Đồ án Kết cấu Bê tông cốt thép TCVN 11823 Full

II YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG Thiết kế dầm BTCT chữ T theo tiêu chuẩn 11823 đầy đủ bản word cad và excel A Tính toán: 1. Chọn mặt cắt ngang dầm. 2. Vẽ biểu đồ bao mô men, lực cắt do tải trọng gây ra. 3. Tính mô men, lực cắt lớn nhất 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 kiểm soát nứt. 7. Tính độ võng do hoạt tải gây ra. 8. Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu. B Bản vẽ: 1. Vẽ mặt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện 2. Vẽ biểu đồ bao vật liệu. 3. Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu. 4. Khổ giấy A1.

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Đào Đắc Lý - 0982148991 Sinh viên : Nguyễn Văn A Số thứ tự 27

Lớp : 69DBVV31

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cầu đường ôtô nhịp giản đơn mặt cắt chữ T, bằng bê tông cốt thép thi

công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước

Khoảng cách tim hai dầm: bc + 400 (mm) = 2000 mm

Tĩnh tải mặt cầu và bộ phận phụ rải đều: DW = 4 kN/m

Trọng lượng riêng của bê tông: c = 24,0 kN/m3

Hệ số phân bố ngang tính cho mô men: mgM = 0,85

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt: mgQ = 0,77

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng: mgD = 0,5

Độ võng cho phép của hoạt tải: L/800

+ Cốt thép chủ (theo ASTM 615M):

+ Cốt thép đai (theo ASTM 615M):

fy = 250 Mpafy= 250 Mpa

Tiêu chuẩn thiết kế: Quy trình thiết kế cầu TCVN 11823- 2017 II- YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG

A- Tính toán:

1 Chọn mặt cắt ngang dầm

2 Vẽ biểu đồ bao mô men, lực cắt do tải trọng gây ra

3 Tính mô men, lực cắt lớn nhất 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 kiểm soát nứt

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

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

I.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM

1.1 Chiều 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 đã đạt yêu cầu về độ võng.Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm:

4 =3250 (mm) với L là chiều dài nhịp hữu hiệu.

+ Khoảng cách tim giữa 2 dầm S:2000(m)

+ 12 lần bề dày cánh và bể rộng sườn dầm: 12hf+bw=12×180+200=2360(cm)

Và thiên về an toàn bề rộng cánh tính toán cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chế tạo

bf=1600(mm)

 Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b=1600(Mm)

- Quy đổi tiết diện tính toán:

- Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh:

S



1 2

Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

wdw;wdc :Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm (KN/m)

wM :Diện tích đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt thứ i

LLM :Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng mômen lực cắt tại mặt cắt thứ i

mgM :Hệ số phân bố ngang tinh cho mômen

i i

P y

 :Tổng tải trọng trục xe nhân với tung độ đường ảnh hưởng tại mặt cắt thứ i

LLL =9,3KN/m:tải trọng làn rải đều

(l+IM) :Hệ số xung kích,lấy bằng 1,25

η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức:

η=ηd×ηR×ηl≥0,95Với 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

2.1.3 Xếp tải bất lợi lên dah và xác định tung độ bê dưới tải trọng trục xe.

110kN110kN

 Tại mặt cắt 0,5L

145kN 145kN

35kN

110kN 110kN

§AH m«men t¹i mÆt c¾t 0,5L

Hình 8 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh mô men mặt cắt 0,5L

2.1.4.Bảng giá trị mô men và biểu đồ mô men tại TTGH Cường độ I:

Hình 9 Biểu đồ bao mô men M (kN.m)

- Vậy mô men trên dầm lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp,

+Chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt từ 0 đến 6,5m mỗi đoạn dài 1,3 (m)

Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện

1

0,9 0,1

0,5 0,5

2.2.2 Các công thức tính toán giá trị lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn:

wdw;wdc :Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KNm)

wQ :Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt

wlQ :Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh hưởng lực cắt

i i

P y

 :Tổng tải trọng trục xe nhân với tung độ đường ảnh hưởng tại mặt cắt thứ i

mgQ :hệ số phân bố ngang tinh cho lực cắt

LLL =9,3KN/m:tải trọng làn rải đều

(l+IM) :Hệ số xung kích,lấy bằng 1,25

η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức:

η=ηd×ηR×ηl≥0,95 Với 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

2.2.3 Xếp tải bất lợi và xác định giá trị tung độ bên dưới tải trọng trục xe

WDC;WDW

Hình 11 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt gối

Hình 13 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,2L

Hình 16 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,5L

2.2.4 bảng giá trị lực cắt theo các TTGH và biểu đồ lực cắt tại TTGH Cường độ I

3.2.Xác định diện tích cốt thép yêu cầu

Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm:

d=(0,8÷0,9)h chọn d=0,9×h=0,91300=1170(mm)  chọn d=1170 (mm)

 Xác dịnh chiều cao khối ứng suất tương đương

Giả sử chiều cao khối ứng suất tương đương bằng chiều cao bản cánh a=hf ta tính toán

0,0030,85

y y

f E

u u s

M R

Giải phương trình ta ra được

  0,18709 Loại vì lớn hơn 1 max

Số thanh

As(mm2)

Từ bảng trên ta chọn phương án: 3 ( đảm bảo sức kháng tối thiểu mà vừa đảm bảo độ dự trữ

an toàn, và bố trí cốt thép hợp lý trong bầu dầm)

3.4 Kiểm toán lại tiết diện thiết kế.

Kiểm tra lại tiết diện: As= 64,5 (cm2)

Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép:

d: Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo: d s  h y1=1300-130=1170(mm

Giả sử trục trung hòa đi qua bản cánh.

Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi:



  =42,345(mm) <187,143 (mm)Chiều cao vùng nén: c=a/βl=42,345/0.85=49,817

 Kiểm tra lại điều kiện chảy dẻo của cốt thép

 Cốt thép chịu kéo đã chảy dẻo

 Kiểm tra lại tiết diện khống chế nén, khống chế kéo, hoặc chuyển tiếp

Như vậy Mr =1667,24 (KNm) >Mu=1602,354, (KNm)

 Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Trường hợp chung bất kỳ mặt cắt nào thì lượng cốt thép đủ để tiết diện có sức kháng uốn

tính toán sao cho

fr là sức kháng kéo của bê tông chịu kéo uốn: f r 0,63 f c' 3,33 Mpa

Sc là mô men chống uốn của tiết diện chữ T chưa nứt không xét cốt thép

1= 1,2 hệ số biến động mô men nứt do uốn Cho cấu kiện lắp ghép

𝛾3=0,67 Tỷ lệ cường độ chảy danh định với cường độ chịu kéo khi đứt của cốt thép cho cốt thép A615 cấp 420

+ Trục trung hòa tiết diện bê tông: gọi x là khoảng cách từ mép cánh nén tới trục trung hòa

+ Khoảng cỏch từ trục trung hũa tới thớ chịu kộo đỏy dầm: h-x=1300-441,024=858,976

+ Mụ men quỏn tớnh tiết diện của bờ tụng khi chưa nứt với trục trung hũa:

- Các cốt thép đợc cắt bớt cũng nh các cốt thép còn lại trên mặt cắt phải đối xứng qua mặtphẳng uốn của dầm (tức là mặt phẳng đi qua trục đối xứng của tất cả các mặt cắt của dầm)

- Đối với dầm giản đơn ít nhất phải có một phần ba số thanh trong số thanh cốt thép cầnthiết ở mặt cắt giữa nhịp đợc kéo về neo ở gối dầm

- Số lợng thanh cốt thép cắt đi cho mỗi lần nên chọn là ít nhất (thờng là 1 đến 2 thanh)

- Không đợc cắt, uốn các cốt thép tại góc của cốt đai

- Tại một mặt cắt không đợc cắt hai thanh cạnh nhau

4.2 Phương ỏn cắt cốt thộp

0 10 6450 1170 42,3451 Cánh nén 0,06746 0,07 0,900 1667,2

1 8 5160 1200 33,8761 Cánh nén 0,08733 0,09 0,900 1373,5

2 6 3870 1216,6667 25,407 Cánh nén 0,11911 0,12 0,900 1048,4

 Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu:Mr ≥ min{1,2Mcr;1,33Mu} nên khi

Mu≤0,9Mcr thì điều kiện lượng côt thép tối thiểu là Mr≥ 1,33Mu.Điều này có nghĩa là khả năng

chịu lực của dầm phải bao ngoài đường

fr là sức kháng kéo của bê tông chịu kéo uốn: f r 0,63 f c' 2,22 Mpa

Sc là mô men chống uốn của tiết diện chữ T chưa nứt không xét cốt thép: Sc=1,25x108 mm3

- Tìm vị trí mà Mu = 1,2Mcr và Mu = 0,9Mcr Để tìm được các vị trí này ta xác định các khoảng

cáchx x bằng cách nội suy tung độ của biểu đồ mô menban đầu: 1, 2

Mu = 0,9Mcr 0,9417,442 =375,698 (KNm) =>x 1 641 (mm)

Mu =1,2Mcr=1,2x417,442 =500,931 (KNm)=> x =2 855 (mm)

-Tại đoạn M u 1, 2M cr ta giữ nguyên biểu đồ M u

-Trong đó 0,9M cr M u 1, 2M crvẽ đường nằm ngang với giá trị 1,2M Tại đoạn cr M u 0,9M cr

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 đồ mô mentính toán Mu và xác định điểm giao biểu đồ ΦMn.

 Tính chiều dài triển khai của cốt thép chịu kéo l d :

+ Chiều dài khai triển ld của thanh kéo được lấy như sau:

l l     Chiều dài triển khai cốt thép cơ bản ldb(mm)

ldb=0,91 b y'

c

f d

f =

2500,91 29,0

+ Cb=50mm lấy bằng trị số nhỏ hơn giữa hai thông số khoảng cách từ tim thanh được triển khai đến mặt bê tông gần nhất và khoảng cách từ tim các thanh được triển khai (theo bố trí cốt thép tại bầu)

Act=6198 (mm2): Diện tích cần thiết theo tính toán

Att=6450 (mm2) :Diện tích thực tế bố trí

 ld=1234×1×1×1×0,574×0,9611=680,64 (mm)

+ Vậy ta chọn chiều dài triển khai cốt thép L d =700 (mm)

Từ đó ta xác định được vị trí cắt cốt thép dọc chủ và biểu đồ bao vật liệu như sau:

V.TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT

 Biểu thức kiểm toán φVV n > V u

Vn :sức kháng danh định,được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của

Vn=Vc+Vs (N)

Hoặc Vn=0,25f'

cbvdv (N)Vc=0,083β '

xét tại mặt cắt tính toán chống cắt de=1216,67mm và a= 25,407 mm

+bv:bề rộng bản bụng hữu hiệu,lấy bằng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao dv,vậy

bv=bw=20(cm)

Từ trên ta thấy dv=1203,96 (mm)

+s(mm):bước cốt thép đai

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

+ :góc nghiêng của ứng suất nén chéo

+ β,  được xác định băng cách tra đồ thị và tra bảng

+α:góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc,bố trí cốt thép đai vuông với trục dầm nên α=90

+Hệ số sức kháng cắt,với bê tông thường Φ=0,9

Av:diện tích cốt thép bị cắt trong cự ly s(mm)

Vs:Khả năng chịu lực cắt của bê tông (N)

Vu:Lực cắt tính toán(N)

 Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả năng chịu lực của bê tôngvùng nén:

+Xét mặt cắt cách gối một khoảng dv=1203,96 mm.Xác định nội lực trên đường bao băng phương pháp nội suy

  =2,025 (N/mm2)+Tính tỉ số ứng suất '

εs=

5

587,6

438,811203,96

2.10 3870

u

u v

 As=3870 mm2 (khi kéo về gối cắt 4 thanh còn lại 6 thanh)

 Khả năng chịu lực cắt của BT.

V

g d

f

A    cot 

 fy=250 MPa:giới hạn chảy quy định với côt thép đai

  =35,3 :góc nghiêng với ứng suất nén chéo

Ta chọn khoảng cách bố trí côt đai s=150(mm).

 Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu:

s

Ta có:

'2,025 0,125 0,125 28 0,5292

 cotg =804,62 (KN) Đạt.

VI.KIỂM SOÁT NỨT

6.1 Kiểm tra xem mặt cắt giữa dầm có bị nứt hay không

Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bê tông có thể bị nứt hay không Vì thế để tínhtoán 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 mặt cắt ngang tuyến tính và tính ứng suất kéo fr của bê tông

Mặt cắt ngang tính toán

Hình 21 Mặt cắt tính toán

Diện tích của mặt cắt ngang: A g=5720 ( cm2)

Xác định vị trí trục trung hòa của tiết diện nguyên:

6.2 Tớnh toỏn kiểm soỏt nứt

 Kiểm tra nứt theo điều kiện khống chế

a, Xỏc định ứng suất trong cốt thộp chịu kộo ở trạng thỏi giới hạn sử dụng:

Mô đun đàn hồi của cốt thép : 5

s

E 2.10 MPa

Mô đun đàn hồi của bê tông :

2 '0,33 2 0,33 1

trong đú:

K1 là hệ số điều chỉnh nguồn cốt liệu, được lấy bằng 1,0

W c =2400 kg/m3 là khối lượng riờng của bờ tụng tớnh bằng;

f’ c =28 Mpa là giỏ trị tuyệt đối của cường độ chịu nộn danh định của bờ tụng

Hệ số quy đổi:   

5 s

1600 7x6450x 1170 x2

2800.x 45150.x 52825500 0Giải phương trỡnh ra được

2 cr

+ Khoảng cách giữa các cốt thép chịu kéo theo thiết kế là 100mm<829,55 mm

Kiểm soát nứt được đảm bảo

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

4,3m

L/48EJ3

L L/2

§ah y1/2

35kN 145kN

, 10724 25

, 1056 7

9 , 184

L L P EI

x L x

L L P EI

x x L

P

y

48

) 3 ) 6 , 8 (

4 ) 6 , 8 (

2 3 ( 2 48

) 3 ) 3 , 4 (

4 ) 3 , 4 (

2 3 ( 1 48

) 3 4 2 3

E=Ec=29405,84 kN/m2 Môđun đàn hồi của bêtông

Xác định mômen quán tính hữu hiệu I

M M

= 416,86 31069,78

7.3.Tính toán độ võng tại giữa nhịp dầm giản đơn do hoạt tải gây ra:

Độ võng ta vừa tính ở trên chưa tính toán hệ số phân bố ngang và hệ số xung kích Bây giờ taphải xét đến các hệ số này

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

1, 08(mm)

384 384 384 29405 8, 4 5, 24 10

LL L

qL y

Mục Lục

I.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM 1

1.1 Chiều cao dầm h 1

1.2 Bề rộng sườn dầm bw 1

1.3 Chiều dày bản cánh hf 2

1.4 Chiều rộng bản cánh: b 2

1.5 Chọn kích thước bầu dầm bl,hl: 2

1.6.Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài: 2

1.7.Xác định bề rộng cánh tính toán: 2

II.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 3

2.1 Xác định mô men: 3

2.1.1.Vẽ đ.a.h của mômen và xác định các thông số 3

2.1.2.Các công thức tính toán giá trị mômen tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn: 4

2.1.3 Xếp tải bất lợi lên dah và xác định tung độ bê dưới tải trọng trục xe 5

2.1.4.Bảng giá trị mô men và biểu đồ mô men tại TTGH Cường độ I: 7

2.1.5 Bảng giá trị mô men và biểu đồ mô men tại TTGH Sử dụng I: 7

2.1.6 Biểu đồ bao mô men TTGH cường độ I 7

2.2 Xác định Lực cắt: 8

2.2.1.Vẽ đ.a.h của lực cắt và xác định các thông số 8

2.2.2 Các công thức tính toán giá trị lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn: 9

2.2.3 Xếp tải bất lợi và xác định giá trị tung độ bên dưới tải trọng trục xe 9

2.2.4 bảng giá trị lực cắt theo các TTGH và biểu đồ lực cắt tại TTGH Cường độ I 12

2.2.5 bảng giá trị lực cắt theo các TTGH và biểu đồ lực cắt tại TTGH Sử dụng I 12

2.2.6 Biểu đồ bao lực cắt 13

III.TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM 13

3.1.Tính mô mentính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ,tính tại mặt cắt giữa nhịp: 13

3.2.Xác định diện tích cốt thép yêu cầu 13

3.3 Bố trí cốt thép chủ chịu lực trong dầm 14

3.4 Kiểm toán lại tiết diện thiết kế 15

IV.VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU: 17

4.1 Lý do và nguyên tắc cắt cốt thép 17

4.2 Phương án cắt cốt thép 17

V.TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT 21

VI.KIỂM SOÁT NỨT 24

6.1 Kiểm tra xem mặt cắt giữa dầm có bị nứt hay không 24

6.2 Tính toán kiểm soát nứt 25

Kiểm tra nứt theo điều kiện khống chế 25

VII.TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI GÂY RA: 27

7.1.Xác định vị trí bất lợi nhất của xe tải thiết kế: 27

7.2 Độ võng do xe tải thiết kế 27

7.3.Tính toán độ võng tại giữa nhịp dầm giản đơn do hoạt tải gây ra: 28

7.4 Kiểm tra điều kiện độ võng 28

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Kích thước mặt cắt ngang dầm 1

Hình 2 Mặt cắt tính toán 3

Hình 3 Đường ảnh hưởng mô men tại các tiết diện 4

Hình 4 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh mô men mặt cắt 0,1L 5

Hình 5 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh mô men mặt cắt 0,2L 5

Hình 6 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh mô men mặt cắt 0,3L 6

Hình 7 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh mô men mặt cắt 0,4L 6

Hình 8 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh mô men mặt cắt 0,5L 7

Hình 9 Biểu đồ bao mô men M (kN.m) 8

Hình 10 Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện 8

Hình 11 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt gối 9

Hình 12 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,1L 10

Hình 13 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,2L 10

Hình 14 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,3L 11

Hình 15 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,4L 11

Hình 16 Xếp tải bất lợi lên đường ảnh hương lực cắt tại mặt cắt 0,5L 12

Hình 17 Biểu đồ lực cắt Q (kN) 13

Hình 19 Bố trí cốt thép dọc chủ trên mặt cắt ngang 15

Hình 20 Biểu đồ Mô men sau khi đã hiệu chỉnh 18

Hình 21 Biểu đồ bao mô men và biểu đồ bao vật liệu 20

Hình 22 Mặt cắt tính toán 24

Hình 23 Xếp tải xác định vị trí bất lợi tính độ võng 27