Bài tập lớn môn Kết cấu bê tông cốt thép: Thiết kế dầm cho dầm cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng phần tại công

Nội dung đề tài này là chọn mặt cắt ngang dầm; Tính momen lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra; bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp; bố trí cốt thép đai; tính độ võng do hoạt tải gây ra cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng phần tại công trường và tải trọng cho trước.

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

KẾT CẤU BÊ TÔNG CÔT THÉP

Giáo viên hướng dẫn :

ĐỀ BÀI : Thiết kế dầm cho dầm cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi

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

Hệ số phân bố ngang tính cho momen : mgM = 0,59

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mgQ = 0,53

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mgf = 0.5

Hệ số cấp đường : k = 0.65

Độ võng cho phép của hoạt tải : l/800

Vật liệu (cốt thép theo ASTM 615M): : Cốt thép chịu lực f y =420MPa

2 Tính momen lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra

3 Vẽ biểu đồ bao momen, lực cắt do tải trọng gây ra

4 Tinh, bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhip

5 Tính toán bố trí cốt thép đai

6 Tính toán kiểm soát nứt

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

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

1 XÁC ĐỊNH 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 với dầm bê tông cốt thép khi chiều cao thảo mãn điều kiện về cường độ thì cũng thỏa mãn điều kiện về độ võng

Chiều cao trong dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp chọn theo công thức kinh nghiêm:

1 1

10 20 (0.75 1.5)

Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sườn dầm bw = 250mm

1.3 Chiều dày bản cánh h f

Chiều rộng 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

Theo kinh nghiệm thì hf = 180mm

1.6 Tính trọng lượng bản thân của 1m chiều dài dầm

Qui đổi tiết diện tinh toán:

₋ Diện tích tam giác tại chỗ vát cánh:

1 150 150 / 2 11250

₋ Chiều dày bản cánh quy đổi:

1 w

2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

2.1 Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng

Ta có :     = D R I  0,95

Trong đó:

₋ D : hệ số liên quan đến tính dẻo

₋ R : hệ số liên quan đến tính dư

₋ I : hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác

Đối với trạng thái giới hạn sử dụng phá hoại do mỏi thì  = 1 Đối với việc thiết kế cầu bê tông trên đường quốc lộ thì các hệ số này tính theo trạng thái giới hạn cường độ lấy là : D = 0,95;R = 1, 05;I = 0,95

     = D R I = 0,95 1,05 0,95 0,948   = < 0,95

Vậy lấy  = 0, 95

2.2 Tính mô momen và lực cắt tại mặt căt bất kì

Vẽ đường ảnh hưởng momen và lực cắt

Xếp tải lên đường ảnh hưởng momen:

Đường ảnh hưởng lực cắt và xếp tải lên đương ảnh hưởng:

Các công thức tính toán giá trị momen, lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường độ I:

tan W

1, 25 1,5 1, 75 1.75 (1 ) max( ;

truck dem CDI

1, 25 1,5 1, 75 1.75 (1 ) max( ;

truck dem CDI

1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 (1 ) max( ;

truck dem CDI

w Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng

trên một đơn vị chiều dài ( tính cho 1 dầm)

A Diện tích đường ảnh hưởng Vi (phần diện tích lớn)

 Trọng lượng riêng của dầm

A Diện tích mặt cắt ngang dầm (m2)

k Hệ số cấp đường

-85.917

-136.047

-190.368 -248.118 -308.951 -370.685

3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỐT THÉP DỌC TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM

3

82.3

99

5.7269

a a

c s

Các phương án thiết kế cốt thép chịu kéo

Phương án Thanh số Ab(mm2) Số thanh As(mm2)

b cr

s y c

0 3 9

95,85 94

3

0,85 28 33.995 15 (

11 9.24

09

d c c

→Vậy tiết diện là khống chế kéo hay = 0, 9

+ Sức kháng uốn có hệ số;

1238.059 1025.321 0,9

g nc

4 TÍNH TOÁN VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

Tính toán monmen kháng tính toán của dầm khi bị cắt hoặc uốn cốt thép

Hiệu chỉnh biểu đồ bao momen

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu : M r minM cr;1,33M unên khi

1,33 Mu  Mcrthì điều kiện lượng cốt thép tối thiểu là Mr  1,33 Mu Điều này có

nghĩa là khả năng chịu lực của dầm phải bao ngoài đường 1.33Mu khiMu  Mcr

Xác định điểm cắt thực tế

Từ điểm cắt lí thuyết là này cần kéo dài về phía momen nhỏ hơn một đoạn là Chiều dài l1 lấy bằng trị số lớn nhất trong các trị số sau đây

+ Chiều cao hữu hiệu của tiết diện : de = 898.000mm

+ 15 đường kính đường kính danh định : 1522.2 =333mm

+ 1/20 lần chiều dài nhịp: 1/2011000 = 550mm

Chọn l1 = 900mm

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 bám dính với bê tông để nó đạt được cường độ như tính toán

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

( )

1,58 tr

tr

A k

 = 2950.6

0, 953 3096

CT s BT s

5 TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP ĐAI

Biểu thức kiểm toán ∅Vn > V u

V n là sức kháng cắt danh định được lấy bằng giá trị nhỏ hơn trong các giá trị

A f d V

𝛽 : Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo

𝜃 : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo

𝛽, 𝜃 được xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng

∅ : là hệ số sức kháng cắt

A v : Diện tích cốt thép bị cắt trong cự li s(mm)

V c : Khả năng chịu lực cắt của bê tông

V s : Khả năng chịu lực cắt của cốt thép(N)

V u : Lực cắt tính toán(N)

d v : chiều cao chịu cắt hữu hiệu, xác định bừng bằng khoảng cách cánh tay

đòn của nội ngẫu lực Trường hợp tính theo tiết diện chữ nhật cốt thép đơn thì

d v = d – a/2 Đồng thời d v = max(0,9d ; 0.72h)

Vậy dv = max(0,9d ; 0,72h ; d – a/2)

u v

V d =   − = kNm < Mu =297.591kNm → OK

M V d e

v y v

max1 max 2

388.46679600

yc d

➢ Kiểm tra điều kiện cốt thép dọc không bị chảy do cắt

₋ Khả năng chịu cắt của cốt thép đai

cot 142 420 896.67 cot(35.65)

372794200

1704 420 715680

0.5 cot

297.951 10 310.712 10

0.5 372794 cot(35.65)896.67 0.9 0.9

6 KIỂM SOÁT NỨT

Tại một mặt cắt bất kì thì tùy thuộc và giá trị nội lực bê tông có thể bị nứt hay không Vì thế nên để tinh toán kiểm soát nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không

Để xem mặt cắt có bị nứt hay không ta giả thiết tiết diện chưa nứt và chấp nhận giả thiết phân bố trên mặt cắt là phân bố ứng suất tuyến tính và tính ứng suất lớn nhất trong thớ bê tông chịu kéo ngoài fct

➢ Kiểm tra xem tiết diện đã nứt hay chưa

41586732187

nocrack g

x I

mm mm

a ct g

➢ Kiểm tra điều kiện khống chế nứt

₋ Kiểm tra điều kiện khống chế nứt theo 6.8

123000

1

0.7( )

e c

s ss

c s

c

f d

₋ Xác định vị trí trục tung hòa của của tiết diện đã nứt

Giả sử trục trung hòa đi qua cánh, tính toán như tiết diện hình chữ nhật:

5

2 0.33

2 10

6.380.0017 2450 30

s c

c s

c e

Do khoảng cách cốt thép chịu kéo theo bố trí là 65mm<503.14mm

Kết luận: Vậy kiểm soát nứt được đảm bảo

₋ Tính bề rộng vết nứt:

2

1

2 w

3

1000 50

1.127893.125 50

31258

w 11.0 10 11.0 1.127 255.304 3125 50 10

0.15

s c

7 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG TẠI GIỮA NHỊP

Có:

2 4

1

13.95275

5.6931349.54 2184015

Hợp lực của xe tải cách trục sau xe

Khoảng cách từ trục giữa đến giữa nhịp là 1.46/2 = 0.7

₋ Momen liên quan đến độ võng do hoạt tải gồm momen tĩnh tải và momen do xe tải thiết kế trong phần tính nôi lực ở trang thái giới hạn sử dụng

( ) SDI SDIW SDI 211.035 98.313 258.470 567.818

3 2

3 1

0

14976724746

5.55130643.84 149767247

1

7 11 4

7

.771000

3 (11

1 888 31349.54 1 97672474

000)

l lan

8 TÍNH BẢN MẶT CẦU

8.1 Tính nội lực trong bản mặt cầu

8.1.1 Bản mặt cầu khi chưa lắp ráp

Sơ đồ tính toán như sau: Dầm một đầu ngàm, 1 đầu tự do, chịu tải phân bố đều

s

Momen dương:

s

Lực cắt:

s



❖ Hoạt tải

Momen tra bảng phụ lục A của TCVN 11823-4:2017 ta có:

Momen dương danh định đã có hệ số xung kích:

8.2 Tính toán thiết kế cốt thép trong bản mặt cầu

8.2.1 Thiết kế cốt thép chịu momen âm

Số liệu đầu vào :b=1mm ; h = 180mm; fc' = 30 MPa; fy = 420 MPa;

19.280.85

140 19.28

19.28

s y c

Vậy tiết diện chịu đủ momen

Lượng cốt thép tối thiểu:

Vậy tiết diện thỏa mãn điều kiện cốt thép tối thiểu

Kiểm tra điều kiện kiểm soát nứt:

Số liệu đầu vào: b=1mm; h =180mm; fc' = 30 MPa; fy = 420 MPa ;

a ct

Trục trung hòa khi tiết diện đã nứt

2 10

0.0017 2450 30

1 7 0.995 140 02

s c

c e c

Khoảng cách giữa các cốt thép chịu kéo thiết kế là 200mm<660.7mm

Vậy điều kiện kiểm soát nứt được đảm bảo

8.2.2 Thiết kế côt thép chịu moomen dương

Momen dương của bản xấp xỉ bằng momen âm do vậy để đơn giản trong việc chế tạo chọn cốt thép chịu momen duong lấy giống cốt thép chịu momen âm

cot 0.355 420 131.81 1

98.26 /200

Vậy bản đủ khả năng chịu cắt

8.2.4 Thiết kế côt thép phân bố trong bản

Theo TCVN 11823-9:2017

₋ Phân bố cốt thép

₊ Phải bố trí cốt thép ở hướng phụ dưới đáy bản với số lượng bằng tỷ lệ phần trăm của cốt thép ở hướng chính chịu momen dương, theo quy định dưới đây

₊ Trường hợp cốt thép chính song song với làn xe: 1750/ S ≤ 50%

₊ Trường hợp cốt thép chính vuông góc với làn xe: 3840/ S 67%

Trong trường hợp bản mặt cầu vuông góc với làn xe có S = 1900-200=1700mm

9 CỐT THÉP KIỂM SOÁT NỨT BỀ MẶT

Cốt thép để chịu các ứng suất co ngót và nhiệt độ phải được đặt gần các bề mặt bê tông phơi lộ trước các thay đổi nhiệt độ hằng ngày và trong bê tông kết cấu khối lớn Cốt thép chịu nhiệt độ và co ngót phảo được bố trí để đảm bảo tổng cốt thép ở các bề mặt phơi lộ không nhỏ hơn quy định sau

Có thể bố trí cốt thép chịu co ngót và nhiệt độ bằng loại cốt thanh, tấm lưới sợi thép hàn hoặc bó thép dự ứng lực

Với các thép thanh hoặc tấm lưới sợi thép hàn, diện tích cốt thép trên mỗi

mm, trên mỗi mặt và trong mỗi hướng phải thỏa mãn:

0.752( )0.233 1.27

s

y s

bh A

A

+

As : diện tích cốt thép trong mỗi hướng và mỗi mặt(mm2/mm)

b : bề rộng tối thiểu mặt cắt cấu kiện (mm)

h : bề dày tối thiểu mặt cắt cấu kiện (mm) ,

fy : cường độ chảy quy định của thanh cốt thép ≤ 520 MPa

0.75 0.75 250 1000

0.179 / 2( ) 2 250 1000 420

s

M ỤC L ỤC

1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM 4

2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 7

3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỐT THÉP DỌC TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM 14

4 TÍNH TOÁN VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU 18

5 TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP ĐAI 21

6 KIỂM SOÁT NỨT 24

7 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG TẠI GIỮA NHỊP 26

8 TÍNH BẢN MẶT CẦU 29

9 CỐT THÉP KIỂM SOÁT NỨT BỀ MẶT 34

1/2 BIỂU ĐỒ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CẮT CỐT THÉP VÀ BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG BAO VẬT LIỆU

GHI CHÚ:

- Kích thước ghi trong bản vẽ là mm.

- Khoảng cách dọc theo chiều dài dầm của thanh số 7 giống thanh số 6.

(mm)

Chiều dài (mm)

Số lượng (thanh)

T.L.D.V (Kg/m)

5

10 112-D16, L=2350