Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP * * * Giáo viên hướng dẫn :Nguyễn Văn Tuấn Sinh viên :LẠI VĂN TUÂN Lớp :60CĐB3 ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu dường ô tô nhịp giản đơn,bằng BTCT,thi công bằng phương pháp đúc rieng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước. I SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp: Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Bề rộng chế tạo cánh :l=16 (m) :HL-93 :240 cm :b f =170cm Tĩnh tải mặt cầu rải đều(DW) :5,0 KN/m Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mg M =0,5 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mg Q =0,9 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng :mg =0,55 Hệ số cấp đường :K=0,65 Độ võng cho phép của hoạt tải :1/800 Vật liệu(cốt thép theo ASTM 615M): :Cốt thép chịu lực: f y =420 Mpa :Cốt đai: f y =420 Mpa :Bê tông f c ’ =28 Mpa Quy 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 trong gây ra. 3 Vẽ biểu đồ bao moomen,lực cắt do tải trong gây ra. 4 Tính,bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp. 5. Tinh,bố trí cốt thép đa. 6. Tính toán kiểm soát nứt. 7. Tính độ võng do hoạt tải gây ra. 8. Xác đinh vị trí cốt thép,vẽ biểu đồ bao vật liệu. B-BẢN VẼ: 9. Thể hiện trên giấp A1 10. Vẽ mặt chính dầm,vẽ các mặt cắt đại diện. 11. Vẽ biểu đồ bao vật liệu. 12. Bóc tách cốt thép,thống kê vật liệu. 1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 1 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép 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: h =( 10 1 ÷ 20 1 )l h =(0,8÷1,6)m Chiều cao nhỏ nhất theo quy định của quy trình: h min =0,07x16=1,12(m) Trên cơ sở đó sơ bộ chọn chiều cao dầm h=120cm Mặt cắt ngang dầm 1.2 Bề rộng sườn dầm b w . Tại mặt cắt trên gôi của dầm,chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ. Chiều rộng b w này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ BT với chất lượng tốt. Theo yêu cầu đó,ta chon chiều rộng sườn b w =20cm. 1.3 Chiều dày bản cánh h f Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực của vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác. Theo kinh nghiệm h f =18cm. 1.4 Chi Òu réng b¶n c¸nh b Theo đề ra ta có:b=170(cm) 1.5 Chọn kích thước bầu dâm b l ,h l : h l =19cm b l =33cm 1.6 Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài : Diện tích mặt cắt dầm. A=1,7x0,18+0,1x0,1 + 0,065x0,065+(1,2 − 0,18 − 0,19)x0,2+0,19x0,33=0,5489(m 2 ) W dc =A×γ=0,5489×24=13,1736 (KN/m) Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 2 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép Trong đó γ=24KN/m 3 : trọng lượng riêng bê tông. Xác định bề rộng cánh tính toán Bể rộng cánh tính toán đối với dầm bên trong không lấy trị số nhỏ nhất trong ba trị số sau: - 4 1 L=16/4=4 (m) với L là chiều dài nhịp hữu hiệu. - Khoảng cách tim giữa 2 dầm:240cm - 12 lần bề dày cánh và bể rộng sườn dầm: 12h f +b w =12x18+20=236cm. - Và bề rộng cánh tính toán cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chê tạo:b f =170cm. Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b=170cm. Quy đổi tiết diện tính toán: - Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh: S 1 =10x10/2=50 2 cm - Chiều dày cánh quy đổi: qd f h =h f + w bb S − 1 2 =18 + (2 50) 170 20 × − = 18,667cm =186.67mm - Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm: S 2 =6,5x6,5/2=21,125cm 2 . - Chiều cao bầu dầm mới: h qd 1 =h 1 + w bb S − 1 2 2 =19 + 2 21,125 33 × − 20 =22,25cm=222,5mm. Mặt cắt ngang tính toán Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 3 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép 2. 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 giữa nhịp; M=η{(1,25×w dc +1,5×w dw )+mg M [1,75×LL 1 +1,75×k×LL M ×(1+IM)]}×w M Trong đó: LL L :Tải trọng làn rải đều (9,3kn/m). LL dem M tan =25,44 :Hoạt tải tương đương của xe 2 trục thiết kế ứng với đ.a.h M tại mặt cắt giữa nhịp(KN/m). LL truck M =28,53 :Hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế ứng với đ.a.h M tại mặt cắt giữa nhịp(KN/m). m mg =0,5 :Hệ số phân bố ngang tính cho moomen(đã tính cả hệ số làn xe m) W dc =13,17 :Trọng lượng dầm trên 1 đơn vị chiều dài(KN/m). W dw = 5,0 :Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên 1 đơn vị chiều dài(tính cho 1 dầm(KN/m)). (1+IM) =1,2 5 :Hệ số xung kích. ω M =32 :Diện tích đ.a.h M(m 2 ). K =0,65 :Hệ số của HL-93 Thay số: M=0,95x{(1,25x13,17+1,5x5,0)+0,7[1,75x9,3+1,75x0,65x28,53x(1+0,25)]}x32 =1938,038KNm Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm: d=(0,8÷0,9)h chọn d=0,9×h=0,9x120=108cm) Giả sử trục trung hòa đi qua dầm: M n =0,85×a×b w ×f ' c (d − a/2)+0,85×β l (b − b w )×h f ×f ' c (d − h f /2) M u =ΦM n Trong đó: M n :Mô men kháng danh định M u =1938,038(KNm) Φ:Hệ số kháng(với dầm chịu kéo khi uốn lấy:Φ=0,9 A s :Diện tích cốt thép chịu kéo. F y =420Mpa:Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ f ' c =28 Mpa:Cường độ chịu nén của BT ở tuổi 28 ngày. Β l :Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén được xác định =0,85 khi 28MPa ≥ f ' c =0,85 − 0,5x(f ' c -28)/7 khi 56MPa ≥f ' c ≥28MPa =0,65 khi f ' c ≥56MPa Vậy theo điều kiện đầu bài f ' c =28MPa nên ta có β l =0,85 h f =0,18667m:chiều dày bản cánh sau khi quy đổi. a=β l c:Chiều cao khối ứng suất chữ nhật tương đương. Ta có a=d               ××× − −− 2' 85,0 211 dbf M M wc f u φ Với M f =0,85×β l (b-b w )×h f ×f ' c (d-h f /2) Thay các số liệu vào ta có: Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 4 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép M f =0,85x0,85x(1,7 − 0,2)x0,18667x28x10 3 x(1,08 − 0,18667 2 )=5588,97(KNm). φ u M = 1938,038 0,9 =2153,38 KNm < M f → a<0 Vậy trục trung hòa đi qua bản cánh ta chuyển sang tính toán như mặt cắt chữ nhật. Xác định a từ điều kiện: M u =M r =ΦM n =Φ×0,85×f ' c ×b×a(d-a/2) a=d         ×××× −− 2' 85,0 2 11 dbf M c u φ = 2 2 1938,038 1,08 1 1 0,9 0,85 28000 1,7 1,08   × − −   × × × ×   = 0,0504 m Thay số vào ta được a=0,0504 m=5,05 cm < b l h f1 = 15,86(cm) A s = y c f fba ' 85,0 ××× A s = 0,85 420 ×50,5×1700×28 =4864,83 mm 2 =48,65 cm 2 Sơ đồ chọn thép và bố trí thép: Phương án Φ Ft(cm 2 ) Số thanh Ft(cm 2) 1 19 2,84 19 53,96 2 22 3,87 14 54,18 3 25 5,1 11 56,1 Từ bảng trên ta chọn phương án:2 +Số thanh bố trí:14 +Số hiệu thanh:#22 +Tổng diện tích CT thực tế:54,18cm 2 Bố trí thành 4 hàng 4 cột: Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 5 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép Kiểm tra lại tiết diện: A s =54,18cm 2 Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép. d l = i ii F yF Σ Σ = 4 40 4 150 4 170 2 235 14 × + × + × + × =123,6mm=12,36cm d:Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:d=h-d l =120-12,36=107,64cm Giả sử trục trung hòa đí qua bản cánh. Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi: a = bf fA c ys ' 85,0 = 54,18 420 0,85 28 170 × × × =5,624 cm < β l h f =15,86 vậy điều giả sử là đúng. Mô men kháng tính toán:M r =ΦM n =0,9x0,85abf ' c (d 2 a − ) M r =0,9x0,85x56,24x1700x28x( 56,24 2 1076,4 − )=2146797100(Nmm)=2146,78(KNm) Như vậy M r >M u =1938,038 => Dầm đủ khả năng chịu mômen. Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: d c = d a l β = 5,624 0,85 7,64×10 =0,062<0,42 Vậy cốt thép tối đa thỏa mãn. Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: ρ= g s A A = 54,18 5469,25 = 0,99% Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 6 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép tỉ lệ hàm lượng cốt thép Ρ=0,99% > 0,03x y c f f ' =0,03x 28 420 =0,2%(thỏa mãn) 2.Xác định nội lực. 1.71/Tính toán mômen và lực cắt tại vị trí bất kì. Vẽ đ.a.h của mômen và lực cắt. +chiều dại nhịp:l=16 m +chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt từ 0 đến 10,mỗi đoạn dài 1,6m. Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện: DAH M5 DAH M4 DAH M3 DAH M2 DAH M1 Các công thức tính toán giá trị moomen,lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường độ: M i =η { } MMlMdwdc wIMLLkLLmgww ×+××+×+×+× )]1(75,175,1[)5,125,1( Q i =η { } (1,25 11,78 1,5 4) 0,5[1,75 1,75 (1 )] l M M LL k LL IM w× + × + × + × × + × Các công thức tính toán giá trị moomen.lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn sử dụng: M i =1x { } (11,78 4) [ (1 )] M l M M mg LL LL IM w+ + + × + Q i =1x { } ( ) 0,7[ (1 )] dc dw Q l M w w w LL LL IM+ × + + × + w 1Q *Trong đó: w dw ;w dc :tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KNm) w M :diện tích đ.a.h moomen tại mặt cắt thứ i. w Q :tổng đại số diện tích đ.a.h lực cắt. w lQ :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. Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 7 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép LL Q :hoạt tải tương ứng với đ.a.h lực cắt tại mặt cắt thứ i. mg M ;mg Q :hệ số phân bố ngang tinh cho mômen lực cắt. LL L =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=η d ×η R ×η l ≥0,95 với đường quốc lộ và trạng thái giới hạn cường độ I:η d =0,95;η R =1,05; η l =0,95 với trạng thái giới hạn sử dụng η=1 Bảng giá trị mômen i x (m) α mi w ( 2 m ) truck mi LL (KN/m) dem Mi LL tan (KN/m) cd i M (kNm) sd i M (kNm) 1,60 0,1 0 11,52 32,44 26,33 603,75 507,87 3,20 0,20 20,48 31,47 26,20 1059,92 870,24 4,80 0,3 0 26,88 30,50 25,99 1373,53 1125,90 6,40 0,40 30,72 29,51 25,72 1549,51 1267,73 8,00 0,50 32,00 28,53 25,44 1592,58 1300,96 Ta vẽ biểu đồ bao moomen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ: Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 8 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép § êng a/h lùc c¾t t¹i c¸c tiÕt diÖn: 493,64 403,96 316,19 230,60 148,49 148,49 230,60 316,19 403,96 585,76 493,64 B ¶ng gi¸ trÞ lùc c¾t )(mx i )(ml i w lQ ( 2 m ) )( 2 mw Q ( / ) truck Qi LL kN m tan ( / ) dem Qi LL kn m )(kNQ cd i )(kNQ sd i 0,00 16,00 08,00 08,00 33,40 26,47 585,76 407,74 1,60 14,40 06,48 06,40 36,20 29,31 493,64 342,08 3,20 12,80 05,12 04,80 39,50 32,79 403,96 277,98 4,80 11,20 03,92 03,20 43,30 37,22 316,19 215,09 6,40 09,60 02,88 01,60 47,67 43,07 230,60 153,58 8,00 08,00 02,00 00,00 53,02 50,88 148,49 77,54 Sv:Lại Văn Tuân Gv:Nguyễn Văn Tuấn 9 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp 1.Biểu đồ bao lực cắt ở trạng thái giới hạn cờng độ 585,76 493,64 403,96 316,19 230,60 148,49 148,49 230,60 316,19 403,96 585,76 493,64 2 Vẽ bi u bao vt liu Tớnh toỏn moomen khỏng tớnh toỏn ca dm khi b ct hoc un cụt thộp: Kt qu tớnh toỏn c th hi trong bng sau: S ln ct S thanh cũn li Din tớch A s cũn li(mm 2 ) d(cm) a(cm) V trớ trc trung hũa M r (KNm) 0 14 5418 12,36 5,624 Qua cánh 2146,80 1 12 4644 10,5 4,82 Qua cánh 1879,60 2 10 3870 9,2 4,02 Qua cánh 1592,51 3 8 3096 8,875 3,21 Qua cánh 1280,17 4 6 2322 8,333 2,41 Qua cánh 969,39 Hiu chnh biu bao mụmen Do iu kin v lng ct thộp ti thiu:M r min{1,2M cr ;1,33M u } nờn khi M u 0,9M cr thỡ iu kin lng cụt thộp ti thiu l M r 1,33M u .iu ny cú ngha l kh nng chu lc ca dm phi bao ngoi ng 3 4 M u Khi;M u 0,9M c Ta cú:Din tớch mt ct ngang g A =18,667 ì 170+(120 18,667 22,25) ì 20+22,25 ì 33=5489,33 (cm 2 ) Xỏc nh v trớ trc trung hũa t y = 18,667 170 110,6665 (120 5489,3 ì ì + 18,667 22,25)ì20ì61,7915 + 22,25ì33ì11,125 t y =83,27 cm Moomen quỏn tớnh ca tit din nguyờn Sv:Li Vn Tuõn Gv:Nguyn Vn Tun 10 [...]... cu bờ tụng ct thộp 4.Kiểm soát 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 ngời ta coi phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang là tuyến tính và tính ứng suất kéo f c của bê tông Mặt cắt ngang tính toán Diện tích của mặt cắt ngang: Ag... +Trong đó: d c : chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùngcho đến tâm thanh gần nhất, theo bố trí cốt thép dọc ta có d c =40 mm +A : Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thep chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt ngang và đờng thẳng song song với trục trung hoà chia số lựơng thanh Để tìm A ta giả sử đờng giới hạn trên của miền A tại sờn dầm Trọng tâm của miền A tính nh sau: 19... toán Diện tích của mặt cắt ngang: Ag =5489,3 (cm ) 2 Xác định vị trí trục trung hoà: yt = 83,27(cm) Mô men quán tính của tiết diện nguyên: I g = 5710828,099 (cm 4 ) Tính ứng suất kéo của bê tông: fc = Ma 1300, 96ì 103 yt = ì83, 27ì 102 = 18,97 MPa Ig 5710828, 099ì 108 Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông : f r = 0, 63 f c ' = 0, 63 28 = 3,33MPa f c > 0,8 f r 12,94 > 0,8x3,33 = 2,66 Vậy mặt cắt bị... Khi đó phần bê tông bọc cốt thép cần tìm là: dt A = 33.19 + 6,5 + (19 2.6,5).6,5 + 20. = 809, 25cm 2 A= dt A = 5780,36mm 2 14 Z : thông số bề rộng vết nứt sét trong điều kiện bình thờng Z= 30000 N/mm Z 30000 = = 488, 78 N / mm = 488, 78MPa 1/ 3 (d c A) (40.5780,36)1/ 3 0, 6 f y = 0, 6.280 = 168MPa f y =168MPa Sv:Li Vn Tuõn 17 Gv:Nguyn Vn Tun ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp Tính toán ứng suất sử... thộp ai Ta cú ' 0,1f c ìdvìbv=0,1ì28ì956,48ì200=535,628ì103(N)>Vu=295,18ì103(N) *Nờn ta kim tra theo cỏc iu kin sau: s0,8dv s=160mm0,8dv=0,8x956,48=756,18mm=>tha món s600mm=>tha món Kim tra iu kin m bo cho ct thộp dc khụng b chy di tỏc dng t hp cua mụmen,lc dc trc v lc ct: Kh nng chu lc ct ca ct thộp ai: Av ì f y ì cot g 142 ì 280 ì 956,48 ì cot g (38,057) Vs= = = 112,967ì103(N) 430 s Asfy=2322x280=650,16.103N . cầu dường ô tô nhịp giản đơn ,bằng BTCT,thi công bằng phương pháp đúc rieng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước. I SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp: Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Bề. Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP * * * Giáo viên hướng dẫn :Nguyễn Văn Tuấn Sinh viên :LẠI VĂN TUÂN Lớp :60CĐB3 ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu. Gv:Nguyễn Văn Tuấn 2 Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép Trong đó γ=24KN/m 3 : trọng lượng riêng bê tông. Xác định bề rộng cánh tính toán Bể rộng cánh tính toán đối với dầm bên trong không lấy trị