Đồ án THiết kế kết cấu bê tông cốt thép l =20m theo 22TCN272 05

KiÓm tra lượng cốt thép tối thiểu: Tính toán m«men và lực cắt tại vị trí bất kì.. wdw;wdc :tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thõn của dầmKNmwM :diện tớch đờng ảnh hởng mụmen tại mặt cắ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu dường ô tô nhịp giản đơn,bằng BTCT,thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước.I.SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH

; 210 cm:bf = 170cmTĩnh tải mặt cầu rải đều(DW) 6 N/m

Hệ số phân bố ngang tính cho

Độ võng cho phép của hoạt tải 1/800

Vật liệu(cốt thép theo ASTM

615M):

Cốt thép chịu lực: fy =520MPaCốt đai: fy =300Mpa

Bê tông fc’ =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 trong gây ra

3 Vẽ biểu đồ bao m«men,lực cắt do tải trong gây ra

4 Tính,bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp

5 Tinh,bố trí cốt thép đa

6 Tính toán kiểm soát nứt

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

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

B-BẢN VẼ:

9 Thể hiện trên giấp A1

10.Vẽ mặt chính dầm,vẽ các mặt cắt đại diện

11.Vẽ biểu đồ bao vật liệu.

12.Bóc tách cốt thép,thống kê vật liệu

BµI LµM 1.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 đã đạt yêu cầu về độ võng

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

- 41 L= =5 (m) với L là chiều dài nhịp hữu hiệu.

- Khoảng cách tim giữa 2 dầm:210(cm)

- 12 lần bề dày cánh và bể rộng sườn dầm: 12hf+bw=12×20+20=260(cm)

- Và bề rộng cánh tính toán cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chê tạo

bf=170(cm)

Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b=170(cm)

Quy đổi tiết diện tính toán:

- Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh:

S



1 2

2

= 20 +235×28.12520

 = 23.75 (cm)= 238(mm)

w dc=15.014: Trọng lượng dầm trên một đơn vị chiều dài (KN/m).

w dw=56: Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài ( tính cho một dầm,(KN/m)) (1+IM) : Hệ số xung kích

M = 50 : Diện tích đường ảnh hưởng M (m2)

Sức kháng uốn tính toán: Mf = 0.9 x 10364.098= 9327.688 KNm

Thấy: Mf >Mu (M u- 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 làtrục 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:

x

x As

a

32

× 1700

× 85 0

420

× 4 5468

=49.67 (mm) =3512,2 KN.m

Ta thấy Mw-Mu =3512.2-3473=39.2>0  Bố trí cốt thép đơn

Sơ đồ chọn thép và bố trí thép:

× 4 50

×

= 125 (mm)= 12.5 (cm)d:Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo: d=h-dl= 140 – 12.5 = 127.5(cm)

Giả sử trục trung hòa đi qua bản cánh

Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi:

× 85 0

520

× 4 77

=8.72(cm)<ββlhf= 16.97 (cm)Vậy điều giả sử là đúng

Mô men kháng tính toán:

a d

Mr=0,9×0,85×87.2×1700×32× 1275  872.2 =4468646177.28 (Nmm)= 4468.65(KNm)

Như vậy Mr>Mu= 1125.7(KNm)=>Dầm đủ khả năng chịu m«men

Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

Vậy cốt thép tối đa thỏa mãn

KiÓm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Tính toán m«men và lực cắt tại vị trí bất kì.

Vẽ đ.a.h của m«men và lực cắt

+chiều dài nhịp:l=20(m)

+chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt từ 0 đến 10,mỗi đoạn dài 2(m)

Đường ảnh hưởng m«men tại các tiết diện:

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

wM :diện tớch đờng ảnh hởng mụmen tại mặt cắt thứ i

wQ :tổng đại số diện tớch đờng ảnh hởng lực cắt

wlQ:diện tớch phần lớn hơn trờn đờng ảnh hởng lực cắt

LLM:hoạt tải tương ứng với đờng ảnh hởng mụmen lực cắt tại mặt cắt thứ i

LLQ:hoạt tải tương ứng với đờng ảnh hởng lực cắt tại mặt cắt thứ i.

mgM;mgQ:hệ số phõn bố ngang tinh cho mụmen lực cắt

LLL=9,3KN/m:tải trọng làn rải đều

(l+IM):hệ số xung kớch,lấy bằng 1,25

η:hệ số điều chỉnh tải trọng xỏc định bằng cụng thức:

η=ηdìηRìηl≥0,95 Với đường quốc lộ và trạng thỏi giới hạn cường độ I:ηd=0,95;ηR=1,05;

ηl=0,95.Với trạng thỏi giới hạn sử dụng η=1

1175.8

20 68 2

4.Vẽ biểu đồ bao vật liệu:

Tớnh toỏn mụmen khỏng tớnh toỏn của dầm khi bị cắt hoặc uốn cốt thộp:

Kết quả tớnh toỏn được thể hiện trong bảng sau:

Hiệu chỉnh biểu đồ bao mụmen

Do điều kiện về lượng cốt thộp tối thiểu:Mr ≥ min{1,2Mcr;1,33Mu} nờn khi

Mu≤0,9Mcr thỡ điều kiện lượng cụt thộp tối thiểu là Mr≥ 1,33Mu.Điều này cú nghĩa là

chịu lực của dầm phải bao ngoài đường 34 Mu khi Mu≤0,9Mcr.

Mu  0,9M cr 420.98kN.m => x1=716mm

Mu =561.3 Kn.m =>x2=955mm

-Tại đoạn M u  1, 2M cr ta giữ nguyờn biểu đồ M u

-Trong đoạn 0,9M cr M u  1, 2M crvẽ đờng nằm ngang với giỏ trị 1,2M cr

-Tại đoạn M u  0,9M cr vẽ đường ' 4

-1/20 lần nhịp:1/20x20000=1000 (mm).

=>chọn ll= 1300 (mm)

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

gọi là chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực đó là đoạn mà cốt thép dính bámvới bª t«ng 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 triển khai 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 nhỏ hơn 300mm

Chiều dài triển khai cốt thép cơ bản ldb(mm) được sử dụng với cốt thép dọc sử dụng trong bài là thép sô 29

f

f

A

=0.02×64532×520=1185.8 (mm)Đồng thời ldb≥0,06× db ×fy=0,06×29 ×520= 904.8 (mm)

5.TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT

Biểu thức kiểm toán φVVn > Vu

Vn :sức kháng danh định,được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của

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

+  :góc nghiêng của ứng suất nén chéo

+ β,  được xác định băng cách tra đồ thị và tra bảng

+α:góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc,bố trí cốt thép đai vuông với trục dầm nên α=90

+Hệ số sức kháng cắt,với bª t«ng thường Φ=0,9

Av:diện tích cốt thép bị cắt trong cự ly s(mm)

Vs:Khả năng chịu lực cắt của bª t«ng (N)

Vu:Lực cắt tính toán(N)

Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả năng chịu lực của bª t«ng vùng nén:

+Xét mặt cắt cách gối một khoảng dv= 1187.8 mm.Xác định nội lực trên đường bao băng phương pháp nội suy

+Tính toán ứng suất cắt

V=

v v

u

b d

u v

u

A E

g V

Tra bảng ta được =39o Tính lại εx=1.71 ×10  3

Tiếp tục tra bảng ta được =40.88 o Tính lại εx=1.52×10  3

Tiếp tục tra bảng ta được =41.04 o Tính lại εx=1.67×10  3

Giá trị của, εx hội tụ

v

V

g d

f

A    cot 

fy=520MPa:giới hạn chảy quy định với côt thép đai

= 41.04 o :góc nghiêng với ứng suất nén chéo

Vậy ta tính được: Smax=142×300411×1187.78.75×1000×cotg41.04= 141.17 (mm)

Ta chọn khoảng cách bố trí côt đai s=14 (cm)

Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu:

=0,083 32

300

200

× 200

0.9

×8.1187

10

×72

0

1000

× 28 554

 cotg=>§ạt

6 Sức kháng cắt danh định của cốt thép xiên

Biểu thức kiểm toán φVVn > Vu

Vn :sức kháng danh định,được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của

g d

v yb

sb

sb

S

Sin g

g d

f

A

Trong đó:

 : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo (độ);

v yb sb sb

S

Sin g

g d

f A

Asx = (Vn – Vu)/ fy x sin 45

Số lượng thanh là a = Asx/ S Φ25 = 3836.56/387 = 7.52(thanh)

Vậy tổng số thanh xiên trong toàn dầm là 8 thanh

+ Khoảng cách giữa các cốt xiên:

b

S  mm

sức kháng cắt danh định của cốt thép xiên là:

vsb=1320.37×1008×520×2618cotg41.04cos45sin45=465.451×103 (N)

Sức kháng cắt danh định của cốt thép đai là

Vsv =

s

g f

350

ì 238 ) 2

1257.93 (

8 1257.93(23

ì 200 ) 2

206.7 - (1400

ì 1700

20.67 - (140

ì 20.67

ì 170 12

2

8 23

=1.263ì107(cm4)

Tính ứng suất kéo của bê tông :

2 - 1

3

10

ì 109

ì 10

ì 263 1

10

ì 38 3027

+Trong đó:

dc : chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùngcho đến tâm thanh gần

nhất, theo bố trí cốt thép dọc ta có dc=50mm

+A : Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thep chủ chịu kéo và đợc bao bởi các

mặt cắt ngang và đờng thẳng song song với trục trung hoà chia số lựơng thanh

Để tìm A ta giả sử đờng giới hạn trên của miền A tại sờn dầm Trọng tâm của miền A

tính nh sau:

2 2

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép:

-Tính diện tích tơng đơng của tiết diện khi bị nứt:

) (

12

75) 140.89.23.

(140

-ì 20 ) 2

23.75 - 140.89 -

(140

ì 20.67

ì 170 12

20.67

ì

2 2

) ( 10

ì 597 9 12) - (140.89

ì 71.4

ì 7 2

) 2

23.75 - 140.89

.

9

10

ì 3027.348

Đah y1/2

L x

3

48EI L

ì 2 10724 20

ì 25 1056 7

Điều kiện này thoả mãn

Độ võng do xe tải thiết kế gây ra xác định theo công thức :

       

3 2

1 1

3 2

10

ì 1.263

ì 564

38 3027

756 467

(mm4

I e : mô men hữu hiệu, tính theo công thức :

cr a

cr g

-3 4

-3 ì 1.263 ì 10 [ 1 3 688 ì 10 ] ì 9.597 ì 10 1212 ì 10 10

Thay vào tính đợc y=39.12 x10  3m

Tính toán độ võng của do hoạt tải gây ra

Độ võng ta vừa tính ở trên cha tính đến hệ số phân bố ngang, hệ số cấp đờng và hệ sốxung kích khi tính võng Bây giờ ta phải xét các hệ số này

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

12.225 39.12

ì 1.25

ì 0.5

ì 5 0 ) 1 (

f

Độ võng do tải trọng làn:

3 - 2

4 4

-10

ì 77 5 10

ì 12.12

ì 27691.47

ì 384

20

ì 0.0093)

ì (1

ì 5 384

qL

y

c L

Kết quả tính toán độ võng do 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế:

8.82625 5.77

12.225

ì 25 0 25

0 )

=>Đạt