THiết kế kết cấu bê tông cốt thép l =17m theo 22TCN272 05

Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.. Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm: Tại mặt cắt trên gối của dầm,

Đồ Án Môn Học KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu đường ôtô 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

Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mgM=0.63

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mgQ= 0.55

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’=30MPaQuy 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 toán kiểm toán nứt

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

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

9 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 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:

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

và ứng suất kéo chủ Chiều rộng bw này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ BT với chất lượng tốt

Theo yêu cầu đó,ta chon chiều rộng sườn bw=20cm

2

Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b=180cm.

Quy đổi tiết diện tính toán:

- Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh:

S

 1 2

S

 1 2 2

35 20



 =25,75cm=257,5mm

II.TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM.

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

=24,13 : Hoạt tải tương đương của xe 2 trục thiết

kế ứng với đ.a.h M tại mặt cắt giữa nhịp(KN/m)

mgM=0,63

LLtruck

M =27,545 :Hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế ứng với đ.a.h M tại

mặt cắt giữa nhịp(KN/m)

Wdc=14.319 :Trọng lượng dầm trên 1 đơn vị chiều dài(KN/m)

Wdw=6 :Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên

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

Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm:

Mn:Mô men kháng danh định

Mu=2577.77(KNm)

:Hệ số kháng(với dầm chịu kéo khi uốn lấy:=0,9

As:Diện tích cốt thép chịu kéo

Fy=420Mpa:Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ

f'

c =30Mpa:Cường độ chịu nén của BT ở tuổi 28 ngày

1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định:

c =30MPa nên ta có βl=0.836

hf=0.18625m:chiều dày bản cánh sau khi quy đổi

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

d b f

M M

w c

f u



Với Mf=0,85×βl(b-bw)×hf×f'

c (d-hf/2)Thay các số liệu vào ta có:

2 1

1

d b f

f b

85 ,

40 70 70

y F

d:Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

d=h-dl=130-11=119cm

Giả sử trục trung hòa đi qua bản cánh

Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi:

a=

b f

f A c

y s

' 85 ,

0.85 30 180



  =5.83cm<βlhf=15.57vậy điều giả sử là đúng

Mô men kháng tính toán:

*Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

d c = a d

l

0.8 119  =0.061<0,42Vậy cốt thép tối đa thỏa mãn

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

f'

=0.03× 30

420=0.214%(thỏa mãn)

III-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC:

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

Vẽ đ.a.h của moomen và lực cắt

10 2

1 3 4 5 7 8 9 0

3,57

4,08

4,25 6

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

wQ: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

8

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

m)

cd i

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 sẽ lần 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 cao khối 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)

A f bf

*Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen:

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 Điều nàycó nghĩa là khả năng chịu lực của dầm phải bao ngoài đường 4/3Mu khi Mu 0.9M

+Xác định mômen nứt: Mcr = fr

g t

I y

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

Ag = 18.625180+(130-18.625-25.75)20+25.7535 =5966.25(cm2)

Vị trí trục trung hoà:yt = t t

t

y F F

25.75 89.44

2 10496133.95(cm )

Mu = 1,2Mcr= 1,2x404.87=485.844(kNm) x2=836.42 (mm)

Mu = 0,9Mcr=0,9×404.87=364.383(kNm) x1= 627.31(mm)

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

12

- Trên đoạn 0.9Mcr≤Mr≤1.2Mcr vẽ đường nằm ngang với giá trị 1.2Mcr.

- Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường ' 4

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 định điểm 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 dính bám 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 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 số 26

ldb= '

02 , 0

c

y b

f

f A

30

=814.35(mm)Đồng thời ldb≥0,06×db ×fy=0.06×26×420=655.2(mm)Trong đó

A

=

6

59.67 3.72=0.94

 ld=814.35×1.4×0.94=1071.68(mm) Chọn ld=1075(mm)Với:

Act=59.67(cm2) Diện tích cần thiết theo tính toán

Att=63.72 (cm2) Diện tích thực tế bố trí

Cốt thép chịu kéo có thể kéo dài bằng cách uốn cong qua thân dầm và kết thúc trong vùng BT chịu nén với chiều dài triển khai ld tới mặt cắt thiết kế có thể kéo dài liên tục lên mặt đối diện cốt thép

14

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 Vì thế

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 mặt cắt ngang là tuyến tính và tính ứng suất kéo f c của bê tông

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

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 sử

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

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

thanh.Để tìm A ta giả sử đường giới hạn trên của miền A tại sườn dầm.Trọng tâm

miền A tính như sau:

2

22 35 22 / 2 (35 2 7,5) 7,5 (22 7,5 / 2) 2 (0,5 7,5 (22 7,5 / 3)) 20 (22 / 2) y

Gỉai phương trình bậc hai ta có=0,5cm

Khi đó diện tích bêtông có cùng trọng tâm với trọng tâm cốt thép chịu kéo la:

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

924,5 110 483.

1729.2

76 1

9 0

bv là diện tích hữu hiệu, lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao dv, vậybv=bw=200 (mm)

 ta chọn dv =1160.85 (mm)

Biểu thức kiểm toán  .V n > V u

V n Sức kháng cắt dạnh định ,được lấy giá trị nhỏ hơn của

+ 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

+ 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 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 = 1160.85 là :xác định nội lực trên đường bao bằng pp nội suy:

534.8226( )

u u

c

v

f  0,0085 < 0,25

+ Gỉa sử trị số góc   45 0 tính biến dạng cốt thép chụi kéo theo công thức

s s

u v

u

x

A E

g cot V , d

v

d 1160.85mm

2 5

10

2 s

Tiếp tục tra bảng được   38,654  Tính lại x  1, 61 10  3

Tiếp tục tra bảng được Tính lại x 1, 61 10  3

ngang cố thep đai là :

Kiểm tra khoảng lượng cố thep đai tối thiểu:

Lượng cố thép đai tối thiểu

3

48EI L

145KN 145KN 35KN

Xét trường hợp cả ba trục đều nằm ở trong nhịp Vị trí bất lợi của xe được xác địnhtheo công thức :

Điều kiện này thỏa mãn

Độ võng do xe tải thiết kế gây ra

3 2

1 1

3 2

cr g

Tớnhtoỏn do hoạt tải gõy 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: