Đồ án Kết cấu Bê tông Cốt thép Cầu Máng

Dựa vào điều kiện địa hình, tính toán thủy lực và thủy nông, người ta đãxác định được các kích thước cơ bản của cầu máng và mức nước yêu cầu trongcầu máng như sau:... 5 – Khung đỡ không

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT

THIẾT KẾ CẦU MÁNG

A TÀI LIỆU THIẾT KẾ

Kênh dẫn nước đi qua một vùng trũng Sau khi tính toán và so sánh các phươngán: xi phông, kênh dẫn, cầu máng… chọn phương án xây dựng cầu máng bằngBTCT Dựa vào điều kiện địa hình, tính toán thủy lực và thủy nông, người ta đãxác định được các kích thước cơ bản của cầu máng và mức nước yêu cầu trongcầu máng như sau:

5 – Khung đỡ (không tính toán trong đồ án)

Độ cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng δ=0,5 m.Theo biểu đồ phân vùng áp lực gió, vùng xây dựng công trình có cường độ gió

q g=1,2kN/m2, hệ số gió đẩy k gió đẩy=0,8, hệ số gió hút k gió hút=0,6 được lấy trongtrường hợp coi vách máng thẳng đứng

Tải trọng người đi q ng=200 kG/m2= 2 kN /m2

Cầu máng thuộc công trình cấp III Dung trọng bê tông thiết kế γ b=25 kN /m3.Tra các phụ lục trong giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép – ĐH Thủy Lợi, ta đượccác số liệu sau:

1 Chọn kích thước và Xác định sơ đồ tính toán

Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọngkhông thay đổi dọc theo chiều dòng chảy Do vậy, đối với các bộ phận: lềngười đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m theo chiều dòng chảy và tính toántheo bài toán phẳng Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiềunhịp

3 Xác định nội lực (bằng tính toán, phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phầnmềm tính toán kết cấu)

2

u dài (cm)

Số than h

Tổng chiều dài (m)

1

4

- Áp lực nước tương ứng với H max : q n

- Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): q gđ và q gh

Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng.

q gđ (gió đẩy, máng không có nước và không có người đi trên lề)

M bt c = (q bt c L 1 )/2 =(2,5 0,8 2 )/2= 0,8 kNm.

M bt = n bt M bt c = 1,05.0,8= 0,84 kNm.

q gđ c = k gđ q g c 1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m.

q gđ = n g q gđ c = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m.

b Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng: M bt , M ng ,

q n , q gh (gió hút, trong máng dẫn nước với mực nước H max và trên lề có người đi)

M bt c, Mbt tính ở TH trên

Hình 2.3 – Biểu đồ bao nội lực vách máng

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)

M1 = 3,06 kNm

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)

M2 = 21,87 kNm

2.4 Tính toán và bố trí cốt thép

a Tính toán và bố trí cốt thép dọc:

Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt

có mô men uốn lớn nhất (mặt cắt ngàm) cho trường hợp căng trong vàcăng ngoài

Tiết diện chữ nhật b = 100 (cm), h = 20 (cm)

Chọn a = 2 (cm), h0=h−a=18 cm.Tra bảng: m b=1; m a=1,1

A= k n n c M

m b R n b h02=

1,15.1.3,06 1041.70 100 182 =0,0155

α=1−√1−2 A=1−√1−2.0,0135=0,0156

Tacó: μ min b h0=0.1 %.100 18=1,8 cm2>F a 1=0,85 cm2

→Chọn và bố trí thép chịu lực lớp ngoài theo cấu tạo 5 ∅ 10/1m

(3,93cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy

c Bố trí cốt thép

Lớp trong 5 ∅ 14/1 m; Lớp ngoài 5 ∅ 10/1m.Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 4 ∅10 /1m

4∅10/m l1thanh = 3200 cm

Đường kính (mm)

Chiều dài (cm)

Số thanh

Tổng chiều dài (m)

3

III ĐÁY MÁNG

3.1 Chọn sơ bộ kích thước đáy máng và sơ đồ tính toán

Cắt 1m dài vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tính như một dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc

Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau:

Chiều dày bản đáy hd = 25 cm

Hình 3.1- Sơ đồ tính toán đáy máng

d Tải trọng của nước trong trường hợp cột nước Hmax:

+ Áp lực nước lên vách máng truyền xuống đáy máng:

Sử dụng phần mềm SAP 2000, vẽ biểu đồ nội lực ứng với từng tải trọng tác dụnglên đáy máng, sau đó tổ hợp lại thành các trường hợp tải trọng gây bất lợi nhất cho

ba mặt cắt cần tính toán và bố trí cốt thép: mặt cắt sát vách, mặt cắt giữa nhịp vàmặt cắt trên gối giữa

3.3.1 Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống (q bt , M bt ):

kNm M

M = 0,640 kNm

ng

kN Q

M kNm

3.3.4 Nội lực do tải trọng gió thổi từ trái sang phải (M gđ, M gh ):

-

-0,236

M = 2,250 kNm

Q kN

2,925 kNmM

3.3.5 Nội lực do tải trọng gió thổi từ phải sang trái (M gđ, M gh ):

0,093

M = 3,000 kNm

gd c

3,900 2,507

1,832

+ +

31,73

+

-11,17

3.3.7 Nội lực do tải trọng của nước trong trường hợp cột nước Hngh(M nngh, q nngh ):

Các trường hợp tải trọng gây ra nội lực bất lợi nhất tại ba mặt cắt cần tính toán bao gồm:

Trường hợp tải trọng gây ra mô men căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách:

M1 = M3.3.1 + M3.3.2 + M3.3.5 + M3.3.6 = 0,84+ 0,768+2,925 + 17,330 = 21,863 kNm

Trường hợp tải trọng gây ra mô men căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:

M2 = M3.3.1 + M3.3.3 +M3.3.4 + M3.3.7 = 0,681+ 0,093 + 1,832 + 1,706 = 4,321 kNm

Trường hợp tải trọng gây ra mô men căng trên tại mặt cắt trên gối giữa:

μ min b h0=0,1 %.100 18=1,8 cm2

Fa >µminbh0 → Chọn và bố trí cốt thép chịu lực là 514/1m (7,69 cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy

Tính toán như cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật b = 100cm; h = 20cm; chọn a = 2cm; h0 = h – a = 18 cm

A= k n n c M2

m b R n b h02=

1,15.1.4,321 1041.70.100 182 =0,022

Q = Q3.3.1 + Q3.3.2 + Q3.3.3 + Q3.3.5 + Q3.3.6

Tổngchiề

u dài(m)

Khốilượng(kg)

4 Dầm đỡ giữa

4.1 Chọn sơ bộ kích thước dầm và sơ đồ tính toán

Đáy máng bố trí 3 dầm đỡ bao gồm 2 dầm bên và 1 dầm giữa Hai dầm bênchịu tải trọng từ vách máng và phần lề người đi truyền xuống nhưng chịu tảitrọng nước và tải trọng bản thân ít hơn dầm giữa Do vậy, ta có thể tính toán và

bố trí cốt thép cho dầm giữa, bố trí thép tương tự cho 2 dầm bên Tách dầm giữabằng 2 mặt cắt dọc máng

Sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa là dầm liên tục tiết diện chữ T có số nhịp n = 6

và các gối tựa là các trụ đỡ

Chiều dài nhịp

lnhịp = 26/6 = 4,33m

Chọn kích thước mặt cắtdầm:

Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên dầm đỡ giữa bao gồm:

4.2.1 Tải trọng bản thân của dầm

qdc= γb .Fd = 25[(0,8 - 0,2).0,3 + 0,2.1,6] = 12,5 kN/m

qd= nt.qdc = 1,05.12,5 = 13,125 kN/m

M kNm 107,57

35,19

79,70

44,40 80,29

93,75

143,40

125,00

112,14 116,54

→α=1−√1−2 A = 0,108

α = 0,108 < 0,7 = α0 → Tính cốt đơn

F a=m b R n b h0α

m a R a =

1.70 30 76 0,1081,1.2100 =7,46 cm

k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,6.0,9.6,3.30.76 = 7756,56 daN

knncQ = 1,15.1.143,40.102 = 16491 daN0,25mb3Rnbh0 = 0,25.1.70.30.76 = 39900 daN