đồ án bê tông cốt thép

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển LỜI NÓI ĐẦU Xây dựng là một ngành đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống con người. Ngành xây dựng phục vụ cho sự phát triển kinh tế và cuộc sống hằng ngày. Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ thì kết cấu bê tông cốt thép là các bộ phận của kết cấu chống giữ như : cột, xà, vòm,…nó được sử dụng rộng rãi do có nhiều ưu điểm vượt trội mà giá thành lại vừa phải. Những người kỹ sư thuộc các ngành xây dựng nói chung và ngành xây dựng công trình ngầm nói riêng cần phải có kiến thức đầy đủ và nắm chắc về loại kết cấu này. Sau khi học xong môn kết cấu bê tông cốt thép em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép : 1-Thiết kế dầm bê tông cốt thép trong các trường hợp : a.Cấu kiện có cốt đơn. b.Cấu kiện có cốt kép. c.Cấu kiện có cốt đai. 2- Thiết kế cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm,cấu kiện toàn khối đổ đứng. Sau thời gian làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Quyển em đã hoàn thành đồ án này. Vì thời gian có hạn cũng như kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình tính toán và thiết kế không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong sự đóng góp bổ xung của thầy và các bạn giúp em có thêm những kinh nghiệm quý báu phục vụ cho đồ án tốt nghiệp sau này. Cẩm phả, ngày 25 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Tuyết Mai Nguyễn Thị Tuyết Mai 1 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển ĐỀ BÀI Bài 1: Hãy thiết kế một dầm bê tông cốt thép mặt cắt ngang hình chữ nhật đặt nằm ngang trên hai gối tựa chịu uốn ngang phẳng với các số liệu như sau: TT Nhịp tính Lực phân bố q(T/m) Đặc trưng vật liệu mác BT a R (KG/cm 2 ) 'a R (KG/cm 2 ) 12 6,25 16 300 2300 2300 Bảng 1 : số liệu tính toán cho bài 1 Chọn trước kích thước mặt cắt ngang cấu kiện, tính lượng cốt thép cần thiết, cấu tạo và bố trí cốt thép. Trong các trường hợp sau : a.Cấu kiện có cốt đơn. b.Cấu kiện có cốt kép. c.Cấu kiện có cốt đai. Chú ý : chon trước b với b min = 15cm , h= (1,5 ÷ 3)b Tính toán và biện luận cho các trường hợp trên. Bài 2: Thiết kế một cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm mặt cắt ngang hình chữ nhật. Biết rằng : TT Chiều dài tính toán l 0 (m) 28 R (KG/cm 2 ) Cường độ cốt thép (KG/cm 2 ) Lực dọc (KN) Mô men tác dụng M (KN.m) a R 'a R N dh nh N dh M nh M 12 6,4 300 2800 2800 215 115 125 115 Bảng 2 : số liệu tính toán cho bài 2. Cấu kiện toàn khối đổ đứng. Chọn trước kích thước mặt cắt ngang cột,tính toán lượng cốt thép cần thiết,cấu tạo và bố trí cốt thép. Chú ý: chọn trước b min = 15cm, h= (1,5 ÷ 3)b. Tính toán và biện luận cho các trường hợp trên. Nguyễn Thị Tuyết Mai 2 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM 1.1 Tính nội lực. Hình 1: biểu đồ nội lực của dầm. 1.2 Dầm bố trí cốt đơn. 1.2.1 Sơ đồ tính. Giả thiết đang ở giai đoạn III của quá trình ứng suất-biến dạng,để xảy ra phá hoại dẻo khi đạt trạng thái cân bằng giới hạn thì ứng suất trong cốt thép chịu kéo a F đạt tới cường độ chịu kéo tính toán a R . Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán n R và sơ đồ phân bố ứng suất pháp trong miền bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật, vùng bê tông chịu kéo không được tính cho chịu lực vì đã nứt. Nguyễn Thị Tuyết Mai 3 Xây dựng CTN&Mỏ K53 6,25 m 781,25(KNm) 500(KN) 500(KN) M x Q y Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Hình 2: Sơ đồ tính toán cấu kiện đặt cốt đơn. 1.2.2 Các công thức tính toán. Lấy tổng hình chiếu các lực tác dụnh lên phương của trục dầm ta có: ∑ X = 0 → x.b.R n - aa F.R = 0 ↔ x.b.R n = aa F.R (1.1) Lấy tổng mô men của các lực với trọng tâm cốt thép a F ta có : M→0=M ∑ a F - 0n h.(x.b.R - ) 2 x = 0 Giá trị mômen kết cấu có thể chịu được tối đa là: 0ngh h.(x.b.R=M - ) 2 x (1.2) Điều kiện bền thoả mãn khi: gh M≤M 0n h.(x.b.R≤M↔ - ) 2 x (1.3) Hay 0aa h.(F.R≤M - ) 2 x (1.4) Nguyễn Thị Tuyết Mai 4 Xây dựng CTN&Mỏ K53 h ho x Rnbx Rn RaFa a M b a Fa Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Trong đó : M- Mômen uốn lớn nhất tác dụng lên cấu kiện do tải trọng tính toán gây ra. an R,R - Cường độ chịu nén tính toán của bê tông và cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép. x- Chiều cao của vùng bê tông chịu nén. b- chiều rộng của tiết diện dầm. a- Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt thép (chiều dày của lớp bê tông bảo vệ). a F - Diện tích tiết diện ngang cốt thép. Đặt 0 h x =α khi đó biểu thức (1.2) và (1.4) được viết lại thành: 2 0n h.b.R.A=M (1.5) 0aa h.γ.F.R=M (1.6) 1.2.3 Điều kiện hạn chế. Để đảm bảo xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép không được quá nhiều tức là hạn chế a F và tương ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng chịu nén x. 0 a h.b F =μ là hàm lượng cốt thép thì a n0 max R R.λ =μ . μ phải thoả mãn điều kiện maxmin μ≤μ<%05,0=μ 0 α<α hay 1(α≤A≤A 00 - )α5,0 0 1.2.4 Tính toán a F . Giả thiết b= 40 cm, với dầm ta lấy α = 0,3 tra bảng phụ lục 7 ta tìm được A= 0,255 γ = 0,85. Từ phương trình (1.5) ta tính được h 0 theo công thức: m77,0= 4,0.13000.255,0 25,781 = b.R.A M =h n 0 = 77 cm Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ a= 5 cm Suy ra cm82=5+77=a+h=h 0 , do h >60 cm ta chọn h là bội số của 10 nên h = 80 cm. Kiểm tra 2= 40 80 = b h thoả mãn b= (1,5 ÷ 3 )h 8125,7= 80 625 = h l thoả mãn h = ( l) 20 1 ÷ 8 1 Từ R a = 2300 KG/cm 2 và mác bê tông = 300 tra bảng phụ lục 6 ta tim được 58,0=α 0 → A 0 = 0,412. Như vậy 00 A<Avàα<α (t/m) Nguyễn Thị Tuyết Mai 5 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Từ công thức (1.6) diện tích cốt thép a F được tính như sau: 2 0a a cm9,51= 77,0.85,0.230000 25,781 = hγR M =F Tra bảng phụ lục 9 ta chọn 5 thanh thép ϕ 36 Sai số khi chọn =100. 9,51 9,5189,50 - 95,1 % < 5% ( thoả mãn) Kiểm tra hàm lượng cốt thép: %2=100. 77.40 9,51 =100. bh F =μ 0 a %3=100. 2300 130.58,0 =100. R Rα =μ a n0 max Ta thấy maxmin μ<μ<%05,0=μ ( thoả mãn) 1.2.5 bố trí cốt thép. d = 36 mm chọn mm30=a b với b a là chiều dài từ mép bê tông chịu kéo đến mép cốt thép.chiều dài lớp bê tông bảo vệ thực tế là: 50=a<48= 2 36 +30=a tt mm vậy a chọn ban đầu chấp nhận được. Khoảng cách giữa các thanh cốt thép e = mm40= 4 5.36-30.2-400 Thoả mãn điều kiện e d≥ và cm3≥e . Chọn cốt đai ϕ 6.Khoảng cách giữa các cốt đai được tính theo cấu tạo. Đoạn đầu gối tựa có lực cắt lớn nhất với h= 800mm >450 mm: mm300≤uvàh 3 1 ≤u suy ra chọn u = 25 cm Đoạn giữa dầm mm500≤uvàh 4 3 ≤u suy ra chọn u = 50 cm. Với cách bố trí cốt đai như trên ta tính được số thanh thép ϕ 6 được bố trí trong dầm là 17 thanh. Nguyễn Thị Tuyết Mai 6 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Sơ đồ bố trí cốt thép: 2 1 2 φ6 φ36 17φ6 400 800 50 50 Hình 3: sơ đồ bố trí cốt đơn. Nguyễn Thị Tuyết Mai 7 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển 1.3 Tính toán cốt kép. 1.3.1 Sơ đồ tính toán. Ứng suất trong cốt thép chịu kéo ' a F đạt đến cường độ chịu kéo ' a R thì ứng suất trong bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán n R và sơ đồ phân bố ứng suất trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật Fa M a RaFa Rn Rnbx x ho Fa' Ra'Fa' a' b h t Hình 4: sơ đồ tính toán cấu kiện đặt cốt kép. 1.3.2 Các công thức cơ bản. Lấy tổng hìng chiếu các nội lực trong keets cấu lên phương trục dầm ta có: ' a ' anaa FR+bxR=FR→0=X ∑ (1.7) Lấy tổng mômen các lực với trọng tâm cốt thép a F ta có : 0ngh Fa h(bxR=M→0=M ∑ - 0 ' a ; a h(F.R+) 2 x - a ) ' (1.8) Điều kiện bền theo cường độ như sau: 0n h(bxR≤M - 0 ' a ' a h(FR+) 2 x - )a ' Đặt 1(α=A, h x =α 0 - 0,5 1=γ),α - )α5,0 Nguyễn Thị Tuyết Mai 8 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Thay vào (1.7) và (1.8) ta có: ' a ' a0naa FR+bhRα=FR (1.9) 1(bhRα=M 2 0ngh - 0 ' a ' a h(FR+) 2 α - )a ' (1.10) Trong đó ' a ' a F,R - cường độ và diện tích cốt thép ở miền chịu nén. 1.3.3 Điều kiện hạn chế. Để không xảy ra phá hoại dòn từ phía vùng bê tông chịu nén phải thoả mãn điều kiện tổng hợp lực tác dụng của kết cấu với trọng tâm của các cốt chịu nén không trùng với hợp lực của các lực đối với trọng tâm của miền bê tồng chịu nén. Tức là: 0 hα≤x hay )A<A(α<α 00 Để ứng suất trong cốt thép chịu nén đạt tới trị số ' a R phải thoả mãn điều kiện ' a2≥x . 1.3.4 Tính toán a F và ' a F Chọn kích thước mặt cắt ngang b = 25 cm , h = 70 cm ,giả thiết a = 4 cm. Kiểm tra: 8,2= 25 70 = b h thoả mãn h)3÷5,1(=b 91,8= 70 625 = h l thoả mãn l) 20 1 ÷ 8 1 (=h Ta có 412,0=A>55,0= 66,0.25,0.13000 25,781 = bhR M =A 0 22 0n Tuức là cốt đơn chưa đủ chịu lực nên cần đặt thêm cốt kép Theo kinh nghiệm thực tế ta chọn x = 0,55h 0 và A= A 0 để tính toán cm3,36=x→ Khi đó ta tính được ' a F theo công thức: )' 0 ' a 2 0n0 ' a a_h(R bhRA_M =F = 22 2 cm34,1=m0134,0= )04,0_66,0.(230000 66,0.25,0.13000.412,0_25,781 Ta chọn 2 thanh ϕ 10 ( ' a F = 1,57) Từ đó ta tính được a F : 230000/0134,0.230000+66,0.25,0.13000.58,0=R/FR+bhRα=F a ' a ' a0n0a = 0,0189 m 22 cm89,1= Ta chọn 2 thanh ϕ 12 ( 2 a cm26,2=F ) Nguyễn Thị Tuyết Mai 9 Xây dựng CTN&Mỏ K53 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Kiểm tra hàm lượng cốt thép: %05,0=μ %28,3=100. 2300 130.58,0 =100. R R.α =μ %16,0=100. 66.30 89,1+34,1 =100. h.b F+F =μ min / a n0 max 0 a / a Vậy thoả mãn điều kiện μ min < μ < μ max 1.3.5 Bố trí cốt thép. Chọn mm30=a b với b a là chiều dài từ mép bê tông chịu kéo đến mép cốt thép.chiều dài lớp bê tông bảo vệ thực tế là: 40=a<36= 2 12 +30=a tt mm vậy a chọn ban đầu chấp nhận được. Khoảng cách giữa các thanh cốt thép a F : e = mm166= 1 12.2-30.2-250 khoảng cách giữa các thanh cốt thép ' a F : =e 250-2.30-2.10=170mm Thoả mãn điều kiện e d≥ và cm3≥e . Chọn cốt đai ϕ 6.Khoảng cách giữa các cốt đai được tính theo cấu tạo. Đoạn đầu gối tựa có lực cắt lớn nhất với h= 700mm >450 mm: mm300≤uvàh 3 1 ≤u suy ra chọn u = 20 cm Đoạn giữa dầm mm500≤uvàh 4 3 ≤u suy ra chọn u = 50 cm. Với cách bố trí cốt đai như trên ta tính được số thanh thép ϕ 6 được bố trí trong dầm là 22 thanh. Nguyễn Thị Tuyết Mai 10 Xây dựng CTN&Mỏ K53 [...]... nghiệm chứng tỏ rằng bê tông không xảy ra vết nứt nghiêng khi thoả mãn điều kiện sau: Q ≤ k 1R k bh o (1.11) Trong đó: k 1 - hệ số dự trữ bền,đối với dầm k 1 = 0,6 Nguyễn Thị Tuyết Mai K53 11 Xây dựng CTN&Mỏ Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Q- lực cắt tính toán tại tiết diện đi qua điểm đầu của khe nứt nghiêng R k - cường độ chịu kéo của bê tông, với mác bê tông bằng 300 tra... 0,6.1000.0,3.0,66 = 118,8 KN Thấy rằng Q = 500 KN > 118,8 KN tức là bê tông không đủ để chịu lực cắt, phải tính toán cốt đai Để bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính cần phải thoả mãn điều kiện sau: Q ≤ k 0 R n bh 0 (1.12) Trong đó: k 0 - hệ số được lấy với mác bê tông bằng 300 thì k 0 = 0,35 R n - cường độ chịu nén của bê tông Ta có k 0 R n bh 0 = 0,35.13000.0,3.0,66 = 900,9 >... Kết cấu bê tông cốt thép Số hiệu Sơ đồ uốn Chiều dài (mm) Đường kính (mm) 7 7400 8 9 GV: TS Nguyễn Văn Quyển Số lượng thanh Ghi chú 10 Trọng lượng 1 thanh (kg) 1,24 4 A-II 7400 22 22,1 4 A-II 800 6 0,178 22 A-II Bảng 4: thống kê cốt thép cho cột TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép TS.NGUYỄN VĂN QUYỂN KẾT LUẬN Nguyễn Thị Tuyết Mai K53 20 Xây dựng CTN&Mỏ Đồ án môn học: Kết cấu bê tông. .. Xây dựng CTN&Mỏ Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Độ lệch tâm ban đầu e 0 tăng lên một giá trị e 0 = ηe 0 Với η - hệ số kể đến ảnh hưởng của uốn dọc ( η ≥ 1) Theo kết quả thực tế tính toán về ổn định thì : 1 η= N (2.1) 1 N th 6,4 S E J + Ea Ja ) Trong đó N th = 2 ( (2.2) l 0 k dh b b Ở đây: J b , J a - mômen quán tính tiết diện bê tông và toàn bộ tiết diện cốt thép dọc... cách cấu tạo cốt đai :với h=700mm>450mm thì điều kiện bước cốt đai ở 2 đầu dầm là: 1 u ≤ h và u ≤ 300mm 3 Vậy ta chọn : u1= 230mm=23cm Nguyễn Thị Tuyết Mai K53 12 Xây dựng CTN&Mỏ Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Với h > 300mm trên đoạn giữa dầm có lực cắt nhỏ: 3   h = 525mm  u2 =  4  = uct 500m    Vậy ta chọn : u2=500mm=50cm 1.4.3 Sơ đồ bố trí cốt thép: φ=6 230... trí cốt đai CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT 2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang của cột Chọn b= 30 cm và h= 60 cm, a = a’ = 4 cm → h 0 = 56cm h= (2 ÷ 4)b t/m 1 1 h= ( ÷ ) l t/m 8 20 Theo bài mác bê tông = 300 KG/cm 2 tra bảng phụ lục 4: → R n = 130 KG/cm 2 =13000 KN/m 2 R a = 2800 KG/cm 2 tra bảng phụ lục 6 → α 0 = 0,58 Tra bảng phụ lục 7 → A 0 = 0,412 M 125 + 115 = = 0,196 < A 0 Ta có A = (t/m)... → α = 0,22 < 0,58 (t/m) Khi chọn kích thước tiết diện cần chú ý đến điều kiện ổn định,độ mảnh của cấu kiện được hạn chế như sau: Nguyễn Thị Tuyết Mai K53 13 Xây dựng CTN&Mỏ 230 Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Đối với cột nhà chọn λ 0 b = 31 l 6,4 λ= 0 = = 21,33 < λ 0 b b 0,3 (t/m) λ - độ mảnh của cấu kiện λ 0 b - độ mảnh giới hạn của cấu kiện l 0 - chiều dài tính toán...Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển Sơ đồ bố trí cốt thép: 250 3 2φ10 2φ10 3 700 22φ6 4 2φ12 5 Hình 5: Sơ đồ bố trí cốt kép 1.4 Tính toán cấu kiện có cốt đai: 1.4.1Sự phá hoại trên mặt cắt nghiêng... khoảng cách hình học từ trọng tâm của tiết diện đến mép chịu kéo (nén ít ) M,N- thành phần nội lực do tải trọng ngoài toàn bộ gây ra Nguyễn Thị Tuyết Mai K53 15 Xây dựng CTN&Mỏ Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép GV: TS Nguyễn Văn Quyển l0 = 10,4 < 28 suy ra có thể bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc hay φ = 1 h Tra bảng phụ lục 1 ta có E b =290.10 3 KG/cm 2 Tra bảng phụ lục 2 ta có E a =2100000 KG/cm... th = ( 290.10 3 540000 + 2100000.11356,8) = 675591 KG 640 2 1,47 1 1 η= = 1,05 N = 330 Suy ra 1 1 N th 6755,91 Ta có 2.3 Sơ đồ tính Nguyễn Thị Tuyết Mai K53 16 Xây dựng CTN&Mỏ Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép e ηe0 GV: TS Nguyễn Văn Quyển e' N Rn Ra'Fa' RaFa b a a' h0 h Hình 8 : sơ đồ tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn 2.4 Công thức cơ bản Độ lệch tâm lớn nhất e = ηe 0 + 0,5h - a (2.5) . khi học xong môn kết cấu bê tông cốt thép em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép : 1-Thiết kế dầm bê tông cốt thép trong các. vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán n R và sơ đồ phân bố ứng suất pháp trong miền bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật, vùng bê