Đồ án kết cấu bê tông cốt thép

I. Đề bài: Thiết kế dầm chữ T hoặc chữ nhật cho cầu trên đường ô tô nhịp giản đơn bằng BTCT. II. Các số liệu giả định: (xem chi tiết trong file .doc) III. Yêu cầu A. Thuyết minh tính toán : 1. Chọn sơ bộ mặt cắt. 2. Vẽ biểu đồ bao momen. 3. Tính toán và bố trí cốt thép chủ. B. Bản vẽ.

Phần I : Nhiệm vụ thiết kế môn học

I Đề bài: Thiết kế dầm chữ T hoặc chữ nhật cho cầu trên đường ô tô nhịp giản đơn bằng

BTCT

(hình vẽ dọc)

(hình vẽ cắt ngang)

II Các số liệu giả định

III Yêu cầu

A Thuyết minh tính toán :

1 Chọn sơ bộ mặt cắt

2 Vẽ biểu đồ bao momen

3 Tính toán và bố trí cốt thép chủ

B Bản vẽ

Phần II Thuyết minh tính toán với dầm chữ T đơn giản

I Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt

I.1 Chiều cao dầm h

Chiều cao dầm được chọn không thay đổi suốt chiều dài dầm Với cầu đường ô tô nhịp giản đơn chọn sơ bộ h theo công thức kinh nghiệm h=(1/8 ~ 1/20)L = (0,125 ~ 0,05)LChọn h = 0,08L = 1000 mm

I.2 Chiều cao có hiệu sơ bộ.

3125 = 1250 mm

I.5 Diện tích mặt cắt.

A = 1250 200 + 800 300 = 490 000 mm2

I.6 Trọng lượng bản thân 1m chiều dài dầm.

wD = γc A = 24 0,49 = 11,76 kN

II Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực.

Mô men

- Công thức tính toán:

M= 1,25 MD + 1,75 MLL + 1,75 ( 1 + IM ) MX ( kNm )

- Trong đó:

+MD : Là momen tính cho tĩnh tải phân bố đều

+MLL : Là momen của tải trọng làn phân bố đều

Xếp tải với xe 3 bánh tiêu chuẩn

145

35 145

145

35 145

145

35 145

145

35 145

Xếp tải với xe 2 bánh tiêu chuẩn

Tính toán MX ( kNm ) theo 2 trường hợp Mặt cắt tính toán Xe 3 bánh tiêu chuẩn Xe 2 bánh tiêu chuẩn

( m2)

MD( kNm )

MLL( kNm )

MX( kNm )

M( kNm )

80

27 69 ,7 68

34 98 ,7

97

38 51 ,2

16 03 ,4 80 27 69 ,7 68 34 98 ,7

97 38 51 ,2 69

Lực cắt

-Công thức tính:

V = 1,25 VD + 1,75 VLL + 1,75 ( 1 + IM ) VX

- Trong đó:

+VD : Là lực cắt tính cho tĩnh tải phân bố đều

+VLL : Là lực cắt của tải trọng làn phân bố đều

Xếp tải với xe 3 bánh tiêu chuẩn

0,8 0,2

0,7 0,3

0,4

0,6

0,5 0,5

35 145

145

35 145

145

35 145

145

35 145

145

35 145

145

35 145

Xếp tải với xe 2 bánh tiêu chuẩn

0,8 0,2

0,7 0,3

Tính toán VX ( kN ) cho 2 trường hợp

Mặt cắt Xe 3 bánh tiêu chuẩn Xe 2 bánh tiêu chuẩn

cắt

Diện tíchđại số đah ( m2)

VD( kNm )

VLL( kNm )

VX( kNm )

V( kNm )

Tính và bố trí thép dọc chủ giữa dầm

Bài toán: Tìm As dầm chữ T như hình vẽ:

Biết b = 1250, h = 1000, hf = 200, b = 300, fc’ = 28 MPa , fy = 414 MPa

Mu = 3913,371/ 4 = 978,342 kNm

Lời giải:

- Chọn ϕ = 0,9 ta có chiều cao mặt cắt có hiệu d :

d = ϕh = 0,9 1000 = 900

- Giả sử TTH đi qua bản cánh

+ Chiều cao khối ứng suất a:

d a b

29,0(.25,1.10.28.85,09

a

mm < hf = 200 mm Vậy giả sử đúng TTH đi qua bản cánh

10.414

04155,0.25,1.10.28.85,0

= 2986.10−6 m2=2986 mm2

- Chọn bố trí:

Bố trí 6 thanh ϕ25 có diện tích là 6.510 = 3060 mm2

- Kiểm toán:

Chiều cao mặt cắt có hiệu là: d = 910 mm

+ Giả sử TTH đi qua sườn dầm:

25,1.10.28.85,0

10.414.10.3060

0425,0

=0,05 m < hf = 0,2 m Vậy giả sử đúng

+ Momen kháng uốn danh định:

Mn = As fy ( d – a/2) = 3060 10− 6.414 103 ( 0,91 – 0,0425 / 2) = 1125,9 kNm.+ Momen kháng uốn tính toán :

Mu = ϕMn = 0,9 1125,9 = 1013,31 > 978,342 là momen đặt vào mặt cắt

Vậy mặt cắt có khả năng chịu momen

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu :

ρ=

910.300

3060 =

Vì ρ >ρmin nên mặt cắt thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu

+ Kiểm tra điều kiện dẻo của mặt cắt :

Bố trí cốt đai

- Bố trí cốt đai đoạn ¼ dầm đến đoạn ¾ dầm (

4

34

10.414.10.3060

.85,0

3

3 6

f A a

c

y s

0425,0

a d

72,0

9,0

2 = max

879 = 879 mm

u

d b

V

φ = 0,9.0,3.0,879

653,223

= 942,371 kN/m2

u u

v u

x

E A

V N

d M

.2

cot.5,05,01

θε

+

+

10.200000

10.3060.2

376,1.653,223.5,0879,0

342,978

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,02

θε

++

10.200000

10.3060.2

356,1.653,223.5,0879,0

342,978

−

+

=1,033 10− 3Xét :

1 2

x

x x

04,1033,

y v

b f

f A

083,

3,0.10.28.083,0

10.414.10.260

3

3 6

= 600 mmVậy bố trí cốt đai cấu tạo số 13 bước cốt đai 600mm

Bố trí cốt đai đoạn: cách gối 1m đến

10.414.10.3060

.85,0

3

3 6

f A a

c

y s

0425,0

d b

V

φ = 0,9.0,3.0,879

060,320

= 1348,586 kN/m2

u u

v u

x

E A

V N

d M

.2

cot.5,05,01

θε

++

10.200000

10.3060.2

376,1.060,320.5,0879,0

57,783

u u

v u

x

E A

V N

d M

.2

cot.5,05,01

θε

++

10.200000

10.3060.2

434,1.060,320.5,0879,0

57,783

x

x x

908,0915,

V

d f

=

33,91

434,1.879,0.10.414.10

=1,4856mTính toán khoảng cách cốt đai theo các giới hạn tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 :

s≤

w c

y v

b f

f A

083,

3,0.10.28.083,0

10.414.10.260

3

3 6

= 600 mmKết luận bước cốt đai bằng 600mm

0425,0

a d

72,0

9,0

2 = max

879 = 879 mm

u

d b

V

φ = 0,9.0,3.0,879

422,364

= 1535,508 kN/m2

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,01

θε

++

10.200000

10.3060.2

376,1.422,364.5,0879,0

696,320

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,02

θε

++

10.200000

10.3060.2

786,1.422,364.5,0879,0

696,320

s s

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,03

θε

+

+

10.200000

10.3060.2

719,1.422,364.5,0879,0

696,320

564,0554,

V

d f

=

312,119

719,1.879,0.10.414.10

=1,363mTính toán khoảng cách cốt đai theo các giới hạn tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 :

s≤

w c

y v

b f

f A

083,

3,0.10.28.083,0

10.414.10.260

3

3 6

= 600 mmKết luận bước cốt đai bằng 600mm

Phần II Thuyết minh tính toán với dầm chữ nhật.

Chiều cao có hiệu sơ bộ của mặt cắt:

d=0,9h = 0,9.800 = 720 mmTâm cốt thép chịu nén đến mép bê tông chịu nén:

d’ = 60 mmTính toán:

Hàm lượng cốt thép tối đa:

0207,0414

28.85,0.36,036

Chiều cao khối ứng suất chữ nhật là:

Tính duyệt lại mặt cắt theo điều kiện cường độ:

)9814236(

0022,0)222

601(003,0)1

Vậy cốt thép vùng chịu nén chảy dẻo phù hợp với giả thiết tính toán

Ta có: c / d = 222 / 710 = 0,313 < 0,42 nên mặt cắt thỏa mãn điều kiện dẻo

Sức kháng uốn danh định của mặt cắt:

Mn = As fy ( d – a/2) + As’ fy ( a/2 – d’)

= 4236 414 10− 6 (710 – (0,85 222)/2) + 981 414 10− 6.( (0,85.222)/2 – 60) = 1093,62 kNm

710

60

+ Chọn chiều cao chịu cắt của mặt cắt:

a d

72,0

9,0

2 = max

3,521 = 521,3 mm

u

d b

V

φ = 0,9.0,3.0,5213

653,223

= 1589 kN/m2

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,01

θε

++

10.200000

10.4236.2

376,1.653,223.5,05213,0

342,978

u u

v u

V N

d M

.2

cot.5,05,02

θε

+

+

10.200000

10.4236.2

285,1.653,223.5,05213,0

342,978

−

+

=1,192.10− 3Xét :

198,1192,

−

=0,693 m

Tính toán khoảng cách cốt đai theo các giới hạn tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 :

s≤

w c

y v

b f

f A

083,

3,0.10.28.083,0

10.414.10.260

3

3 6

+ Kiểm tra sự chảy của cốt thép dọc:

Để cốt thép dọc ở mặt kéo do uốn không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các thànhphần nội lực là:

φφ

φ 0,5 α ( 0,5 s )cot

v

u u v

φ

φ 0,5 α ( 0,5 s)cot

v

u u

9,0

653,223(5213,0.9,0

342,

= 235 kNVậy cốt théo dọc không chảy

+ Kết luận: Bố trí thép đai số 13 khoảng cách 400mm cho đoạn ¼ dầm đến đoạn ¾ dầm (4

300 60

a d

72,0

9,0

2 = max

3,521 = 521,3 mm

u

d b

V

φ = 0,9.0,3.0,5213

060,320

=2274 kN/m2

u u

v u

V N

d M

.2

cot.5,05,01

θε

+

+

10.200000

10.4236.2

376,1.060,320.5,05213,0

57,783

v u

V N

d

M

.2

cot.5,05,01

θε

+

+

10.200000

10.4236.2

370,1.060,320.5,05213,0

57,783

−

+

=1,0165 10− 3

1 2

x

x x

017,10165,

V

d f

=

08,209

370,1.5213,0.10.414.10

=0,368 mTính toán khoảng cách cốt đai theo các giới hạn tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 :

s≤

w c

y v

b f

f A

083,

3,0.10.28.083,0

10.414.10.260

3

3 6

+ Kiểm tra sự chảy của cốt thép dọc:

Để cốt thép dọc ở mặt kéo do uốn không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các thànhphần nội lực là:

φφ

φ 0,5 α ( 0,5 s)cot

v

u u v

φ

φ 0,5 α ( 0,5 s)cot

v

u u

9,0

06,320(5213,0.9,0

57,

= 2014 kNVậy (*) không thỏa mãn ta tăng Vs thông qua sử dụng bước cốt đai thích hợp:

v f

u sx sx v

d

M f

A V

+ Kết luận: Bố trí thép đai số 13 khoảng cách 160 mm cho đoạn cách gối 1m đến

a d

72,0

9,0

2 = max

3,521 = 521,3 mm

u

d b

V

φ = 0,9.0,3.0,5213

422,364

= 2589.13 kN/m2

s s

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,01

θε

+

+

10.200000

10.4236.2

376,1.422,364.5,05213,0

696,320

u u

v u

x

E A

V N

d M

.2

cot.5,05,02

θε

+

+

10.200000

10.4236.2

698,1.422,364.5,05213,0

696,320

x

x x

511,0545,

u u

v u

x

E A

V N

d

M

.2

cot.5,05,03

θε

+

+

10.200000

10.4236.2

666,1.422,364.5,05213,0

696,320

545,0542,

V

d f

=

79.239

666,1.5213,0.10.414.10

=0,390mTính toán khoảng cách cốt đai theo các giới hạn tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 :

s≤

w c

y v

b f

f A

083,

3,0.10.28.083,0

10.414.10.260

3

3 6

−

=0,8170 m

Do Vu = 364,422 kN < 0,1fc’.bwdv = 0,1.28.103.0,3.0,5213 = 437,892 kN nên:

Asx fy ≥ θ

φφ

φ 0,5 α ( 0,5 s)cot

v

u u

v f

φ

φ 0,5 α ( 0,5 s)cot

v

u u

442.364(5213,0.9,0

696,

= 731 kNVậy cốt théo dọc không chảy

+ Kết luận: Bố trí thép đai số 13 khoảng cách 390 mm cho đoạn cốt đai từ 1m về đầu đặtgối