ĐỒ ÁN KẾT CÂU BÊ TÔNG CỐT THÉP, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

- Khoảng cách tim giữa hai dầm.Bề rộng cánh tính toán của dầm biên lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầmtrong kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của: - Chiều dài của phần cánh hẫng Khi tí

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

GVHD: LÊ THỊ NHƯ TRANG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNGTVT

KHOA CÔNG TRÌNH

-CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Sinh viên: ……… Lớp : ………

Thiết kế một dầm chính của một cầu ô tô có nhịp kiểu giản đơn bằng bê tông cốt thép thường có tiết diện dạng chữ T, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại xưởng với số liệu giả định. A SỐ LIỆU CHO TRƯỚC - Bề rộng chế tạo của cánh dầm : ………

- Chiều dài nhịp tính toán ………

- Tĩnh tải rải đều tiêu chuẩn tác dụng lên dầm

- Trọng lượng bản thân dầm trên một mét dài (phụ thuộc vào kích thước mặt cắt dầm):

- Hoạt tải thiết kế:

- Hệ số tải trọng của trọng lượng bản thân dầm………

- Hệ số tải trọng của tải trọng phần trên………

- Hệ số tải trọng của hoạt tải………

- Hệ số xung kích………

- Hệ số phân bố ngang tính mômen………

- Hệ số phân bố ngang tính lực cắt ………

- Hệ số phân bố ngang tính độ võng………

- Các hệ số điều chỉnh tải trọng………

- Độ võng tương đối cho phép của hoạt tải………

- Vật liệu: + Cốt thép dọc chịu lực:………

+ Cốt thép đai:………

+ Bê tông:………

bf = 1.8 (m)

l = 12 (m)

DW = 5 (kN/m)

DC=γc.A=14.2(kN/m) HL-93

γpd = 1,25

γpw = 1,5

γL = 1,75 (1+IM) = 1.15

mgM = 0.6

mgV = 0.7

mg = 0,7

η = 0,95 [ ∆/l ] = 1/800

fy = 380 (MPa)

fy = 380 (MPa) f’c = 40 (MPa)

Xác nhận của GVHD

Lê Thị Như Trang

PHẦN 1: THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

I XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM.

1.1 Chiều dài dầm (L) và chiều dài nhịp tính toán (l):

(0,5 0,6 ,)

L l= + ÷ m

Đối với dầm giản đơn nhịp nhỏ (l≤20m)

- Chiều dầy bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí xe

và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác, khi cầu không có dầm ngang thìbản cánh nên chọn dầy hơn Đối với dầm đúc tại chỗ chiều dầy bản cánh không nhỏhơn 1/20 lần khoảng cách trống giữa các đường gờ, nách dầm hoặc sườn dầm còn đốivới dầm đúc sẵn thì không được nhỏ hơn 50mm Theo 22TCN-272-05 thì

: Khoảng cách trung bình hai tim dầm)

=>Theo kinh nghiệm ta chọn chiều dày bản cánh:

1.5.Chiều rộng bản cánh (b):

Bề rộng cánh hữu hiệu đối với dầm bên trong không lấy lớn hơn trị số nhỏ nhất trong

ba trị số sau:

- Khoảng cách tim giữa hai dầm.

Bề rộng cánh tính toán của dầm biên lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầmtrong kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của:

- Chiều dài của phần cánh hẫng

Khi tính bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu, chiều dài nhịp hữu hiệu có thể lấybằng khẩu độ tính toán đối với các nhịp giản đơn và bằng khoảng cách giữa các điểmthay đổi mômen uốn (điểm uốn của biểu đồ mômen) của tải trọng thường xuyên đốivới các nhịp liên tục, thích hợp cả mômen âm và dương

=>Theo điều kiện đề bài cho ta chọn chiều rộng bản cánh: b = 1800mm = 1.8m

1.6.Chọn kích thước bầu dầm (b 1 ,h 1 ) và kích thước các vút:

* Kích thước phần bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắtdầm để quyết định ( số lượng thanh, khoảng cách các thanh, bề dày lớp bê tong bảovệ) Tuy nhiên khi chọn sơ bộ ban đầu ta chưa biết cốt thép chủ là bao nhiêu nên phảitham khảo các đồ án điển hình và nên đảm bảo kích thước sao cho bề rộng bầu phải bốtrí được tối thiểu 4 cột cốt thép và chiều cao bầu phải bố trí được tối thiểu 2 hàng cốtthép

20 30

h = ÷ cm

.Tiếp giáp giữa sườn dầm và bầu dầm, thường cấu tạo vát 1:1

=> Theo kinh nghiệm ta chọn

* Kích thước các vút:

 Mặt cắt ngang dầm đã chọn như sau:

Hình 1 Quy đổi tiết diện

Chiều dày cánh mới:

= 18 + = 18.625 cmChiều dày bầu dầm mới:

Trong đó:

2

1, S

S

là diện tích của một tam giác tại chỗ vát (như hình 1)

: là chiều cao bầu dầm

: chiều dày bản cánh

b: chiều rộng bản cánh

: bề rộng sườn dầm

: bề rộng bầu dầm

2.1.1.Vẽ đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

- Giả sử chiều dài nhịp tính toán :l = 12m

12m1.08

- Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

Hình 4 Đường ảnh hưởng mô men

2.1.2 Tính toán:

Để tính mô men tại mặt cắt nào đó, ta tiến hành xếp tải bất lợi nhất lên đườngảnh hưởng mô men tại mặt cắt ấy Tính diện tính đường ảnh hưởng tương ứng dưới tảitrọng rải đều và tính tung độ đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọng tập trung.a- Đối với TTGH cường độ, mô men M tại mặt cắt thứ (i) nào đó của dầm được xácđịnh theo công thức sau:

M =η DC+ DW + mg P ω + k mg +IM ∑LL y 

110kN

Xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt 1

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt 1

Xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt 2

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt 2

TandemLoad

TruckLoad LaneLoad DW DC

Ðah M3

4.3m

1.2m 145kN

110kN

145kN 110kN

Xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt 3

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt 3

Xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt 4

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt 4

1.2m 145kN

110kN

TruckLoad LaneLoad DW DC

Ðah M5Xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt 5

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt 5

y

tan ,

dem

i sd

M kNm

So sánh các giá trị ghi ở cột (9) với cột (10), thấy hoạt tảiTandemLoad gây ra hiệu ứng

mô men lớn hơn so với hoạt tảiTruckLoad Ta lấy giá trị này để thiết kế dầm

Vẽ được biểu đồ bao mômen cho dầm ở TTGH cường độ:

a- Đối với TTGH cường độ, lực cắtV tại mặt cắt thứ (i) nào đó của dầm được xác địnhtheo công thức sau:

TandemLoad

TruckLoad LaneLoad DW DC

Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 3Lực cắt lớn nhất tại mặt cắt 3

TandemLoad

TruckLoad LaneLoad DW DC

110kN

145kN 110kN

Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 4Lực cắt lớn nhất tại mặt cắt 4

i sd

V kN

(7 ) (8)

435.060

269.15

1 243.5901

1.2

0

9

0.542

0.183

404.005

371.317

269.52

0 207.8512

2.4

0

8

0.442

0.083

329.331

308.688

183.90

7 172.1123

256.453

247.173

141.675

136.372

54

188.020

186.770

101.34

8 100.6345

III TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM

Chiều cao có hiệu (chiều cao làm việc) của dầm có thể lấy:

Lấy và giả sử chiều cao khối ứng suất trong vùng chịu nén:

f

a h=

=18.625cm Sứckháng uốn danh định:

Biểu đồ

Biểu đồ Mặt cắt

3.1 Trỡnh tự tớnh toỏn tiết diện chữ nhật như sau:

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

.= =>= = = 1329.58 KNm

Giả sử cốt thộp chịu kộo đó bị chảy dẻo:

s y

f = f

Từ phương trỡnh cõn bằng mụmen xỏc đỡnh chiều cao vựng bờ tụng chịu nộn

Khi đú phương trỡnh xỏc định chiều cao vựng nộn:

Hình 10 Sơ đồ bố trí cốt thép chủ tại mặt cắt giữa dầm

3.2 Kiểm tra lại tiết diện:

Như vậy: 1430.32KNm > 1196.626 KNm => Dầm đủ khả năng chịu Mô men

3.3 Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

==0.0349< 0.42 => Thỏa mãn điều kiện hàm lượng thép tối đa

3.4 Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Hàm lượng cốt thép tối thiểu là:

=0.03 x = 0.00237

=> Hàm lượng cốt thép tối thiểu thỏa mãn

IV VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớnnhất sẽ lần lượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen Tại mỗi vị trí tiếtdiện có số thanh thép cắt bớt đi, phải luôn đảm bảo điều kiện: r u

M ≥M

Số thanh thép cắt bớt đi luôn đảm bảo tính đối xứng và phù hợp với yêu cầu cấutạo.Có ít nhất 1/3 số thanh cốt thép chủ được kéo về neo ở gối Không được cắt hoặcuốn cốt thép ở góc cốt thép đai Không được cắt 2 thanh cạnh nhau trên cùng mặt cắt

Tại mỗi mặt cắt phải xác định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiềucao khối ứng suất tương đương và mômen kháng tính toán tại tiết diện có cắt thép

Do đó ta có bảng sau:

Bảng 4- Phương án dự kiến cắt cốt thép

4.1 Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen:

- Lượng cốt thép tối thiểu phải thỏa mãn:

-Tron đoạn 0,9Mcr≤Mr≤1,2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1,2Mcr.

-Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đường Mu’= Mu

4.2Biểu đồ bao Momen sau khi đa hiệu chỉnh.

*Xác định điểm cắt lý thuyết:

Điểm cắt lý thuyết là điểm 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 đồ mômen tính toán Mu và xác đinhđiểm giao biểu đồ ΦMu

- Cốt thép nằm ngang ở đỉnh hoặc gần nằm ngang được đặt sao cho có trên 300 mm

bê tông tươi được đổ bê tông dưới cốt thép: 1.4

+ Với các thanh có lớp bảo vệ db hoặc nhỏ hơn với khoảng cách tịnh 2db hoặc nhỏ hơn 2

=> Vậy hệ số điều chỉnh làm tăng = 1.2

- Hệ số điều chỉnh làm giảm ld:

+ Cốt thép được phát triển về chiều dài đang xem xét được đặt ngang cách nhau không nhỏ hơn 150 mm từ tim tới tim với lớp bảo vệ không nhỏ hơn 75 mm đo theo hướng đặt cốt thép: 0.8

+ Không yêu cầu neo hoặc không cần tăng cường tới độ chảy dẻo hoàn toàn của cốtthép, hoặc ở nơi cốt thép trong các cấu kiện chịu uốn vượt quá yêu cầu của tính toán (As cần thiết/ As bố trí)

ld= tt

ct

A A

=

37.0838.7

= 0.958Với Act: là diện tích cần thiết khi tính toán

2468 2455

862.24 1417.10 1140.5

1100 620

200

50

Ðiểm cắt lý thuyết Ðiểm cắt thực tế

620 1100 1070.82

803.11

620

4.3 BIỂU ĐỒ BAO VẬT LỆU

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

+θ: Góc nghiêng của ứng suất nén 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 cắt 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

Bước 1:Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv.

u

u v

+

(Với Es = 2.105 (N/mm2))

Dùng các giá trị

'

c

v f

Bứơc 5: Tính bước cốt đai s(mm)

Trong đó:Av:diện tích cốt đai trong cự li s(mm2)

fy:là giới hạn chảy quy định của cốt thép đai( 380MPa)

-Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Điều kiện kiểm tra : Av>Avmin

S(mm) Kết luận

Tóm lại: Cốt thép đai được bố trí như sau:

- Từ gối đến vị trí gần nhất (vị trí 1) ta bố trí với bước cốt đai: s= 360(mm)

- Từ vị trí cắt 1 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 2) ta bố trí bước cốt đai: s= 430(mm)

- Từ vị trí cắt 2 đến giữa nhịp ta bố trí bước cốt đai: s= 490(mm)

VI:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT:

-Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bêtông có thể bị nứt hay không.Vì thế

để tính toán kiểm toán nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

-Để tính toán xem mặt cắt có bị nưt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặtcắt ngang là tuyến tính và ứng suất kéo fc của bêtông

Bước 1: Kiểm tra tiết diện ở giữa dầm có bị nứt hay không.

-Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

676.690 10

8001568.76 10

a t g

+Ma:Mômen lớn nhất trong cấu kiện ở giai đoạn đang tính biến dạng(lấy theotrạng thái giới hạn sử dụng).Ma= 676.690 (kN.m)

- Cường độ chịu kéo khi uốn của bêtông: fr

fr=0.63 =0.63× 30

= 3.45(MPa)

=>fc =7.1MPa ≥ 0,8fr = 2.76MPa

=>Vậy mặt cắt bị nứt

Bứoc 2: Kiểm tra bề rộng vết nứt.

- Điều kiện kiểm tra: fs<fsa

ya=

2 2

6.2 Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép

-Tính diện tích tương đương của tiết diện khi bị nứt

Es=2x105Mpa

Ec=0,043.γc1,5 x =0,043x25001,5 x 30 = 29440.09(Mpa)-Tỷ lệ môđun đàn hồi giữa cốt thép và bêtông:

n==

5

2 10

6.7929440.09

s c

E n

120 2

y

−

-7×38.7×(y-10.2)=0Giải ra được y= 103.18(cm)

-Tính ứng suất trong cốt thép :ƒs=n (y-d1)

Ma:Mômen tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (Ma=1161.448kN.m)

-Tính mômen quán tính của tiết diện khi đã bị nứt:

Icr=

2 w

VII.TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI GÂY RA:

7.1 Xác định vị trí bất lợi nhất của xe tải thiết kế:

-Để tìm vị trí bất lợi ta chỉ cần xét trong nửa nhịp 0<x<L/2

-Xét trường hợp cả ba trục đều ở trong nhịp.Vị trí bất lợi của xe được xác định theocông thức:

- Xác định mômen quán tính hữư hiệu I.

7.2 Tính toán độ võng tại giữ nhịp dầm giản đơn do hoạt tải gây ra:

- Độ võng ta vừa tính ở trên chưa tính đến hệ số phân bố ngang và hệ số xungkích.Bây giờ ta phải xét đến các hệ số này

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

PHẦN 2: BẢN VẼ