Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án kết cấu bê tông cốt thép đầy đủ
TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TễNG CT THẫP đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép Giáo viên hớng dẫn :Ths TRịNH MINH HOàNG Sinh viên :ng S Quyt Lớp : 66 DLCD 34 đề : Thiết kết dầm cho cầu đờng ôtô nhịp giản đơn, BTCT, thi công phơng pháp đúc riêng dầm công trờng tải trọng cho trớc i số liệu giả định Chiều dài nhịp: Hoạt tải Bề rộng chế tạo cánh Tĩnh tải mặt cầu rải (DW) Hệ số phân bố ngang tính cho mômen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng Hệ số cấp đờng Độ võng cho phép hoạt tải Vật liệu (cốt thép theo ASTM ): : : : : : : : l= 20,2 HL-93 bf = 185 5,3 mg M = mg Q = mg = (m) (cm) 0,529 0,629 0,729 : k= 0,5 : 1/800 : Cèt thÐp chÞu lùc: fy= 500 MPa : Cốt đai : fy= 280 MPa : Bêtông 30 Mpa Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 ii yêu cầu nội dung A-tính toán : Chọn mặt cắt ngang dầm Tính mô men, lực cắt lớn tải trọng gây Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt tải trọng gây Tính, bố trí cốt thép dọc chủ mặt cắt nhịp Tính, bố trí cốt thép đai, Cốt thép xiên Tính toán kiểm soát nứt SV: NG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THẫP Tính độ võng hoạt tải gây Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu Thuyết minh đánh máy A4 b-Bản vẽ : 10 Thể khổ giấy A1 11 Vẽ mặt dầm, vẽ mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thépVẽ biểu đồ bao vật liệu 12 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu ghi cần thiết khác C- Ghi chú: Khung tên Trờng ĐH Công nghệ Gtvt - cs ĐT thái đồ án thiết kế nguyên kết cấu BTCT Bộ môn: Công trình ( cm x cm) Líp: (3cmx11cm) SV thùc hiƯn (1cm x 5,5 Chữ ký (Tên vẽ) (1x3,5cm) cm) GV hớng dẫn (1cm x 5,5 Chữ ký Bản vẽ số: Tỷ lƯ: cm) 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 đạt yêu cầu độ võng - Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp,chọn theo cơng thức kinh nghiệm: h= ÷ ÷ h=0,(m) 1,7(m) -Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình: × × hmin =0,07 l= 0,07 20,2= 1.414(m) -Trên sở ta chọn chiều cao dầm h =150 (cm) SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Mặ t 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 bêtơng với chất lượng tốt Theo u cầu ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 20(cm) 1.3 Chiều dày cánh: hf -Chiều dày cánh phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo 22TCN-272-05 thì: h f = b f + 3000 30 ≥ 165mm b f ( : Khoảng cách trung bình hai tim dầm), chọn hf= 18(cm) 1.4.Chiều rộng cánh b: -Theo điều kiện đề cho: b=185(cm) 1.5.Chọn kích thước bầu dầm:b1,h1 b1=33 (cm) SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP h1=19 (cm) 1.6.Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: - Diện tích mặt cắt dầm: A=1,85x0,18+0,1x0,1+0,065x0,065+(1,5-0,18-0,19)x0,2+0,19x0,33 =>A = 0,6359 (m2) - Trọng lượng thân dầm dài là: Wdc=A x γ = 0,6359 x 24=15,262 (kN/m) -Trong đó: γ =24(kN/m3): trọng lượng riêng bê tơng *Xác định bề rộng cánh dầm tính tốn: Bề rộng cánh dầm tính tốn dầm bên khơng lấy trị số nhỏ ba trị số sau: - L= 20,5 =5,125(m), với L chiều dài nhịp -Khoảng cách tim dầm: 210(cm) -12 lần bề dày cánh cộng bề rộng sườn dầm: 12hf + bw=12x17+20=224(cm) -Và bề rộng cánh tính tốn khơng lớn bề rộng cánh chế tạo: 170(cm) Và bề rộng cánh hữu hiệu b=170(cm) *Quy đổi tiết diện tính tốn: -diện tích tam giác chỗ vuốt cánh : S1= =50cm2 -Chiều dày cánh quy đổi: hfqd=hf+ =18.667cm=186.67(mm) -diện tích tam giác chỗ vuốt bầu dầm: S2= 6,5.6,5=21,125(cm2) -Chiều cao bầu dầm mới: 19 + Hfqd=h1+ = × 21,125 (33 − 20) =22.25 (cm)=195.8 (mm) SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG b f= TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP yt Mặt cắt ngang tính tốn II-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: 1.vẽ đường ảnh hưởng mơmen tiết diện -Chiều dài nhịp:l=20,2m -Chia dầm thành 10 đoạn tương ứng với mặt cắt từ đến 10, đoạn dài 2,02 m -Đường ảnh hưởng mômen tiết diện SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Ðah M1 Ðah M2 Ðah M3 Ðah M4 Ðah M5 -Các công thức tính giá trị mơmen,lực cắt thứ i theo trang thái giới hạn cường độ Mi=η{(1,25Wdc+1,5Wdw)+mgM[1,75.LLl+1,75.k.LLM.(1+IM)]}WM Qi=η{(1,25.wdc+1,5.wdw)WQ+mgQ[1,75.LLl+1,75.k.LLQ.(1+IM)]wlQ} -Các công thức tính tốn trị số mơmen lực cắt thứ i theo trạng thái giới hạn sử dụng Mi=1,0{(wdc+wdw)+mgM[LLl+k.LLM(1+IM)]}wM Qi=1,0{(wdc+wdw)wQ+mgQ[LLl+k.LLM(1+IM)]w1Q} Trong đó: K: hệ số hoạt tai HL-93, lấy k=0,5 wdw ,wdc:Tĩnh tải rải trọng lượng thân dầm(KNm) wM :Diện tớch đường ảnh hưởng mụmen măt cắt thứ i wQ :Tổng đại số diện tớch đường ảnh hưởng lực cắt wlQ :Diện tớch phần lớn trờn đường ảnh huởng lực cắt LLM:Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng mụmen mặt cắt thứ i LLQ :Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt thứ i mgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen, lực cắt LLL=9.3(KN/m):tải trọng dải (1+IM):Hệ số xung kớch, lấy 1,25 ỗ :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định công thức: η =ηd.ηR.ηI>0,95 Với đường quốc lộ trạng thái giới hạn cường độ I: ηd=0,95; ηR=1,05; ηI=0,95 Với trạng thỏi giới hạn sử dụng η=1 SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Bảng giá trị mômen ω Mi(m2) LLMitruck (KN/m) Mặt cắt xi (m) α 1.7 3.4 5.1 6.8 8.5 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 13.01 23.12 30.35 34.68 36.13 30.768 29.905 29.305 28.425 27.545 LLMitan (KN/m ) 24.93 24.81 24.62 24.37 24.125 Micd (KN/m ) 783.5 1375.85 1790.97 2021.11 2079.19 Misd (KN/m) 316.15 536.97 689.78 769.85 785.70 -Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: Biểu đồ bao mụmem M (KNm) Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tiết diện Mặ xi t (m) cắt 0.00 1.7 3.4 5.1 li (m) 17.0 15.3 13.6 11.9 Bảng giỏ trị lực cắt ω Q1(m ) ω Q(m2) LLMitruck (KN/m) 8.5 6.89 5.44 8.5 6.81 5.1 4.17 3.4 SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT 31.9 34.6 37.82 41.58 LLMitan (KN/m ) 25.05 27.17 30.96 35.13 Qcdi (KN) 510.3 422.9 329.3 288.3 Qisd (KN) 362.02 302.21 241.27 182.99 GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN 6.8 8.5 10.2 8.5 3.06 2.13 1.7 0.00 ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 45.97 51.21 40.65 48.26 204.11 125.74 123.1 70.39 -Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: Biểu đồ lực cắt Q (KN) III.TÍNH TỐN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THẫP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM -Tớnh mụmen tớnh toỏn ứng với trạng thỏi giới hạn cường độ, tớnh mặt cắt nhịp: M= ỗ {(1,25wdc+1,5wdc)+mgM[1,75.LL1+1,75.k.LLM(1+IM)]}wM Trong đó: LLL :Tải trọng rải đều(9.3KN/m) tan dem LLM =24,125: Hoạt tải tương đương xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp (KN/m) LLMtruck=27,545:Hoạt tải tương đương xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắtt nhịp (KN/m) mgM=0.8 :Hệ số phõn bố ngang tớnh cho mụmen(đó tớnh cho hệ số xe ) Wdc=13,2 :Trọng lượng dầm trờn đơn vị chiều dài (KN/m) Wdw=6 : Trọng lượng cỏc lớp mặt cầu cỏc tiện ớch cụng cộng trờn đơn vị chiều dài(tớnh cho dầm)(KN/m) SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (1+IM) :Hệ số xung kớch ựM=36,13 : Diện tớch đường ảnh hưởng mụmem mặt cắt dầm (m2) K=0.5 :Hệ số HL-93 - Thay số vào ta cú: M=0.95{(1,25x13,2+1,5x6)+0,8[1,75x9,3+1,75x0,5x27,55(1+0.25)]}x36,13 => M = 2079,19(KN/m) -Giả sử chiều cao hữu hiệu dầm: ÷ d=(0,8 0,9)h chọn d=0,9h=0,9x120=108(cm) -Giả sử trục trung hoà qua sườn dầm ta có: Mn=0,85.a.bw fc’(d- )+0.85.õ1(b-bW)hf fc’(d- ) Mu= ửMn Trong đó: Mn:là Mơmen kháng danh định Mu=2079,19(KN.m) ử: hệ số khỏng( với dầm chịu kộo uốn lấy: =0,9) As :diện tớch cốt thộp chịu kộo ƒy=420MPa:Giới hạn chảy cốt thộp dọc chủ ƒc’=28MPa:Cường độ chịu kéo bê tông tuổi 28 ngày õ1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định: =0.85 28 MPa ≥ƒc’ =0.85-0.05x(ƒ’c-28)/7khi 56MPa ≥ƒ≥28MPa =0.65khi ƒ’c≥56MPa Vỡ ƒ’c=30MPa nờn ta cú õ1=0,836 hf=0,18667m: Chiều dày cánh sau quy đổi a=õ1.c :Chiều cao khối ứng suất tương đương -Ta cú :a=d × × × × Với Mf=0.85 õ1(b-bw) hf ƒc’ (d- ) Thay cỏc số liệu vào ta cú × × × × × × Mf=0,85 0,836 (1,7-0,20) 0,18667 30 103 (1,08 – =>Mf =5889,55(KN/m) 2079,19 0,9 0,18667 ) → Ta cú: = =2310,2(KNm)Như Mr= 1667 (KNm) > Mu=1664,707 (KN.m) *Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: → ) =>Mr= Dầm đủ khả chịu mômen 5,249 0,836 × 107,64 = = = 0,058VẬy cốt thép tối đa thoả *Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: ủ= = 54,18 4810,3 =1,13% Tỷ lệ hàm lượng cốt thép ủ=1,13%>0.03 =0.03 → 30 × 420 =0,214% Thoả IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU *Tớnh toỏn mụmen khỏng tớnh toỏn dầm bị cắt cốt thộp Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn tính với mặt cắt có mơmen lớn cắt bớt cho phù hợp với hỡnh bao mụmen 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 cũn As(mm2) ds(cm) a(cm) Vị trớ TTH Mr(kNm) cắt lại Cũn lại 14 5418 12,36 5.25 Qua cỏnh 1667 12 4644 10.5 4.5 Qua cỏnh 1527.44 10 3870 9.2 3.75 Qua cỏnh 1346.74 30.96 8.875 3.0 Qua cỏnh 1125.09 2322 8.33 2.25 Qua cỏnh 881.5 -Trong TTH qua cỏch nờn: Mr=ửMu=ử a= SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP *Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen: ≤ ≥ -Do điều kiện lượng cốt thộp tối thiểu: Mr min{1,2mcr;1,33Mu} Nờn ≥ Mu 0.9Mcr thỡ điều kiện lượng cốt thộp tối thiểu Mr 1.33Mu Điều nàycú nghĩa ≤ khả chịu lực dầm phải bao đường Mu Mu 0.9Mcr -Xỏc định mụmen nứt: Mcr=fr + Diện tớch mặt cắt ngang: Ag Ag=18,667x170+(120-18,667-22,25)20+22,25x33=4810.3(cm2) -Vị trớ trục trung hoà:yt= yt = 18.667 × 170 × 110 ,6665 + (120 − 18.667 − 22.25) × 20 × 50.665 + 22.25 × 33× 11 125 4810,3 =>yt=91.37(cm) -Mụmen quỏn tớnh tiết diện nguyờn: Ig × Ig= +170x18,67 (110,6665-91.37)2 +20x79,083x(22,25+ 20 × 79.0833 12 79.083 -91.37)2 + 33 × 22.253 12 + +33x22,25x(91.37-11.125)2 =>Ig=8240194,023(cm4) -Cường độ chịu kộo uốn bờtụng: fr × 30 fr=0.63 =0.63 =3,451(MPA) =>Vậy momen nứt là: Mcr=ƒr =311,14 (kNm) -Tỡm vị trớ mà Mu=1.2Mcr Mu=0.9Mcr Để tỡm vị trí ta xác định khoảng cỏch x1,x2 nội suy tung độ biểu đồ momen ban đầu Mu=1.2Mcr= 1.2x311,14=379,824(kNm) ⇒ ⇒ x2=977.33 (mm) Mu=0.9Mcr=0.9ì311.14=280.026(kNm) x1=720.54 (mm) -Tại đoạn Mr≥1,2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu -Trờn đoạn 0,9Mcr≤Mr≤1,2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr -Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường Mu’= Mu BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI Đà HIỆU CHỈNH *Xác định điẻm cắt lý thuyết: Điểm cắt lý thuyết 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 đồ ệMu SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP *Xác định điẻm cắt thực tế: -Từ điểm cắt lý thuyết kộo dài phớa momen nhỏ đoạn l1 Chiều dài lấy giỏ trị lớn giỏ trị sau: +Chiều cao hữu hiệu tiết diện:d=h-ds=1200-123,6=1076,4(mm) +15 lần đừơng kính danh định=15x22=330(mm) +1/20lần chiều dài nhịp= x17000=850(mm) ⇒ Chọn l1=1100mm -Chiều dài phỏt triển lực ld:Chiều dài không nhỏ tích số chiều dài triển khai cốt thép ldb với hệ số điều chỉnh, đồng thời khơng nhỏ 300(mm).Trong đó, ldb lấy giỏ trị lon nhat hai giỏ trị sau: 0,02 × 387 × 420 30 ldb = = =593.51(mm) ldb=0.06xdbxfy=0.06x22x420=559.44(mm) Trong đó:Ab diện tớch 22 db đường kính 22 =>Chọn ldb=560(mm) -Hệ số điều chỉnh làm tăng ld: 1,4 -Hệ số điều chỉnh làm giảm ld= 46.88 54.18 = =0,865 Với Act =46.88(cm2) diện tớch cần thiết tớnh toỏn Att =54.18(cm2) thực tế bố trớ =>Vậy ld=559.44x1,4x0,865= 718.74(mm) ⇒ Chọn ld=720(mm) Trờn sớ ta vẽ biểu đồ bao vật liệu sau: BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Mu(kNm) 0,9Mcr 1,2Mcr Mu'=4/3Mu Mu V.TÍNH TỐN CHỐNG CẮT : ϕ Biểu thức kiểm toỏn: Vn>Vu Vn:Sức khỏng cắt danh định, lấy giỏ trị nhỏ của:Vn=Vc+Vs Hoặc Vn=0.25x Vc=0.083xõx fc ' xbvxdv(N) f c ' × bv × d v ( N ) Av f v d v (cot gθ + cot gα ) sin α S Vs= Trong đó: v Chiều cao hữu hiệu d , xác định khoảng cách cánh tay đũn nội ngẫu lực dv = d − Trường hợp tớnh theo tiết diện hỡnh chữ nhật cốt thộp đơn thỡ dv=max{0.9de;0.72h} d− Vậy: dv=max{0.9de;0.72h; SV: ĐẶNG SỸ QUYẾT a a Đồng thời } GVHD: TRỊNH MINH HOÀNG TRƯỜNG ĐHCN GTVT THÁI NGUYÊN ĐỒ ÁN: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP e 0,9d =0,9x1076,4=968,76 mm 0,72h=0,72x1200=864 mm d− a 52,49 = 1076,4 − = 1050,155mm 2 +bv: Bề rộng bụng hữu hiệu, lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv,vậy bv=bw=20cm v +dv: Chiều cao hữu hiệu Từ trờn ta thấy : d =1050,155 mm +s(mm): Cự ly cốt thộp đai +õ: Hệ số khả bờtụng bị nứt chộo truyền lực kộo +ố: Gúc nghiờng ứng suất nỏn chộo + õ, ố:đựoc xỏc định cỏch tra đồ thị tra bảng +ỏ: Gúc nghiờng cốt thộp ngang với trục dọc , ỏ =900 +ử: Hệ số sức kháng cắt, với bêtông thường, ử=0.9 +Av: Diện tớch cốt thộp bị cắt cự ly s (mm) +Vs: Khả chịu lực cắt cốt thép(N) +Vc: Khả chịu lực cắt bờtụng(N) +Vu: Lực cắt tớnh toỏn Bước 1:Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv a dv=max{0.9de;0.72h;d- } Ta cú bảng sau: Vị trớ de(mm) a(mm) tớnh 12 885.00 39.53 10 900.00 32.94 903.75 26.35 910.00 19.76 0.9 de de-a/2 0.72h dv(mm) 796.50 810 813.37 819 865.24 883.53 890.58 900.12 720 720 720 720 865.24 883.53 890.58 900.12 Bước 2:Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả chịu lực bờtụng vựng nộn 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