Đồ án bê tơng cốt thép BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI -TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG-PHÂN HIỆU CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI THÁI NGUYÊN …………….000…………… ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP :TRỊNH MINH HỒNG BỘ MƠN: CẦU SINH VIÊN:ngun m¹nh tn GIẢNG VIÊN THÁI NGUN 2010 Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên ỏn bờ tụng cốt thép ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn:TRỊNH MINH HOÀNG Sinh viên: Ngun M¹nh Tn Lớp:59CDB6 ĐỀ BÀI: Thiết kế dầm cho cầu dường ôtô nhịp giản đơn, BTCT, thi công phương pháp đúc riêng dầm công trường tải trọng cho trước I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Bề rộng chế tạo cánh Tĩnh tải mặt cầu dải Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng Hệ số cấp đường Độ võng cho phép hoạt tải Khối lượng riêng bê tông Vật liệu(cốt thép theo ASTM 615M) :l=20(m) :HL – 93 : 220(m) : bf= 180(cm) :DW=5(kN/m) :mgM=0.6 :mgQ= 0.8 : mg= 0.55 :k=1 : 1/800 γc=2500(kg/m3) : Cốt thép chịu lực fy=420 MPA : Cốt đai fy=420MPA : Bêtơng fy=32MPA Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 II-U CẦU VỀ NỘI DUNG: A-TÍNH TỐN: Chọn mặt cắt ngang dầm Tính mơmen, lực cắt lớn tải trọng gây 3.Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt tải trọng gây Tính bố trí cốt thép dọc mặt cắt nhịp Tính bố trí cốt thép đai Tính tốn kiểm tốn nứt Tính độ võng hot ti gõy Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên án bê tơng cốt thép Xác định vị trí cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu B-BẢN VẼ: Thể khổ giấy A1 Vẽ mặt dầm, vẽ mặt cắt đại diện Vẽ biểu đồ bao vật liệu Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu BÀI LÀM I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1 Chiều cao dầm h: -Chiều cao dầm h chọn theo điều kiện cường độ điều kiện độ võng, thông thường với dầm BTCT chiều cao thỏa mãn điều kiện cường độ aatj yêu cầu độ võng - Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm:  1 ÷ ÷l  20 10  h=0.65(m) ÷ 2.0(m) h=  -Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình: hmin =0.07 × l= 0.07 × 20= 1.4 (m) • Trên sở chọn chiều cao dầm h =150(cm) Mặt cắt ngang dầm 1.2 Bề rộng sườn dầm:bw Tại mặt cắt gối dầm, chiều rộng sườn dầm định theo tính tốn ứng suất kéo chủ, nhiên ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bêtông với cht lng tt Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên ỏn bê tơng cốt thép Theo u cầu ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 20(cm) 1.3 Chiều dày cánh: hr Chiều dày cánh phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf= 18(cm) 1.4.Chiều rộng cánh: Theo điều kiện đề cho: b=180(cm) 1.5.Chọn kích thước bầu dầm:b1,h1 b1=35(cm) h1=25(cm) 1.6.Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: Diện tích mặt cắt dầm: A=1.8x0.18.0.1x0.1+0.075x0.075+0.25x0.35+(1.5-0.18-0.25)x0.2=0.641125(cm2) w dc =Axγ=0.641125x2500=16.028(kN/m) Trong đó: γ=2500(kN/m): trọng lượng riêng bê tông *Xác định bề rộng cánh tính tốn: Bề rộng cánh tính tốn dầm bên không lấy trị số nhỏ ba trị số sau: - = 20 =5(m), với L chiều dài nhịp -Khoảng cách tim dầm:220(cm) -12 lần bề dày cánh bề rộng sườn dầm:12hf + bw =12 × 18+20=236(cm) -Và bề rộng canh tính tốn khơng lớn bề rộng cánh chế tạo: bf= 180(cm) Vì bề rộng cánh hữu hiệu b=180(cm) *Quy đổi tiết diện tính tốn: -diện tích tam giác chỗ vát cánh : S=10x =50 cm2 -Chiều dày cánh quy đổi: 2S1 x50 hfqd=hf+ =18+ =18.625 (cm) 180 − 20 b − bw -diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm: S2= x7.5x7.5=28.125(cm2)-Chiều cao bầu dầm mới: 2S Hfqd=h1+ b1 − b =25+ w x 28.125 =30.625(cm) 35 − 25 Mt ct ngang tớnh toỏn Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên Đồ án bê tông cốt thép II-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: vẽ đường ảnh hưởng mômen,lực cắt -Chiều dài nhịp:l=20(m) -Chia dầm thàn đoạn tương ứng với mặt cắt từ đến 10, đoạn dài 2(m) Đường ảnh hưởng mômen tiết diện: 10 ®ah M1 1.8 §ah M2 3.2 §ah M3 4.2 §ah M4 4.8 §ah M5 Các công thức tinh giá trị mômen,lực cắt thứ i theo trang thái giới hạn cường độ.Mi=η{(1.25xwdc+1.5xwdw) +mgM[1.75xLLl+1.75xkxLLwx(1+IM)]}xwM Qi={(1.25xwdc+1.5xwdw)xwq+mgQ[1.75xLLl+1.75xkxLLwx(1+IM)]xw1Q} Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên ỏn bờ tụng cốt thép Các cơng thức tính tốn trị số mơmen lực cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử dụng Mi=1.0{(wdc+wdw)+mgM[LLl+kxLLMx(1+IM)]}xwM Qi=1.0{(wdc+wdw)xwQ+mgQ[LLl+kxLLMx(1+IM)]xw1Q} Trong đó: wdw ,wdw:Tĩnh tải rải trọng lượng thân dầm(KN.m) wM :Diện tích đ.ả.h mômen măt cắt thứ i wQ :Tổng đại số diện tích đ.ả.h lực cắt w1Q :Diện tích phần lớn đường ảnh huởng lực cắt LLM:Hoạt tải tương ứng với đừng ảnh hưởng mômen mặt cắt thứ i LLQ :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt mặt cắt thứ i MgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen, lực cắt LLM=9.3(KN/m):tải trọng dải (1+IM):Hệ số xung kích η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định công thức: η = ηdxηRxηI>0.95 Với đường quốc lộ trạng thái giới hạn cường độ:ηd=0.95;ηR=1.05;ηI=0.95 Với trạng thái giới hạn sử dụng η=1 Bảng giá trị mômen Mặt cắt xi (m) α 10 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ωMi(m2) LLMitruck LLMitan Micd (KN/m) (KN/m) (KN/m) 18 32 42 48 50 27.264 26.648 26.024 25.392 24.76 21.252 21.164 21.032 20.856 20.68 1249.736 2197.175 2851.114 3220.591 3315.381 Misd (KN/m) 847.008 1491.008 1937.292 2191.296 2258.9 Sinh Viªn: Ngun Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyªn Đồ án bê tơng cốt thép 1249.736 2197.175 2851.114 3220.591 3315.381 3220.591 2851.114 2197.175 1249.736 Biểu đồ bao M(KN/m) Đường ảnh hưởng lực cắt tiết diện: Đah Q0 Đah Q1 Đah Q2 Đah Q3 Đah Q4 ah Q5 Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên ỏn bờ tông cốt thép Bảng giá trị lực cắt Mặt xi cắt (m) 0.00 ωQi(m2) li (m) 20 18 10 8.1 ωQ(m2) LLMitruck LLMitan (KN/m) (KN/m) 10 27.88 21.34 27.264 21.252 16 6.4 26.648 21.164 14 12 4.9 3.6 26.024 25.392 21.032 20.856 10 10 2.5 0.00 24.76 20.68 Qcdi (KN) Qisd (KN) 563.48 449.32 344.33 248.086 160.25 80.5 848.778 676.599 519.646 377.239 248.816 133.831 Ta vẽ biêu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: 80.5 160.251 248.086 344.331 449.326 563.48 563.48 449.326 344.331 248.086 160.251 80.5 Biểu đồ bao Q (kN) III-TÍNH TỐN DIỆN TÍC BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM: Tính mơmen tính tốn ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính mặt cắt nhịp: M= n{(1.25xwdc+1.5xwdc)}+mgM[1.75xLL1+1.75x k x LLMx(1+IM)]}xwM Trong đó: LLL:Tải trọng rải đều(9.3KN/m) LLMtan dem=20.68: Hoạt tải tương đương củ xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp (KN/m) Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên ỏn bờ tụng ct thép LLMtruck=24.76:Hoạt tải tương đương củ xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt nhịp (KN/m) mgM=0.6 :Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen(đã tính cho hệ số xem) wdc=0.641125:Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài (KN/m) wdw=5 : Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích cơng cộng đơn vị chiều dài(tính cho dầm)(KN/m) 1+IM :Hệ số xung kích wM=50: Diện tích đường ảnh hưởng(m2) K=1:Hệ số HL-93 Thay số: Mu=0.95x{(1.25x16.028+1.5x5)+0.6x[1.75x9.3+1.75x0.5x24.76x(1+0.25)]}x50 =3315.381(KNm) Giả sử chiều cao hữu hiệu dầm: d=(0.8 ÷ 0.9)h chọn d=0.9h=0.9x150=135(cm) Giả sử trục trung hoà qua sườn dầm ta có: a h Mn=0.85xaxbwxfc’(d- )+0.85xß1(b-b )xhfxfc’(d- ) Mu=φMn Trong đó: Mn:là Mơmen kháng danh định Mu=3315.381(KN.m) As :diện tích cốt thép chịu kéo fy=420MPa:Giới hạn chảy cốt thép dọc chủ fc’=32MPa:Cường độ chịu kéo bêtông tuổi 28 ngày ß1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định: =0.821 28 MPa>fc’ =0.821-0.05x(f’c-28)/7khi 56MPa >f>28MPa =0.65khi f’c>56MPa Vì f’c=32MPa nên ta có ß1=0.821 hf=0.1864m: Chiều dày cánh sau quy đổi a=ß1xc :Chiều cao khối ứng suất tương đương Mu −Mf ϕ Ta có :a=d × (1- − ) ' 0.85 × f c × bw × d e Vi Mf=0.85 ì ò1(b- bw ) ì hf ì f 'c (d- hf ) Thay số liệu vào ta có Mf=0.85 × 0.821 × (1.8-0.2) × 0.18625 × 32 × 103 × (1.35- )=8364.123(KN/m) Mu 3315.381 = =3683.757(KN/m)0.03 × fc ' 32 =0.03 =0.229% fy 420 → Thoả mãn IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU *Tính tốn mơmen kháng tính tốn dầm bị cắt cốt thép Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn tính với mặt cắt có mơmen lớn cắt bớt cho phù hợp với hình bao mơmen Tại mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hồ, chiều cao khối ứng suất tương đương mơmen kháng tính tốn Do ta có bảng sau: Số lần ST cịn As(mm2) ds(cm) a(cm) Vị trí Mr(kNm) cắt lại TTH 12 7740 137.5 6.64 Qua cánh 3925.904 10 6450 139 5.53 Qua cánh 3310.692 5160 139.38 4.43 Qua cánh 2670.091 3870 140 3.32 Qua cánh 2009.181 Trong TTH qua cách nên:    a  Mr=φMu=φ 0.85abf c  d e − ÷  A= '  As f y 0.85bf c ' Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên 11 ỏn bờ tụng ct thép *Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen: Do điều kiện lượng cốt thép tối thiểu: Mr ≥ min{1.2mcr;1.33Mu } Nên Mu ≤ 0.9Mcr điều kiện lượng cốt thép tối thiểu Mr ≥ 1.33Mu Điều nàycó nghĩa khả chịu lực dầm phải bao ngồi đường 4/3Mu Mu ≤ 0.9Mcr +Xác định mơmen nứt: Mcr=fr Ig yt Diện tích mặt cắt ngang:Ag Ag=0.641125(m2) ∑ yt × Ft Vị trí trục trung hồ:yt= ∑ F t 18.625  30.625  18.625 x180 x150 −  + (150 − 18.625 − 30.625) x 20 x81 + 30.625 x35 x yt=   6411.25 =101.58(cm) Mơmen qn tính tiết diện ngun: Ig Ig= 180 x18.625 18.625 20 x100.75   + 180 x18.625 x150 − − 101.58  + + 20 x100.75 x 12 12   2 100.75 35 x30.625 30.625     x 30.625 + − 101.58  + + 35 x30625 x101.58 −  = 13691698.47(cm ) 12     Cường độ chịu kéo uốn bêtơng: fr fr=0.63 f c ' =0.63 × 32 =3.564(MPa) Vậy momen nứt là: Ig 13691698.47 x10 −8 Mcr=fr =3.564x10x =480.382(kNm) yt 101.58 x10 − -Tìm vị tr í mà Mu=1.2Mcr Mu=0.9Mcr Để tìm vị trí ta x ác đ ịnh khoảng cách x1,x2 nội suy tung độ biểu đồ momen ban đầu Mu=1.2Mcr= 1.2x480.382=576.458(kNm) ⇒ x2=922 (mm) Mu=0.9Mcr=0.9×480.382=432.344(kNm) ⇒ x1=691 (mm) -Tại đoạn Mr≥1.2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu -Tron đoạn 0.9Mcr≤Mr≤1.2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr -Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường M u ' = M u Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên 12 án bê tông cốt thép 1249.736 2197.175 2851.114 3220.591 3315.381 0.9Mcr=432.344 1.2Mcr=576.458 691 922 BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI ĐÃ HIỆU CHỈNH Xác định điẻm cắt lý thuyết: Điểm cắt lý thuyết l điểm mà theo yêu cầu uốn không cần cốt thép dài Để xác định điểm cắt lý thuyết ta cần vẽ biểu đồ mơmen tính tốn Mu xác đinh điểm giao biểu đò ΦMu Xác định điẻm cắt thực tế: +Từ điểm cắt ký thuyết kéo dài phía momen nhỏ đoạn l1 Chiều dài lấy giá trị lớn giá trị sau: -Chiều cao hữu hiệu tiết diện:d=h-ds=1500-125=1375 (mm) -15 lần đừong kính danh định=15x29=435 mm) -1/20lần chiều dài nhịp=1/20x2000=1000 (mm) ⇒ Chọn l1=1375(mm) +Chiều dài phát triển lực ld:Chiều dài khơng nhỏ tích sốchiều dài triển khai cốt thép ldb với hệ số điều chỉnh, đồng thời khơng nhỏ 300(mm).Trong đó, ldb lấy giá trị lon nhat hai giá trị sau: L= = 0.02 x645 x 420 32 =957.78 (mm) L≥0.06xdbxfy=0.06x29x420=730.8 (mm) Chọn ldb=957.78 (mm) Trong đó:Ab diện tích 29 +Hệ số điều chỉnh làm tăng: ld=1.4 +Hệ số điều chỉnh làm giảm ld= = 66.44 =0.8584 77.4 Với Act =66.44(cm2) diện tích cần thiết tính tốn Att =77.4(cm2) thực tế bố trí Vậy ld=957.78x1.4x0.8584= 1151.02 (mm) ⇒ Chn ld=1155 (mm) Sinh Viên: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên 13 ỏn bê tơng cốt thép Trên sớ ta vẽ biểu đồ bao vật liệu sau: BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU 2198,15 Mu (kN.m) 1843,21 1249.736 4198,06 2197.175 2851.114 1460,58 3220.591 3315.381 0.9Mcr=432.344 1.2Mcr=576.458 Mr (kN.m) Đi?m c?t th? c t? X1 2009.181 X2 2670.091 ld=1155 Đi?m c?t lý thuy?t 3310.692 l1=1375 ld=1115 1375 3925.904 V.TÍNH TỐN CHỐNG CẮT : Biểu thức kiểm toán: ϕ Vn>Vu Vn:Sức kháng cắt danh định, lấy giá trị nhỏ của:Vn=Vc+Vs Hoặc Vn=0.25x f c ' xbvxdv(N) Vc=0.083xβx f c ' × bv × d v ( N ) Vs= Av f v d v (cot gθ + cot gα ) sin α S Trong đó:+bv: Bề rộng bụng hữu hiệu, lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv,vậy bv=bw=20cm +dv: Chiều cao hữu hiệu +s(mm): Cự ly cốt thép đai +β: Hệ số khả bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo +θ: Góc nghiêng ứng suất nán chéo + β, θ:đựoc xác định cách tra đồ thị tra bảng +α: Góc nghiêng cốt thép ngang với trục dọc , α =900 +φ: Hệ só sức kháng cắt, với bêtơng thường, φ=0.9 +Av: Di ện t ích c ốt th ép b ị c c ự ly s (mm) +Vs: Khả chịu lực cắt cốt thép(N) +Vc: Khả chịu lực cắt bêtông(N) +Vu: Lực cắt tính tốn Bước 1:Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv a dv=max{0.9de;0.72h;d- } Sinh Viªn: Nguyễn Mạnh Tuấn-lớp 59CDB6-Phân Hiệu Cao Đẳng GTVT Miền Núi Thái Nguyên 14 ỏn bờ tụng ct thộp Ta có bảng sau: Vị trí de(mm) a(mm) 0.9 de de-a/2 0.72h dv(mm) tính 12 1375 66.4 1237.5 1341.8 108 1341.8 10 1390 55.3 1251 1362.35 108 1162.35 1393.8 44.3 1254.42 1371.65 108 1371.65 1400 33.2 1260 1383.4 108 1383.4 Bước 2:Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả chịu lực bêtông vùng nén Xét mặt cắt cánh gối đoạn dv, x ác định nội lực đường bao phương pháp nội suy Điều kiện kiểm tra lực cắt Vu mặt cắt