Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế cầu máng bê tông cốt thép Kênh dẫn nước đi qua vùng trũng. Sau khi so sánh các phương án thiết kế đã đi tới kết luận cần...
Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 1 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A.TÀI LIỆU THIẾT KẾ. Kênh dẫn nước đi qua vùng trũng. Sau khi so sánh các phương án thiết kế đã đi tới kết luận cần xây dựng một cầu máng bê tông cốt thép để dẫn nước đi qua. Dựa vào địa hình, qua tính toán thủy lực và thủy nông người ta đã xác định được kích thước và mực nước yêu cầu trong máng như sau: + Chiều dài máng: L=32(m). + Bề rộng máng: B=2.4(m). +Cột nước lớn nhất trong máng: H max =2.3(m). Hình 1: Sơ đồ cầu máng. 1. Thân máng. 2. Trụ đỡ. 3. Nối tiếp. + Vùng xây dựng công trình có cường đô gió q g =1,2 (kN/m 2 ), hệ số gió đẩy là k gđ = 0,8 , hệ số gió hút là k gh =0,6 + Cầu máng thuộc công trình cấp III + Dùng bê tông Mác 200, cốt thép nhóm CII. + Dung trọng bê tông: b = 25(kN/m 3 ) + Độ vượt cao an toàn là δ=0,5(m) + Tải trọng người đi: q=2(kN/m 3 ) + Số nhịp cầu máng: n= 5 (nhịp) 1 2 3 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 2 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Hình 2: mặt cắt ngang máng. 1. Lề đi. 2. Vách máng. 3. Đáy máng. 4. Dầm đỡ dọc máng. 5. Khung đỡ. Tra các phụ lục trong GT bê tông cốt thép : + k n =1.15 ,n c =1.0 +R n =90(kG/cm 2 ) +R k =7,5(kG/cm 2 ) + c k R =11.5(kG/cm 2 ) + m b =1,0, m a =1.1, m b4 =0,9 + c n R =115(kG/cm 2 ) + R a = a R =2700(kG/cm 2 ) + α 0 =0.6 + A 0 =0,42 + E a =2,1.10 6 (kG/cm 2 ) + E b =2,4.10 5 (kG/cm 2 ) + n= a b E E =8.75 + µ min =0.1% + f l = 1 500 . + a n.gh =0.2(mm) B H 1 2 3 4 5 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 3 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 B. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN CẦU MÁNG. Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt trong thời gian thi công. Trong phạm vi đồ án này chỉ tính nội lực trong các bộ phân tổ hợp tải trọng cơ bản. 1.LỀ NGƯỜI ĐI 1.1 Sơ đồ tính toán: Chọn kích thước. Cắt 1m dài dọc máng, xem như một dầm công xôn ngàm tại vách máng. Chọn kích thước như sau: - Bề rộng lề đi l=80cm. - Chiều dày lề thay đổi dần 1 8 12h cm .Trong tính toán lấy chiều dày trung bình 10h cm . 1.2 Xác định tải trọng: a) Trọng lượng bản thân ( q bt ): c bt b q .h.1m 25.0,1.1 2,5kN / m b) Tải trọng người (q ng ):Tải trọng do người có thể lấy sơ bộ bằng 2 kN/m 2 c ng q 2.1m 2kN / m Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi: tc bt bt ng ng q n .q n .q Trong đó: bt n 1,05 - hệ số vượt tải của tải trọng bản thân ng n 1,2 - hệ số vượt tải của tải trọng người đi (TCVN 2737-1995) tc q 1,05.2,5 1,2.2 5,025kN / m 80 cm 8 12 80 cm Hình 1.1: Sơ đồ tính toán lề người đi. Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 4 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 STT Tên tải trọng TT tiêu chuẩn(kN/m) TT tính toán (kN/m) 1 Trọng lượng bản thân 2.5 2.625 2 Trọng lượng người 2.0 2.4 3 Tổng 5.025 1.3 Xác định nội lực: 1.4 Tính toán, bố trí cốt : - Tính toán thép cho mặt cắt có mômen lớn nhất (mặt cắt ngàm): M=1,608 kNm. - Chọn a = 2cm, h 0 = h – a = 8cm. A = 2 0nb cn h.b.R.m M.n.k = 2 8.100.90.1 16080.1.15,1 = 0,032 A = 0,032 < A 0 = 0,42 tính cốt đơn a = 1 - A21 = 1 - 032,0.21 = 0,033. F a = aa 0nb R.m .h.b.R.m a = 1.90.100.8.0,033 1,1.2700 = 0,79 cm 2 < min bh 0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm 2 . Chọn và bố trí thép cấu tạo 58/1m (2,51 cm 2 ) theo phương vuông góc với hướng dòng chảy. Chọn và bố trí thép cấu tạo vuông góc với thép chịu lực 4 6/1m (1,13 cm 2 ). - Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Q max = 402 daN) M h 0 h a R n R n bx R a F a x q = 5,025 kN/m M Q - kNm kN 1,608 4,02 Hình 1.2: Biểu đồ nội lực lề người đi. Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 5 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 k 1 .m b4 R k bh 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 .bh 0 không cần đặt cốt ngang. - Bố trí thép lề người đi. 2.VÁCH MÁNG. 2.1. Sơ đồ tính toán: Cắt 1m dài dọc theo chiều dài máng.Vách máng được tính toán như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm dọc.Sơ bộ chọn các kích thước vách máng như sau: - Chiều cao vách: ax 2,3 0,5 2,8 v m H H m ( : độ cao an toàn, lấy 0,5m ) - Bề dày vách thay đổi dần 12 20 . v h cm 2.2. Tải trọng tác dụng: Do điều kiện làm việc của vách máng nên tải trọng tác dụng gồm: - Mômen tập trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng . - Mômen do trọng lượng bản thân lề đi: M l 8 a= 200 a=250 6 2,8 m 12 cm 20 Hình 2.1 : Sơ đồ tính toán vách máng Hình 1.3: bố trí thép lề người đi. Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 6 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 - Áp lực nước tương ứng với H max : q n - Áp lực gió( gồm gió đẩy và gió hút): q g Các tải trọng này gây căng trong và căng ngoài vách máng. - Các tải trọng gây căng ngoài: M l , q gđ : 2 2 c l l l q .L 2,5.0.8 M 0,8kNm 2 2 c l l l M n .M 1,05.0,8 0,84kNm . c gd gd g q k .q .1m 0,8.1,2.1 0,96kN / m c gd g gd q n .q 1,3.0,96 1, 248kN / m . - Các tải gây căng trong: M l , M ng , q n , q gh : c l M 0,8kNm ; l M 0,84kNm . 2 2 ng l c ng q .L 2.0,8 M 0,64kNm 2 2 c ng ng ng M n .M 1,2.0,64 0,768kNm c gh q = k gh .q g .1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m q gh = n g . c gh q = 1,3. 0,72 = 0,936 kN/m. Biểu đồ áp lực nước có dạng hình tam giác: c n max d n max q k . .H .1 1,3.10.2,3.1 29,9kN / m c n max n n max q n .q 1.29,9 29,9kN / m Trong đó : k đ là hệ số động. q gđ = 1,248 kN/m M l = 0,84 kNm M gđ = 0,84 kNm H max q gh = 0,936kN/m q n max = 29,9 kN/m M ng = 0,768 kNm Hình 2.2 : Tải trọng tác dụng lên vách máng. Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 7 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 kNm M 4,8922 gđ l kNm M 0,84 l gđ 3,49 kN Q 0 kN Q + 2.3 Xác định nội lực. a. Trường hợp căng ngoài : Xét mặt cắt nguy hiểm nhất( mặt cắt ngàm) M=M l + M gđ c l M 0,8kNm ; l M 0,84kNm . c gd M = 2 8,2.96,0 2 . 2 2 v c gd Hq = 3,7632 kNm. M gđ = n g . c gd M =1,3.3,7632=4,8922 kNm. M=4,8922 - 0,84=4,0522 kNm. b. Trường hợp căng trong: Xét mặt cắt nguy hiểm nhất( mặt cắt ngàm) M = M l + M ng + M n + M gh . c l M 0,8kNm l M 0,84kNm . c ng M 0,64kNm ng M 0,768kNm . 0 l ghl gh 3,6691 kNm M Q kNm 0,84 M 2,621 kN Q - kN M kNm ng 0,768 kNm M nmax 26,3618 ng 0 Q kN Q kN nmax 34,385 - Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 8 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 26,3618 6 29,9.2,3 6 .Hq M 2 2 max c n.max c n kNm. c n n n M n .M 1.26,3618 26,3618 kNm 2,8224 2 0,72.2,8 2 .Hq M 2 2 v c ng c gh kNm. c gh g gh M n .M 1,3.28224 3,6691 kNm. M= 0,84 + 0,768 + 26,3618 + 3,6691 = 31,6389 kNm. Q=Q l + Q ng + Q n + Q gh . Q l =0; Q ng = 0. 34,385 2 29,9.2,3 2 .Hq Q vmax n kN. gh gh v Q q .H 0,936.2,8 2,621 Q = Q gh + Q n = 34,385 + 2,621 = 37,01 kN 2.4 Tính toán bố trí cốt thép. Tiết diện tính toán hình chữ nhật b =100cm, h =20 cm. Chọn a= 2cm, h 0 = h – a = 18 cm. a. Trường hợp căng ngoài ( M= 4,0522 kNm) A = 2 0nb cn h.b.R.m M.n.k = 2 4 18.100.90.1 10.0522,4.1.15,1 = 0,016. A = 0,015 < A 0 = 0,42 tính cốt đơn, a = 1 - A21 = 1 - 016,0.21 = 0,016. F a = aa 0nb R.m .h.b.R.m a = 2700.15,1 016,0.18.100.90.1 = 0,84 cm 2 . F a < min bh 0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm 2 . Chọn và bố trí thép chịu lực lớp ngoài theo cấu tạo 5 8/1m (2,51 cm 2 ) . b. Trường hợp căng trong (M =31,6569 kNm) A = 2 0nb cn h.b.R.m M.n.k = 2 4 18.100.90.1 10.6569,31.1.15,1 = 0,125. A = 0,125 < A 0 = 0,42 tính cốt đơn, a = 1 - A21 = 1 - 125,0.21 = 0,134. F a = aa 0nb R.m .h.b.R.m a = 2700.15,1 134,0.18.100.90.1 = 6,99 cm 2 . F a > min bh 0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm 2 . Chọn và bố trí thép chịu lực lớp trong 5 14/1m (7,69 cm 2 ) . Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 9 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 c. Tính toán và bố trí thép ngang : Kiểm tra điều kiện cường đồ theo lực cắt Q cho trường hợp căng trong. k 1 .m b4 R k bh 0 =0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN. (k 1 =0,8 đối với kết cấu dạng bản) k n .n c Q=1,15.1.3701 = 4256,2 daN. k n .n c .Q < k 1 .m b4 .R k .bh 0 không cần đặt cốt ngang. d. Bố trí cốt thép : - Lớp trong : 5 14/1m. - Lớp ngoài : 5 8/1m. Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 4 8/1m. 2.5 Kiểm tra nứt. Kiểm tra cho trường hợp căng trong: c c c c c l ng n gh M M M M M 0,8 0,64 26,3618 2,8224 30,6242 kNm. Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: n c .M c M n = 1 . c k R .W qđ 1 = m h . = 1.1,75 = 1,75 (m h = 1; = 1,75) 14 a=200 a=200 8 a=250 8 8 a=250 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 10 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 W qđ = n qd xh J x n = )FF(nh.b a.F.nh.F.n 2 h.b aa a0a 2 = )51,269,7.(75,820.100 2.51,2.75,818.69,7.75,8 2 20.100 2 = 9,63 cm. J qđ = 2 na 2 n0a 3 n 3 n )'ax.('F.n)xh(F.n 3 )xh.(b 3 x.b = 2 )263,9.(51,2.75,8 2 )1,1018(69,7.75,8 3 3 )63,920.(100 3 63,9.100 3 = 72933,01 cm 4 . W qđ = 63,920 01,72933 = 7033,08 cm 3 M n = 1,75.11,5.7033,08 = 141540,74 daNcm. n c .M c = 1,0.306242 = 306242 daNcm > M n . Kết luận: mặt cắt sát đáy máng bị nứt. Tính toán bề rộng khe nứt. n n1 n2 a a a . Trong đó: n1 n2 a ;a - Bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng dài hạn và ngắn hạn gây ra. c c c dh l n M M M 0,8 26,3618 27,1618 kNm 271618 daNcm . c c c ngh ng gh M M M 0,64 2,8224 3,4624 kNm 34624 daNcm . Tính bề rộng khe nứt a n theo công thức kinh nghiệm: a1 0 n1 1 a a kc .7. 4 100. . d E h a2 0 n2 2 a a kc .7. 4 100. . d E h Trong đó: - d 14mm là đường kính thanh thép - 2 0 200 kG / cm đối với kết cấu nằm trong nước - 1h lấy đối với thép thanh có gờ [...]... với kết cấu dạng bản) kn.ncQ=1,15.1.5335 = 6135,3 daN kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.bh0 không cần đặt cốt ngang c Bố trí cốt thép đáy máng Lớp trên: 5 12/1m Lớp dưới: 5 10/1m Dọc theo chiều dọc chảy bố trí thép cấu tạo 5 8/1m dài 21 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy 20 12 8 20 a=200 12 20 20 a=250 12 8 10 a=200 12 a=250 20 20 Hình 3.2: Bố trí cốt thép. .. Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy 235,48 268,40 M p kNm P=1 k 0 Mk 1,5 235,48 268,40 = 235,48 + 117,74 M p kNm 268,40 0 Mk 1,5 6,4 m 33 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Đồ án Bê Tông Cốt Thép f= GVHD: Vũ Thị Thu Thủy 1 1 5 1 [2.( 268,40.6,4).( 1,5) ( 1,5.6,4).117,74] = 0,00522 97321 3 8 2 f 0, 00522 1 f 0,8156.103 l 6, 4 l 500 Dầm đã cho thỏa mãn yêu cầu về độ võng Vậy cầu máng. .. 2,28 cm2 Chọn và bố trí cốt thép chịu lực 3 20 /1m (9,42 cm2) Theo chiều dọc máng 27 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy b Tính toán cốt thép ngang Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất Qmax = 0,6053.q.l = 0.6053 48,09.6,4 =186.30 kN =18630 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... Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 145.79 161.98 121.79 186.30 GVHD: Vũ Thị Thu Thủy 153.89 Đồ án Bê Tông Cốt Thép Q 2 2.5 3 -153.89 3.5 4 4.5 5 -121.79 1.5 -161.98 1 -145.79 0.5 -186.30 0 Hình 4.2: Biểu đồ nội lực của dầm - Sử dụng bảng tra 8 trang 42 4.4 Tính toán cốt thép a Tính toán cốt thép dọc chịu lực Tính toán cốt thép dọc chịu lực cho 2 mặt cắt có mômen uốn căng trên và căng dưới lớn nhất 1 Trường hợp... Tính cốt thép cho trường hợp căng trên Chọn a = a = 4cm, ho=76 cm A= k n n c M 1,15.1.2074164 0,153 a = 1 - 1 2.0,153 = 0,167 2 m b R n b.h 0 1.90.30.76 2 A < A0 = 0,42 Tính cốt đơn 26 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Đồ án Bê Tông Cốt Thép Fa GVHD: Vũ Thị Thu Thủy m b R n b.h 0 a 1.90.30.76.0,167 11,54 cm2 m a R a 1,1.2700 Fa min bh 0 = 0,001.30.76 = 2,28 cm2 Chon và bố trí cốt thép. .. Theo kết quả tính toán ở mục 2.3,ta có: M c 3, 7632 kNm M gđ 4,8922 kNm gđ M c 2,8224 kNm M gh 3, 6691 kNm gh - Tải trọng do người đi : Theo kết quả tính toán ở mục 2.3 ,ta có: M c 0, 64 kNm M ng 0, 768 kNm ng 3.3 Xác định nội lực Tra các phụ lục 18,21 trong giáo trình kết cấu bê tông cốt thép, vẽ biểu đồ nội lực ứng với từng tải trọng tác dụng lên đáy máng, ... 0,122 0.0042 0,1262 mm a n.gh 0, 24 mm Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kết 3 ĐÁY MÁNG 3.1 Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tính như một dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau: B = 2,4 m - Chiều dày bản đáy hđ =25 m - Bề rộng đáy máng B=2,4 m B 2h4 bd - Chiều dài nhịp l= 2 = 2,4... 0,133 mm 2,1.106 327, 71 200 7 4 100.0, 0026 12 0, 006 mm 2,1.106 Vậy: a n 0,133 0.006 0,139 mm a n.gh 0, 24 mm Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kết 23 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy b Đối với mặt cắt giữa nhịp : M c = 3,001 kNm Tiết diện chữ nhật : b=100cm, h= 25cm, a=a’=3 cm, h0= 22cm, Fa = 5,65 cm2,... c M c 1.1515941 1591738, 05 daNcm M n Kết luận: Tại mặt cắt dưới dầm bị nứt Tính toán bề rộng khe nứt 0 a n k.c.h a 7 4 100. d Ea Trong đó: - d 20mm là đường kính thanh thép - 0 200 kG / cm 2 đối với kết cấu nằm trong nước 29 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy h 1 lấy đối với thép thanh có gờ c : Lấy bằng 1 đối với tải trọng... 1,0.30010 = 30010 daNcm < Mn Kết luận: mặt cắt giữa nhịp không bị nứt 4 DẦM ĐỠ GIỮA 4.1 Sơ đồ tính toán Đáy máng bố trí 3 dầm( 2 dầm bên ,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 Tính toán dầm giữa, 2 dầm bên bố trí thép tương tự Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng Tiết diện dầm chữ T Sơ đồ . Đồ án Bê Tông Cốt Thép GVHD: Vũ Thị Thu Thủy. 1 SV: Lại Minh Thành Lớp 53CDC2 THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A.TÀI LIỆU THIẾT KẾ. Kênh dẫn. vùng trũng. Sau khi so sánh các phương án thiết kế đã đi tới kết luận cần xây dựng một cầu máng bê tông cốt thép để dẫn nước đi qua. Dựa vào địa hình,
