Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng bê tông cốt thép
Lê Văn Minh Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng Bê tông cốt thép A. Tài liệu thiết kế Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng. Sau khi tính toán và so sánh các phương án: xi phông, kênh dẫn, cầu máng chọn phương án xây dựng cầu máng bằng BTCT. Dựa vào điều kiện địa hình, tính toán thuỷ lực và thuỷ nông, người ta đã xác định được các kích thuớc cơ bản của cầu máng và mức nước yêu cầu trong cầu máng như sau: Chiều dài máng L = 34 m Bêtông M200 Bề rộng máng B = 3,7 m Loại cốt thép nhóm CII Cột nước lớn nhất trong máng H max = 1,9m Số nhịp n = 6 1 2 3 Hình 1 - Mặt cắt dọc cầu máng 1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Nối tiếp Hình 2 - Cắt ngang máng 1 - Lề người đi 2 - Vách máng 3 - Đáy máng 4 - Dầm đỡ dọc máng 5- Khung đỡ ( không tính toán trong đồ án) 1 Lê Văn Minh Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng δ = 0,5 m. Theo biểu đồ phân vùng áp lực gió, vùng xây dựng công trình có cường độ gió q g = 1,2 kN/m 2 , hệ số gió đẩy k gió đẩy = 0,8, hệ số gió hút k gió hút = 0,6 được lấy trong trường hợp coi vách máng thẳng đứng. Tải trọng người đi q ng = 200 kG/m 2 = 2 kN/m 2 . Cầu máng thuộc công trình cấp III. Dung trọng bê tông thiết kế γ b = 25 kN/m 3 . Tra các phụ lục trong giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép - ĐH Thủy Lợi, ta được các số liệu sau: k n = 1,15; R n = 90 daN/cm 2 ; R k = 7,5 daN/cm 2 ; R k c = 11,5 daN/cm 2 ; R n c = 115 daN/cm 2 ; R a = R' a = 2700 daN/cm 2 ; m b4 = 0,9; α 0 = 0,6; A 0 = 0,42; E a = 2,1.10 6 daN/cm 2 ; E b = 2,4.10 5 daN/cm 2 ; n = E a /E b = 8,75; µ min = 0,1%. Bề rộng vết nứt giới hạn a ngh = 0,24 mm. Độ võng cho phép [f/l] = 1/500. B. Thiết kế các bộ phận cầu máng Theo quy phạm, cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt, trong thời gian thi công. Tuy nhiên, trong phạm vi đồ án đồ án môn học, chỉ cần tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp: Tổ hợp tải trọng cơ bản. Trình tự thiết kế các bộ phận: 1. Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu: 2 B δ H 1 2 3 4 5 Lê Văn Minh Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đổi dọc theo chiều dòng chảy. Do vậy, đối với các bộ phận: lề người đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng. Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp. 2. Xác định tải trọng tác dụng: Tải trọng tiêu chuẩn q c dùng để tính toán các nội dung của TTGHII: Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt và tính độ võng. Tải trọng tính toán q tt = q c .n t (với n t - hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của TTGHI: Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần). 3. Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kết cấu. 4. Tính toán và bố trí cốt thép: Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có M max . Đối với các bộ phận kết cấu dạng bản (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m. Theo phương vuông góc với cốt thép chịu lực, bố trí cốt thép cấu tạo 4÷5 thanh/m. Kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần) tại các mặt cắt có Q max theo phương pháp TTGH. 5. Kiểm tra nứt: Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có M max . Với những mặt cắt không cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục. Với những mặt cắt cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng vết nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu a n <a ngh , nếu a n >a ngh , đưa ra các giải pháp khắc phục (không yêu cầu tính lại từ đầu). 3 Lê Văn Minh 6. Tính độ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l]. Nếu f/l > [f/l], đưa ra các giải pháp khắc phục. I. Lề người đi 1.1. Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài lề người đi theo chiều dọc máng (chiều dòng chảy), coi lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề 0,8m. Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm. Trong tính toán, lấy chiều dày trung bình h = 10cm. 80 cm 8 12 80 cm Hình 1.1 - Sơ đồ tính toán lề người đi 1.2. Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc của lề người đi, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề bao gồm: a. Trọng lượng bản thân (q bt ): q c bt = γ b .h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m. b. Tải trọng người (q ng ): q c ng = 2.1m = 2kN/m. Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi: q = n bt .q c bt + n ng .q c ng = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m. Trong đó: n bt = 1,05; n ng = 1,2 - hệ số vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người đi theo TCVN 4116-85. 4 Lê Văn Minh 1.3. Xác định nội lực q = 5,025 kN/m M Q - kNm kN 1,6084,02 Hình 1.2 - Biểu đồ nội lực lề người đi 1.4. Tính toán và bố trí cốt thép a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc: (mặt cắt ngàm) Tính toán thép và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt có mômen uốn lớn nhất (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm, h 0 = h – a = 8cm. A = 2 0nb cn h.b.R.m M.n.k = 2 8.100.90.15,1 16080.1.15,1 = 0,028 A = 0,028 < A 0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = 1 - A21− = 1 - 028,0.21− = 0,028 F a = aa 0nb R.m .h.b.R.m α = 2700.1,1 028,0.8.100.90.15,1 = 0,78 cm 2 < m min bh 0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm 2 . Chọn và bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5∅8/1m (2,51 cm 2 ) theo phương vuông góc với phương dòng chảy. Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực 4∅8/1m (1,92 cm 2 ). b. Tính toán và bố trí cốt thép ngang: 5 Lê Văn Minh Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang tại mặt cắt có Q max = 4,02kN = 402 daN. k 1 .m b4 R k .b.h 0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN. k 1 = 0,8 đối với kết cấu dạng bản. k n .n c .Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN. k n .n c .Q < k 1 .m b4 .R k .b.h 0 . Không cần đặt cốt ngang. φ 8 a=200 a=250 φ 8 Hình 1.3 - Bố trí thép lề người đi. II. Vách máng 2.1. Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều dài máng, vách máng được tính toán như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm dọc. Chiều cao vách: H v = H max + δ = 1,9 + 0,5 = 2,4 m. 6 Lê Văn Minh δ - Độ vượt cao an toàn, lấy δ = 0,5 m. Bề dày vách thay đổi dần: h v = 12 ÷ 20 cm. Hình 2.1 - Sơ đồ tính toán vách máng. 2.2. Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc của vách máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách bao gồm các tải trọng sau: - Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng - Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M bt áp lực nước tương ứng với H max : q n - áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): q gđ và q gh Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng. a. Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng: M bt , q gđ (gió đẩy, máng không có nước và không có người đi trên lề) c bt M = 2 L.q 2 l c bt = 8,0 2 8.0.5,2 2 = kN/m; M bt = n bt . c bt M = 1,05.0,8 = 0,84 kNm. q c gđ = k gđ .q g .1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m. q gđ = n g . q c gđ = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m 7 Lê Văn Minh n g = 1,3 - hệ số vượt tải của gió. c gd M = 2 4,2.96,0 2 . 2 2 = v c gd Hq = 2,765 kNm. M gđ = 2 4,2.248,1 2 . 2 2 = vgd Hq = 3,594 kNm. b. Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng: M bt , M ng , q n , q gh (gió hút, trong máng dẫn nước với mực nước H max và trên lề có người đi) c bt M , M bt tính ở trường hợp trên. c ng M = 2 8,0.2 2 L.q 2 2 l c ng = = 0,64 kNm; M ng = n ng . c ng M = 1,2.0,64 = 0,768 kNm. q c nmax = k đ γ n H max 1m = 1,3.10.1,9.1 = 24,7 kN/m; q nmax = n n .q c nmax = 1.24,7 = 24,7 kN/m. 6 H.q M 2 max c max.n c n = = 6 9,1.7,24 2 = 14,86 kNm; M n = 6 H.q 2 maxmax.n = 6 9,1.7,24 2 =14,86 kNm. q c gh = k gh .q g .1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m; q gh = n g . q c gh = 1,3. 0,72 = 0,936 kN/m. 2 4,2.72,0 2 . 2 2 == v c gh c gh Hq M = 2,074 kNm; M gh = 2 4,2.936,0 2 . 2 2 = vgh Hq = 2,696 kNm. k đ - hệ số động, lấy k đ = 1,3. 8 Lê Văn Minh TH căng ngoài TH căng trong Hình 2.2 - Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3. Xác định nội lực a. Trường hợp căng ngoài Hình 2.3 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng ngoài. Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm). M 1 = M gđ + M bt = 3,594 - 0,84 = 2,754 kNm. M 1 c = M gđ c + M bt c = 2,765 – 0,8 = 1,965 kNm. 9 Lê Văn Minh b. Trường hợp căng trong Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm). M 2 = M bt + M ng + M n + M gh = 0,84 + 0,768 + 14,86 + 2,696 = 19,164 kNm. M 2 c = M bt c + M ng c + M n c + M gh c = 0,8 + 0,64 + 14,86 + 2,074 = 18,374kNm. Hình 2.4 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng trong. 2.4. Tính toán và bố trí cốt thép a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc: Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mômen uốn lớn nhất (mặt cắt ngàm) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài. Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm. Chọn a = 2 cm, h 0 = h – a = 18cm. 1. Trường hợp căng ngoài: M = 2,754 kNm. A = 2 0nb cn h.b.R.m M.n.k = 2 18.100.90.15,1 27540.1.15,1 = 0,01 A = 0,01 < A 0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = 1 - A21− = 1 - 01,0.21− = 0,01. 10 [...]... Minh IV dầm đỡ giữa 4.1 Sơ đồ tính toán Đáy máng bố trí 3 dầm đỡ bao gồm 2 dầm bên và 1 dầm giữa Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng và phần lề người đi truyền xuống nhưng chịu tải trọng nước và tải trọng bản thân ít hơn dầm giữa Do vậy, ta có thể tính toán và bố trí cốt thép cho dầm giữa, bố trí thép tương tự cho 2 dầm bên Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng Sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa là dầm liên... = 0,42 → Tính cốt đơn Fa = mb Rn b.h0 α 1,15.90.100.22.0,018 = = 1,38 cm2 ma Ra 1,1.2700 Fa < mminbh0 = 0,001.100.22 = 2,2 cm2 Chọn và bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5φ10/1m (3,93 cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy b Tính toán cốt ngang Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng tại mặt cắt sát vách máng trong trường hợp máng dẫn nước với mực nước Hmax, người đi trên cả hai bên lề và... Minh 3.4 Tính toán bố trí cốt thép đáy máng a Tính toán cốt thép dọc chịu lực: 1 Trường hợp gây mô men căng trên lớn nhất M1 tại mặt cắt sát vách: Tính toán như cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm Chọn a = 3cm, h0 = h – a = 22cm k n M 1,15.1.191640 n c 1 A = m R b.h 2 = 1,15.90.100.22 2 = 0,044 → α = 1 - 1− 2A = 1 - 1− 2.0,044 = b n 0 0,045 A = 0,044 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn... 94 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép – ĐH Thủy Lợi an1= 1.1,3.1 an2= 1.1.1 1811,56 − 200 7.(4 − 100.0,0031) 14 = 0,096 mm 2,1.106 313,96 − 200 7.(4 − 100.0,0031) 14 = 0,005 mm 2,1.10 6 an = 0,096 + 0,005 = 0,101 mm < angh = 0,24 mm Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế III Đáy máng 3.1 Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài đáy máng vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tính toán như một dầm liên tục... máng b Tính toán cốt thép ngang 29 Lê Văn Minh Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất (mặt cắt bên trái gối thứ hai): Qmax = 0,6053.q.l = 22005 daN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,6.0,9.7,5.30.76 = 9234 daN k1 = 0,6 đối với kết cấu dạng dầm kn.nc.Q = 1,15.22005 = 25306 daN 0,25.mb3.Rn.b.h0 = 0,25.1.90.30.76 = 51300 daN k1.mb4.Rk.b.h0 < kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 → Cần tính toán cốt. .. Q) 2 (1,15.1.22005) 2 Chọn khoảng cách giữa các vòng cốt đai thiết kế utk = 25 cm Tính toán cốt xiên Qdb = 2,8.h0 m b 4 R k b.q d qd = m a R ad n.f d 1,1.2150.2.0,503 = = 95,17 daN/cm u 25 Qdb = 2,8.76 0,9.7,5.30.95,17 = 29541,61 daN 30 Lê Văn Minh kn.nc.Q = 1,15.1.22005 = 25306 daN < Qdb Không cần đặt cốt xiên c Bố trí cốt thép dầm (hình 3.2) 4.5 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt Kiểm tra nứt tại... có gối tựa là các dầm đỡ dọc Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau: Chiều dày bản đáy hđ = 25 cm Bề rộng đáy máng B = 3,7 m Chiều dài nhịp: l= = B + 2h 3 − b d 2 3,7 + 2.0,2 − 0,3 = 1,9m 2 Chọn sơ bộ bề rộng dầm đỡ bd Hình 3.1 - Sơ đồ tính toán đáy máng = 30cm 3.2 Tải trọng tác dụng 14 Lê Văn Minh Do điều kiện làm việc của đáy máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy máng bao gồm các tải trọng... cốt thép a Tính toán cốt thép dọc chịu lực 27 Lê Văn Minh Tính toán cốt thép dọc chịu lực cho 2 mặt cắt có mômen uốn căng trên và căng dưới lớn nhất 1 Trường hợp căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối thứ hai: (tại mặt cắt có x/l = 1) Mmax = 0,1053.q.l2 = 0,1053.60,59.62 = 229,6848 kNm = 2296846 daNcm Do tại mặt cắt trên gối, mômen uốn căng trên nên tiết diện chữ T cánh kéo được tính toán như đối với... Mgh tính ở phần thiết kế vách máng Mcgđ = 2,765 kNm; Mgđ = 3,594 kNm Mcgh = 2,074 kNm; Mgh = 2,696 kNm 15 Lê Văn Minh 6 Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống: Mcng; Mng tính ở phần thiết kế lề người đi Mcng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm 3.3 Xác định nội lực Tra các phụ lục 18, 21 trang 167 và 179 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép, vẽ biểu đồ nội lực ứng với từng tải trọng tác dụng lên đáy máng, ... 25306 daN 0,25.mb3.Rn.b.h0 = 0,25.1.90.30.76 = 51300 daN k1.mb4.Rk.b.h0 < kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 → Cần tính toán cốt ngang Tính toán cốt đai không cốt xiên Chọn đường kính cốt đai d = 8mm → Diện tích một nhánh đai fd = 0,503cm2 Số nhánh nd = 2 Tính khoảng cách giữa các vòng cốt đai: 2 1,5.m b 4 R k b.h 0 1,5.0,9.7,5.30.76 2 = = 69,3 cm umax = k n n c Q 1,15.1.22005 uct = h 80 = = 26,7 cm 3 3 utt = . Minh Nghiên cứu các phương pháp tính toán cầu máng Bê tông cốt thép A. Tài liệu thiết kế Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng. Sau khi tính toán và so sánh các phương án: xi phông, kênh dẫn, cầu. góc với cốt thép chịu lực, bố trí cốt thép cấu tạo 4÷5 thanh/m. Kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần) tại các mặt cắt có Q max theo phương pháp TTGH. 5 và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần). 3. Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kết cấu. 4. Tính toán và bố trí cốt