhcòn lại

Diện tích As

cònlại(mm2)

d(cm) a(cm) Vị trí trụctrung hòa Mr(KNm)

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu: Mr

≥min{1.52mcr;1.33Mu} Nên khi Mu

≤0.9Mcr thì điều kiện lượng cốt thép tối thiểu sẽ là Mr

≥ 1.33Mu.Điềunàycó 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

Ag = 18,556×200+(170-18,556-23.6)×20+23.6×33 =7046,88(cm2)

Vị trí trục trung hoà:yt=

t t t

=695,8(kNm)

- Tìm vị trí mà Mu = 1,2Mcr và Mu = 0,9Mcr Để tìm được các vị trí này ta xác địnhkhoảng cách x1,x2 nội suy tung độ của biểu đồ mômen ban đầu

Mu = 1,2Mcr= 1,2x695,8=834,96(kNm)⇒

x2=707.9 (mm)

⇒

Điểm cắt lý thuyết mà tại đó theo yêu cầu về uốn không cần cốt thép dài hơn

Để xác định điểm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ biểu đô mômen tính toán Mu và xác địnhđiểm giao biểu đồ ΦMn

Đồng thời chiều dài này cũng không nhỏ hơn chiều dài phát triển lực ld.Chiều dài ld

gọi là chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực đó là đoạn mà cốt thép dínhbám với BT để nó đạt được cường độ như tính toán

Chiều dài khai triển ld của thanh kéo được lấy như sau:

Chiều dài triển khai cốt thép kéo ld,phải không được nhỏ hơn tích số chiều dài triểnkhai cốt thép kéo cơ bản ldb được quy định ở đây,nhân với các hệ số điều chỉnh hoặc

hệ số như được quy định của quy trình.Chiều dài triển khai cốt thép kéo không được

Chiều dài triển khai cốt thép cơ bản ldb(mm) được sử dụng với cốt thép dọc sử dụngtrong bài là thép số 22

=

47 45.48

V:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT:

Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bê tông có thể bị nứt hay không Vìthế để tính toán kiểm soát nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

Để tính toán xem mặt cắt có bị nứt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặtcắt ngang là tuyến tính và tính ứng suất kéo c

f

của bê tông

Mặt cắt ngang tính toán

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

Ig =

4

2008,8 10 ×

(cm4) *Tính ưng suất kéo của bêtông:

fc =

a

t g

10

99, 6 10 9,67 2008,8 1

Ta thấy fc=9,67>0.8fr=2,896Mpa =>Vậy mặt cắt bị nứt.

Bước 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 sửdụng:

2 2

Khi đú diện tớch bờtụng cú cựng trọng tõm với trọng tõm cốt thộp chịu kộo la:

dt A =330x200+652 +(330-2x65)x65+20x0,5= 842.1 (cm2 )

A

84210

7017.5 12

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép:

_Tính diện tích tơng đơng của tiết diện khi bị nứt:

- Xác định vị trí trục trung hoà dựa vào phương trình mômen tĩnh với trục trung hoàbằng không:

⇒

fs =

6 8

105 643,

Ta chỉ tính toán cốt thép đai ở mặt cắt được gọi là bất lợi nhất là mặt cắt cách gốimột đoạn bằng chiều cao hữu hiệu của mặt cắt dv,xác định bằng khoảng cách cánhtay đòn của nội ngẫu lực.Trường hợp tính theo tiết diện chữ nhật cốt thép đơn thì

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

+θ : Góc nghiêng của ứng suất nán 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 : Diện tích cốt thép bị c ắt trong cự ly s (mm)

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

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

+Vu: Lực cắt tính toán

*Kiểm tra điều kiện chịu cắt theo khả năng chịu lực của BT vùng nén

+ xét mặt cắt cách gối một đoạn dv = 1564,1 là :xác định nội lực trên đường bao bằng

u v

u

x

A E

g cot V ,

10

E s =

2 s

x

Kiểm tra khoảng lượng cốt thép đai tối thiểu:

Lượng cố thép đai tối thiểu

Mà thỏa mãn

Kiểm tra khoảng cách tối đa của cốt thép đai:

Khả năng chụi cắt của cố thép đai:

3

48EI L

Điều kiện này thỏa mãn

Độ võng do xe tải thiết kế gây ra

3 2

1 1

3 2

cr g

=

3

Độ võng ta vừa tính ở trên cha tính đến hệ số phân bố ngang, hệ

số cấp đờng và hệ số xung kích khi tính võng Bây giờ ta phảixét các hệ số này

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