ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.. Tại mặt cắt trên gối của dầm,chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toánvà ứng suất kéo chủ.. LLQ:hoạt tải tương ứng với đ

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CN GIAO THÔNG CƠ SỞ THÁI NGUYÊN

……….000………

Đồ Án Môn Học KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Lê Xuân Quang

SINH VIÊN: Phạm Văn Thiện

LỚP: 65DCCD31

ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

 Giáo viên hướng dẫn :Lê Xuân Quang

 Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Thiện

 Lớp: 65DCCD31

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

Chiều dài nhịp

Hoạt tải

Bề rộng chế tạo cánh

:l= 23(m):HL – 93: bf= 170(cm) Tĩnh tải mặt cầu dải đều(DW) :6(kN/m)

Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mgM=0,8

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mgQ= 0,7

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg= 0,7

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=420MPa: Bêtông ƒc’=28MPaQuy 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 và bố trí cốt thép xiên

7 Tính toán kiểm toán nứt

8 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

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

10 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

Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD312

12 Vẽ biểu đố bao vật liệu

13 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu và ghi chúa ần thiết khác

BÀI LÀMI-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 đãđạt yêu cầu về độ võng

Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp,chọn theocông 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 saocho dễ đổ BT với chất lượng tốt

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

Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b=150cm.

Quy đổi tiết diện tính toán:

- Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh:

S



1 2

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 giữanhịp;

M=η×{(1,25×wdc+1,5×wdw)+mgM ×[1,75×LL 1 +1,75×k×LL M ×(1+IM)]}×w M

Trong đó:

LLL :Tải trọng làn rải đều (9,3kn/m)

LLMtandem=26,99 :Hoạt tải tương đương của xe 2 trục thiết kế ứng với đ.a.h M

Wdc=18,1662 :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))

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

1 =0,85: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định:

c=28MPa nên ta có βl=0,85

hf=0,18769m: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

2 1

1

d b f

85 ,

65 65

45 65 110 65 45

330

190 65

d=h-dl=110-10,5=99,5cm

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 =0,85 35 15046, 44 420� �� =4,37cm<βlhf=15,0152

vậy điều giả sử là đúng

Mô men kháng tính toán:

Như vậy Mr= 1393,33KNm>Mu=1204,917KNm=>Dầm đủ khả năng chịu mômen

*Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

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

Vẽ đ.a.h của moomen và lực cắt

+ chiều dài nhịp:l=15m

+ chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt từ 0 đến 10,mỗi đoạn dài 1,5m

Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD3110

1,35 2,4

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

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

Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ

Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD3112

Ta vẽ được biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ

Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31

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 sẽlần 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 khốiứng 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)

d1(cm) a(cm)

Vị trí trụctrung hòa Mr(KNm)

Trong đó do TTH đi qua cách nên Mr = φMu = φ 0.85 '

2

a abf d

*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 �

0.9Mcr

+Xác định mômen nứt: Mcr = fr

g t

I y

Diện tích của mặt cắt ngang:Ag

Ag = 18,769�150+(110-18,769-22,25)�20+22,25�33 =4929,22(cm2)

Vị trí trục trung hoà:yt = t t

t

y F F

Cường độ chịu kéo khi uốn của bêtông: fr

fr = 0,63 '

c

f =0,63� 35=3,73(MPA) Vậy mômen nứt là:

5963035,05 10 75,00 10

Mu = 1,2Mcr= 1,2x296,56=355,872(kNm)�x2=1167,6 (mm)

Mu = 0,9Mcr=0,9×296,56=266,904(kNm)�x1= 875,7(mm)

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

- 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 địnhđiểm 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 triểnkhai 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 nhỏhơn 300mm

Chiều dài triển khai cốt thép cơ bản ldb(mm) được sử dụng với cốt thép dọc sử dụngtrong bài là thép số 20

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 mặtcắt 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

fr=0.63 '

c

f =0.63× 30=3,45 (Mpa)

Ta thấy fc=9,25>0.8fr=2,98Mpa =>Vậy mặt cắt bị nứt.

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 sửdụng:

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

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:

� f y=252MPa

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép:

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

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

+ φ : Hệ só sức kháng cắt, với bêtông thường, φ=0.9

+ Av : Diện tích cốt thép bị 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 = 1069,3 là :xác định nội lực trên đường bao bằng

pp nội suy:

370,51( )

u u

+ Tính tỷ số ứng suất '

2,01 30

u v

u x

A E

g cot V , d

v

d 1069,3mm

2 5

10

E s 

2 s



x

1, 476 10 �

Tra bảng ta được   38, 26 0 Tính lại x  1,617 10 �  3

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

Gía trị của   , x hội tụ.

ngang cố thep đai là :

A v 2 78,5 157 �  mm2

Vậy ta tính được max 3 0

157 420 1069,3 cot 38, 637

274 327,58 10 ( )

Kiểm tra khoảng lượng cốt thép đai tối thiểu:

Lượng cố thép đai tối thiểu

v yb

sb

sb

S

Sin g

g d

2

628 4

20 14 , 3 2 4

.

2

mm

d

+ Cường độ chảy của cốt thép xiên cấp 420:

Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD3126

48EI L

Điều kiện này thỏa món

Độ vừng do xe tải thiết kế gõy ra

3 2

1 1

3 2

cr g

Thay vào tớnh được y=31,25.103m

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 số xung kích khi tính võng Bây giờ ta phải xétcác hệ số này

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