ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Vùng xây dựng công trình có: - Cường độ gió qq = 1,2 (KN/m2), Hệ số gió đẩy kgió đẩy = 0,8 Hệ số gió hút kgió hút = 0,6. Cầu máng thuộc công trình cấp III Dùng bê tông mác M150, cốt thép nhóm CI, Dung trọng bê tông b = 25 KN/m3 - Các chỉ tiêu tính toán tra trong quy phạm như sau: - Hệ số tin cậy: kn = 1,15 Cường độ tính toán đối với các trạng thái giới hạn nhóm một: - Nén dọc trục: Rn = 70 (daN/cm2) - Kéo dọc trục: Rk = 6,3 (daN/cm2) Cướng độ tính toán đối với các trạng thái giới hạn nhóm hai: - Kéo dọc truc: R = 9,5 (daN/cm2)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Giáo viên hướng dẫn: Đới Thị Bình

STT: 07

A, TÀI LIỆU THIẾT KẾ:

Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng Sau khi so sánh các phương án đã chọn ra phương án xây dựng một cầu máng bê tông cốt thép Dựa vào địa hình, qua tính toán thuỷ lực và thuỷ nông người ta đã xác định kích thước và mức nước yêu cầu trong cầu máng như sau:

Số nhịp

1 3

2

Sơ đồ cầu máng

1 Thân máng; 2 Trụ đỡ; 3 Nối tiếp

1 2

3

4 5

Cầu máng thuộc công trình cấp III

Dùng bê tông mác M150, cốt thép nhóm CI,

Dung trọng bê tông b = 25 KN/m3

- Các chỉ tiêu tính toán tra trong quy phạm như sau:

- Hệ số tin cậy: kn = 1,15

Cường độ tính toán đối với các trạng thái giới hạn nhóm một:

- Nén dọc trục: Rn = 70 (daN/cm2)

- Kéo dọc trục: Rk = 6,3 (daN/cm2)

Cướng độ tính toán đối với các trạng thái giới hạn nhóm hai:

- Kéo dọc truc: Rc k = 9,5 (daN/cm2)

- Nén dọc trục: Rc n = 85 (daN /cm2)

Cường độ tính toán của cốt thép đối với các trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất:

- Ra = R'a = 2100 (daN /cm2)

- Hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông: mb4 = 0,9

- Hệ số điều kiện làm việc của thép: ma = 1,1

- Mô dun dàn hồi của thép: Ea = 2,1.106 (daN /cm2)

- Mô dun đàn hồi ban đầu của bê tông: Eb = 2,1.105 (daN /cm2)

-   10

b

a E



Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt, trong thời gian thi công Trong phạm vi đồ án này chỉ tính với tải trọng tổ hợp tải trọng cơ bản.

1 Thiết kế lề người đi:

1.1 Sơ đồ tính toán:

Cắt 1m dài theo chiều dọc máng xem lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầuvách máng

Chọn bề rộng lề L1 = 0,8 m = 80 cm Chiều dày lề người đi thay đổi dần:

h1 = 8  12 cm Trong khi tính toán thì lấy chiều dày trung bình: h = 10 cm

800cm 80cm

 Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi

Trong đó: ntb= 1,05 ; nng= 1,2 là các hệ số vượt tải

 qtc = nbt qbt + nng qng = 1,05 2,5 + 1,2 2 = 5,025 (kN/m)

1.3 Xác định nội lực:

● Tính toán thép cho mặt có mô mên lớn nhất (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm

Chọn tiết diện chữ nhật có các thông số sau:

b = 100cm, h = 10cm Chọn a = 2 → h0= 8 cm

Tra các hệ số: kn = 1,15 mb = 1,00

nc = 1 Rn = 70 daN/cm2

ma = 1,1 Ra = 2100 daN/cm2M= 1,608 kNm = 1,608.104 daNcm

b n a

Bố trí 58/1m (2,51cm2) Bố trí thép cấu tạo vuông góc 46/1m

● Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Qmax= 402 daN)

k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.6,3.100.8 = 3628,8 daN

kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN

Có: kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0  Không cần đặt cốt ngang

Vách máng:

2.1 Sơ đồ tính toán:

Cắt 1m dài dọc theo chiều dài máng Vách máng được tính như một dầm công xôn

ngàm tại đáy máng và dầm dọc

Sơ bộ chọn kích thước vách máng như sau:

- Chiều cao vách máng: Hv = Hmax +  = 2,4 + 0,5 = 2,9 m

Trong đó:  = 0,5 m - độ cao an toàn

- Bề dày vách thay đổi dần từ: hV = 12  20 cm

Do điều kiện làm việc của vách máng nên tải trọng tác dụng gồm:

- Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: Mng;

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: Ml;

- Áp lực nước nước tương ứng với Hmax: qn;

- Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): qg;

Các tải trọng này gây căng trong và căng ngoài vách máng

- Các tải trọng gây căng ngoài: Ml, qgd

kNm L

2 2

Trong đó: ng =1,3 – hệ số vượt tải của gió

- Các tải trọng gây căng trong: Ml, Mng, qn, qgh:

Hình 2-3 Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài)

2.3.2 Trường hợp căng trong

1,71,1 2100

b n a

b n a

Thép cấu tạo

a

Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q

Kiểm tra cho trường hợp căng trong:



cm F

F n

bh

a nF h nF

bh

x

a a

a a

) 51 , 2 69 , 7 (

75 , 8 20 100

2 51 , 2 75 , 8 18 69 , 7 75 , 8 2

20 100 )

(

' 2

2

'

' 0 2

2 0

3 3

) ' ( )

( 3

) (

x h b

bx

2 2

3 3

19 , 72317

) 2 2 , 10 ( 51 , 2 75 , 8 ) 2 , 10 18 ( 69 , 7 75 , 8 3

) 2 , 10 20 ( 100 3

2 , 10 100

cm J

19 , 72317

d E

kc a

, 15 69 , 7

10 752 ,

30 4 1

Z F

M a

c dh a

72 , 311 3

, 15 69 , 7

10 6676 ,

1

Z F

M a

c ngh a

69 , 7 100

200 7 , 2613 1 3 , 1

200 72 , 311 1 1

Cắt 1 m dài vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tinhs toán 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 hđ = 25cm

Chọn a = 3 cm → h0 = 22cm.

13 0 12

, 0 22 100 70 1

354959

1 15 , 1

2 2

M n k

A

n b

c n

A = 0,12 < A0 = 0,455 → Tính Fa:

2

2100 1 , 1

13 , 0 22 100 70 1

cm R

m

bh R m

F

a a

n b

, 0 22 100 70 1

61210 1 15 , 1

2 2

M n k

A

n b

c n

A = 0,02 < A0 = 0,455 → Tính Fa:

2

2100 1 , 1

02 , 0 22 100 70 1

cm R

m

bh R m

F

a a

n b

, 0 22 100 70 1

75640 1 15 , 1

2 2

M n k

A

n b

c n

A = 0,026 < A0 = 0,455 → Tính Fa:

2

2100 1 , 1

026 , 0 22 100 70 1

cm R

m

bh R m

F

a a

n b

Chọn Fa = 5Ф14/1m (7,69cm2)

Thép cấu tạo

Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng

Kiểm tra tại mặt cắt sát vách máng

Hình 3.3. Bố trí cốt thép đáy máng

Kiểm tra tại hai mặt cắt: mặt cắt sát vachs và giữa nhịp

Điều kiện để cấu kiện khơng bị nứt

F n bh

a nF h nF bh

x

a a

a a

) 65 , 5 69 , 7 (

75 , 8 25 100

3 65 , 5 75 , 8 22 69 , 7 75 , 8 2

25 100 )

(

' 2

2

'

' 0 2

2 0

3 3

) ' ( )

( 3

) (

x h b bx

2 2

3 3

) 3 56 , 12 (

65 , 5 75 , 8 ) 56 , 12 22 (

69 , 7 75 , 8 3

) 56 , 12 25 (

100 3

56 , 12

, 140659

d E

kc a

, 18 69 , 7

10 752 ,

30 4 1

Z F

M a

c dh a

04 , 255 7

, 18 69 , 7

10 6676 ,

1

Z F

M a

c ngh a

69 , 7 100

200 48 , 2139 1 3 , 1

200 04 , 255 1 1

→ an = an1 + an2 = 0,11 + 0,002 = 0,112mm

 an < an.gh = 0,24(mm)

Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế.

3.5.2 Đối với mặt cắt giữa nhịp

Mc = 6,121 kNm = 61210 daNcm

Tiết diện chữ nhật : b = 100cm; h = 25 cm; a = a’ = 3cm; h0 = 22cm

Fa = 5,65 cm2 ; Fa’ = 7,69 cm2

cm F

F n bh

a nF h nF bh x

a a

a a

) 69 , 7 65 , 5 (

75 , 8 25 100

3 69 , 7 75 , 8 22 65 , 5 75 , 8 2

25 100

) (

' 2

2

'

' 0 2

2 '

2 0

3 3

) ' ( )

( 3

) (

x h b bx

2 2

3 3

) 3 43 , 12 (

69 , 7 75 , 8 ) 43 , 12 22 (

65 , 5 75 , 8 3

) 43 , 12 25 (

100 3

43 , 12

, 12 25

85 ,

x h

J W

Tách dầm giữa bằng hai mặt cắt dọc máng Tiết diện dầm chữ T Sơ đồ tính là

dầm liên tục 5 nhịp có các gối tựa là các trụ đỡ

Chiều dài nhịp lnhịp = L 6m

5 30

Tính thép cho hai mặt cắt có mô men căng trên và căng dưới lớn nhất

4.4.1 Trường hợp căng trên

, 0 76 30 70 1

2741130

1 15 , 1

2 2

M n k

A

n b

c n

A = 0,31 < A0 = 0,455 → Tính Fa:

2

2100 1 , 1

31 , 0 76 30 70 1

cm R

m

bh R m

F

a a

n b

Chọn Fa = 4 25 (19,64 cm2)

4.4.2 Trường hợp căng dưới

Tiết diện tính toán hình chữ T cánh nén

) (

20002500 2

25 76 25 180 70 1 2

' 0 '

b R m

c c n b c

→ kn.nc.M < Mc → Trục trung hoà đi qua cánh (x ≤ hc )

Tính toán cốt thép tương tự như đối với tiét diện chữ nhật bc’×h = 180×80 cm

03 , 0 03

, 0 76 180 70 1

2027860

1 15 , 1

2 2

0

h b R m

M n k A

c n b

c n

A = 0,03 < A0 = 0,455 → Tính Fa:

2 0

'

3 , 14 2100

1 , 1

03 , 0 76 180 70 15 , 1

cm R

m

h b R m F

a a

c n b

Chọn Fa = 3 25 (14,73 cm2)

Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng và tính cốt thép ngang.

Kiểm tra cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất (Qmax = 262,615 kN = 26261,5 daN)

n k

bh R m u

c n

k

5 , 26261 1 15 , 1

76 30 3 , 6 9 , 0 5 , 1 5

,

0 4

cm h

u

c n

k b đ đ ađ a

) 5 , 26261 1 15 , 1 (

76 30 3 , 6 9 , 0 8 503 , 0 2 1700 1 , 1

8

2

2 2

2 0

db h m R bq

cm daN u

nf R m

15

503 , 0 2 1700 1 , 1







Hình 4.3. Bố trí cốt thép dầm đỡ giữa

4.5 Kiểm tra nứt và tính bề rơng khe nứt

Điều kiện để dầm khơng bị nứt:

J

Kiểm tra cho hai mặt cắt cĩ mơ men dương và âm lớn nhất

4.5.1 Trường hợp căng dưới:

).

(

2 ).

( 2

.

' '

' 0

2 ' '

2

a a c

c

a a

c c

F F n h b b h b

F a n h F n

h b b h b

75 , 8 25 ).

30 180 ( 80 30

4 64 , 19 75 , 8 76 73 , 14 75 , 8 2

25 ).

30 180 ( 2

80

Jqđ = 2 2

0

3 3

3

) ' ( ' ) (

3

) (

3

) ' )(

' ( 3

'

a x F n x

h F n x

h b x

h b b x b

n a n

a n

n c c

n c

3

) 77 , 23 80 (

30 3

) 77 , 23 25 )(

30 180 ( 3

77 , 23

● Tính bề rộng khe nứt:

an = k.c.

a

a E

/ 41 , 2108 6

, 64 73 , 14

200 41 , 2108 1 3 , 1

).

(

2

) ( 2

' '

' 0

' '

' 2

a a c

c

a a

c c

c

F F n h b b h b

F a n h F n

h h h b b h b

75 , 8 25 ).

30 180 ( 80 30

4 73 , 14 75 , 8 76 64 , 19 75 , 8 2

25 80 25 ).

30 180 ( 2

3 3

) ' ( ' ) (

3

) (

3

) '

)(

' ( 3

.

a x F n x

h F n x

h b h x h b b x b

n a n

a n

c n

c c

180 3

) 80 23 , 56 25 ).(

30 180 ( 3

23 , 56

+ 8,75.19,64.(76 – 56,23)2 + 8,75.14,73.(56,23 – 4)2

→ Jqđ = 3002571,513(cm4)

7 , 126317 23

, 56 80

513 , 3002571

x h

J

 Mn = 1.Rkc.Wqđ = 1,75.9,5 126317,7 = 2100031,76 daNcm

 nc.Mc = 1 2711940 = 2711940 daNcm > Mn = 2100031,76 daNcm.Kết luận: Dầm bị nứt tại mặt cắt trên

● Tính bề rộng khe nứt:

an = k.c.

a

a E

/ 50 , 2137 6

, 64 64 , 19

200 50 , 2137 1 3 , 1

B

B 

a

a a ngh

x h Z F E B



) ( 0

1 



- Tính x theo quan hệ

1 100

7 , 0 1

x

10

) ( 5 1 8 , 1

2006270

2 2

M

L c

n c

T = γ’ (1 – δ’/2)

219 , 2 76

30

64 , 19 15 , 0

10 25 ).

30 180 ( )

(

'

0

' '





25 '

73 , 14

0065 , 0 10

) 853 , 1 136 , 0 ( 5 1 8 , 1

7 , 0

074 , 4

) 0536 , 0 219 , 2 ( 2

0536 , 0 219 , 2 33 , 0 1 )

' ( 2

' ' 1

2 0

/ 96 , 2137 707

, 63 73 , 14

2006270

cm daN Z

1 4 , 0 2 3

1 2

6 0

6 , 0

) 073 , 7 76 (

707 , 63 73 , 14 10 1 , 2 ) (

daNcm x

h Z F E

B

adh

a a



2 6

6

10 22 , 150923 5

, 1

10 830 , 226384

y B

f  1 

Trong đó: Ωp – Diện tích của biểu đồ mô men uốn Mp

y k - Tung độ biểu đồM k ứng với vị trí trọng tâm của biểu đồ Mp

1 1y k1 2y k2

EJ M

2 , 0 8 8 , 1 16

017 , 0 6

0002 ,