Thiết kế cầu máng

Luận Văn: Thiết kế cầu máng

nội dung đồ án môn học

PhầnI-Các tài liệu thiết kế.

Phần II-Thiết kế các bộ phận cầu máng.I.Thiết kế lề ngời đi.

II.Thiết kế vách máng.III.Thiết kế đáy máng.IV.Thiết kế dầm đỡ giữa.

PhầnIII-Các tài liệu tham khảo và bản vẽ kèm theo Phần IV-Kết luận và đề nghị.

phần I

Tài liệu thiết kế

Kênh dẫn nớc đi qua vùng trũng có chiều dài L=24m.Sau khi so sánh phơng án thiết kế đã đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông có cốt thép qua vùng.

Dựa vào địa hình, qua tính toán thủy lực và thủy nông đã xác định đợc mức nớc yêu cầu trong cầu máng nh sau:

Theo phụ lục 7 Ra=2100(Kg/cm2)

Theo phụ lục 8 ma=1.1(giả thiết số thanh cốt thép <10)Theo phụ lục 11 α0=0.7

A0=α0(1-0.5α0)=0.455

qqngle

3 Xác định nội lực

Dầm conson tải trọng phân bố đều với qtt

lề= 482,5 (kg/ m)M=qtt

lê.x2/2Q= qtt

Xét mặt cắt đầu ngàm M= qtt

lề.l2 = 482,5* 0,82/ 2 = 154,4 (kg.m) Q = qtt

∑MFa = 0 ≈ kn Nc M = mb Rn b x (h0 -

)Đặt x = α h0; A = α (1-

Thay giá trị x, A vào hệ 1.2 ta đợc hệ:ma Fa Ra = mb Rn b α h0

kn Nc M = mb Rn b h0 ATừ (2’) ta có:

A = 0,0396 < A0 = 0,455

Vậy Fa đợc tính theo công thức:Fatt =

Trong đó α tra phụ lục 10 A = 0,0396 => α = 0,0407

1= (cm2)*Kiểm tra điều kiện Famin < Fa <Famax

Famin = àmin b h0 = 0,001.100.8 = 0,8(cm2)Famin =

Famin= 0,8 cm2 < Fatt = 0,99 cm2 < Famax = 16,97 cm2

Vậy kích thớc tiết diện Fatt = 0,99 (cm2)

5.Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên

σ1 =

< σ2 = k1.mb4.Rk

Trong đó:Q = 386 (kg)

Lề ngời đi đợc coi nh một dầm conson Vậy k1 = 0,6mb4 = 0,9 (hệ số làm việc của bê tông)

σ2 = k1 mb4 Rk = 0,6 0,9 6,3 = 3,402 (kg/cm2)σ1 = 0,555 < σ2 = 3,402

φ8 a=20• • • • •

• • • • •φ8 a=20

Trong đó δ là độ vợt cao an toàn Lờy δ = 0,5mHvách = 2,3 + 0,5 = 2,8m

- Bề dày của máng thay đổi dần từ hv1 đến hv2.Chọn: hv1 = 12cm hv2 = 30cm

Dùng hai mặt cắt, cắt xén một mét dài máng.

Hv1

Hvách

Hv2Hình 1-II: cấu tạo vách máng

2.Tải trọng tác dụng

Tính vách máng nh một dầm conson dọc ngàm tại đáy, tải trọng tác dụng lên gồm hai loại:

- Các tải gây căng ngoài: Mlề, Mgió đẩy

- Các tải gây căng trong: Mng, Mlề, Mnớc, Mgió hút

Chọn mặt cắt ngàm D làm mặt cắt tính toán.

3.Trờng hợp căng ngoài

a) Xác định nội lực

Xét mô men tại mặt cắt ngàm:Mcntt = Mlề + Mgió đẩy

Trong đó:

MLề : mô men do trọng lợng bản thân lề gây nên tại mặt cắt ngàm.Mlề = 8400 (kg.cm)

Mgiã ®Èy : m« men do giã g©y nªn.

Mgiã ®Èy = 451,5842

n 2vachgh

Mgiã ®Èy = 45158,4 (kg.cm)VËy ¸p lùc c¨ng ngoµi:

A = 0,01 < 0,455VËy Fatt =

= (cm2)KiÓm tra ®iÒu kiÖn Famin < Fa < Famax

Famin = µmin b h0 = 0,001 100 28 = 2,8 (cm2)

Famax = 38,6(cm)2100

Mnc = 202783 (kg.cm)Mgiã hót : m« men do giã g©y nªn.

Mgiã hót = 338,69(kg.m)2

Mgiã hót = 33869 (kg.cm)VËy ¸p lùc c¨ng trong:

Trong đó α tra phụ lục 10 A = 0,053 => α = 0,05

=Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

Famin = 2,8 (cm2)Famax = 38,6 (cm2)

Famin = 2,8 cm2 < Fatt = 4,24 cm2 < Famax = 40,3 cm2

Vậy Fatt = 4,24 cm2

Với Fa định nh trên ta bố trí 5φ12 (Fa = 5,65 cm2)

5 Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên

=σ<Trong đó:

Q = ng qgh Hvách + γn

=1,2 0,72 2,8+(10 2,32)/2 = 28,87 (KN) = 2887 (kg)

σ2 = k1 mb4 Rk = 0,6 0,9 6,3 = 3,402 (kg/cm2)σ1 = 1,185 < σ2 = 3,402

Vậy bê tông đảm bảo đợc lực cắt Theo cấu tạo đặt 5φ6.

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc Mtc≤ Mn

Tra phụ lục 14: γ = 1,75

(Tra phụ lục 9 đợc Ea = 2,1 106 kg/cm2)(Tra phụ lục 6 đợc Eb = 2,1 105 kg/cm2)xn =

30.100 2

xn = 15,1 cm

Jqđ : mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi.

Jqđ = 239889,36 cm4

Wqđ = 16099,951

Mn = γ1 Rkc Wqđ = 1,75 9,5 16099,95 = 267661,8 (kg.cm)nc Mtc = 252092 (kg.cm) ≤ Mn = 267661,8 (kg.cm)

Điều kiện thoả mãn Vậy theo quy phạm kết cấu không bị nứt.

III thiết kế đáy máng1 Sơ đồ cấu tạo

Cắt 1m dài để tính đáy máng Đáy máng đợc tính nh một dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc Kích thớc đáy máng định nh sau:

- Bề rộng đáy máng B = 3,1m

B+=+= 100 cm

Hđm = 30cm

Hình 1- III: sơ đồ cấu tạo đáy máng

Hình 2-III: sơ đồ tính toán đáy máng

Tải trọng tác dụng lên dầm gồm hai loai sau:

a) Tải trọng thờng xuyên

- Tải do bản thân lề: Mlềbt = 0,84 (KN.m)- Tải do trọng lợng đáy máng: qbt

đáy = γb hđm l = 25 0,3.1 = 7,5(KN.m) qtt

. 33max

qHmax = γn Hmax = 10 2,3 = 23(KN) = 2300(kg/m)qtt

Hmax = qHmax nnc = 23 1 = 23(KN) = 2300(kg/m)

l==MH.ngh = 2,9(KN/m)290(kg/m)

H3 3ngh

qH.ngh = γn Hngh = 10 1,21 = 121(KN) = 1210 (kg/m)qtt

H.ngh = qH.ngh nnc = 12,1 1 = 121 (KN) = 1210 (kg/m)- Tải trọng do gió:

+ Gió đẩy:

Mgió đẩy = 4,5 (KN.m) = 450 (kg.m)+ Gió hút:

Mgió hút = 3,39 (KN.m) = 339 (kg.m)- Tải trọng do ngờ:

Mngời = 0,704 (KN.m) = 70,4 (kg.m)

3 Nội lực đáy máng

A = 0,06 < A0 = 0,455

Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:Fatt =

Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

Famin= 2,8 (cm2)Famax = 38,6 (cm2)

A = 0,007 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

1= (cm2)Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

Famin= 2,8 (cm2)Famax = 38,6 (cm2)

A = 0,0106 < A0 = 0,455Vậy Ftt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

Famin= 2,8 (cm2)Famax = 38,6 (cm2)

A = 0,0116 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

Famin=2,8 (cm2)Famax = 28,6 (cm2)

Fatt = 1 cm2 < Famin = 2,8 cm2 < Famax = 38,6 cm2

Vậy cần tăng Fa lên.

Bố trí (5φ9)/1mét dài (Fa = 3,18 cm2)

5 Tính toán cốt thép ngang cho đáy máng

Mặt cắt có giá trị lực cắt lớn nhất để tính toán.Cụ thể chọn mặt cắt A-A có Q = 32,48 (KN)

=σ<Trong đó:

Q = 32,48 (KN) = 3248 (kg)

Chọn bề dày lớp bảo vệ a = 2cm => h0 = 28cm

3248.1.15,

σ2 = k1 mb4 Rk = 0,6 0,9 6,3 = 3,402 (kg/cm2)σ1 = 1,334 < σ2 = 3,402

Vậy bê tông đảm bảo đợc lực cắt hay nói cách khác là theo tính toán không cần đặt cốt ngang cho đáy.

6 Bố trí thép đáy máng

Kết hợp kết quả tính giữa 4,a.b.c đi tới quyết định chọn thép nh sau:- Thép căng trên bố trí (5φ12)/1mét dài (Fa = 5,65 cm2)- Thép căng dới bố trí (5φ8)/1mét dài (Fa = 2,51 cm2)

φ12 a=20

• • • • • • • • •

• • • • • • • • • φ8 a=20 φ6 a=20 φ8 a=20

Mn: Mômen uốn mà tiết diện có thể chịu đợc ngay trớc khi khe nứt xuất hiện Mn = γ1 Rkc Wqđ

γ: hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo γ1 = mh γ Tra phụ lục 13: mh = 1

Tra phụ lục 14: γ = 1,75

(Tra phụ lục 9 đợc Ea = 2,1 106 kg/cm2)(Tra phụ lục 6 đợc Eb = 2,1 105 kg/cm2)

xn =

30.100 2

xn = 15,1 cm

Jqđ : mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi.

Jqđ = 239889,36 cm2

Wqđ = 16099,961

Mn = γ1 Rkc Wqđ = 1,75 9,5 16099,96 = 267661,79 (kg.cm)nc M = 25250 (kg/cm) ≤ Mn = 267661,79 (kg.cm)

Điều kiện thoả mãn Vậy theo quy phạm kết cấu không bị nứt.

IV Thiết kế dầm đỡ giữa

1 Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng lên dầm

Đáy máng gối lên ba dầm dọc (hai dầm bên và một dầm giữa) Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng, phần lề ngời đi truyền xuống nhng chịu tải trọng nớc và tải trọng bản thân ít hơn dầm giữa Dần giữa chịu tải bản thân và nớc là chính.

Theo cấu tạo dầm đỡ giữa tạo thành một khối với bản đáy nên có sơ đồ tính nh một dầm chữ T liên tục có 6 nhịp lnhịp = L/6 = 24/6 = 6 (m)

Trong tính thép ta chọn thép cho dầm giữa rồi bó trí tơng tự cho hai dầm còn lại.

dầm = 25 (0,8 0,3 + 1,25 0,3) = 15,375 (KN/m)qtt

bt = qbt

dầm nbt = 15,375 1,05 = 16,14375 (KN/m)

- Tải trọng nớc (Hmax) qnớc = γ

Hmax 1mqnớc = 10 1,55 2,3 = 35,65 (KN/m)qtt

nc = qnớc n = 35,65 (KN/m)-Tải trọng tông công qdầm = qtt

bt+ qtt

nc = 16,14375 + 35,65 qdầm = 51,79375 (KN/m)

Số nhịp của dầm là 4 nhịp, chiều dài mỗi nhịp lnh = 6m, ta có sơ đồ tính ứng với dầm 4 nhịp liên tục, gối tựa là mố trụ và khung đỡ Xem hình 2- IV.

qttnc

qttbt

Q

Hình 3- IV: nội lực trong dầm

3 Tính thép cho dầm

Đây là bài toán tính thép cho dầm chữ T.

Đây là bài toán tính thép cho dầm chữ T cánh nén

Giả thiết trục trung hoà đi qua mép dới cánh bản x = h’c.Mc = mb Rn b’c h’c (h0 -

Trong đó chọn a = 4cm => h0 = 76cmh = 80cm ; h’c = 30cm

Mc = 1 70 155 30 (76 -

) = 19’855’500 kg/cmkn nc M = 1,15 1 1’437’600 = 1’653’240 kg/cmkn nc M = 1’653’240 (kg/cm) < Mc = 19’855’500 (kg/cm)

vậy trục trung hòa đi qua cánh (x ≤ hc) Tính Fa tơng tự nh đối với tiết diện chữ nhật (b’cx h = 160cm x 80cm).

A = 0,0264 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

Kiểm tra điều kiện Famin < Fatt < Famax

Famin= àmin b h0 =0,001 155 76 = 11,78 (cm2)Famax =

Chọn a = 4cm => h0 = 76 cmM = 1997000 kg/cm

A = 0,189 < A0 = 0,455Vậy Fatt đợc tính theo công thức cốt đơn:

Fatt =

KiÓm tra ®iÒu kiÖn Famin < Fatt < Famax

Famin= µmin b h0 =0,001 30 76 = 2,28 (cm2)Famax =

3 TÝnh to¸n cèt thÐp ngang cho dÇm

§Ó tÝnh to¸n cèt ®ai, cèt xiªn ta tÝnh víi tõng nhÞp vµ cô thÓ lµ hai nhÞp ®Çu a) TÝnh thÐp ngang cho nhÞp ®Çu

σ2 = k1 mb4 Rk = 0,6 0,9 6,3 = 3,402 (kg/cm2)σ3 = mb3 Rkc=1,15.9,5=10,925

σ2 = 3,402 <σ1 = 10,54 <σ3 =10,925σ1a =0,225σ1=0,225.10,54=2,37

Theo đIều kiện cấu tạo chọn đờng kính cốt đai d=8mm nên fd=0,503 cm2,

nd=2,ad=20 cm

Hình 8 – IV: sơ đồ bố trí thép dầm

6 Kiểm tra nứt

Ta kiểm tra nứt cho hai mặt cắt có trị số mômen (dơng và âm) lớn nhất.

a- Kiểm tra nứt cho mặt cắt qua gối 1.

Cánh nằm về phía chịu kéo.

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:nc M ≤ Mn

Trong đó:

nc: là hệ số tổ hợp tải trọng nc = 1M = 199,7 (KN.m)

Mn: Mômen uốn mà tiết diện có thể chịu đợc ngay trớc khi khe nứt xuất hiện Mn = γ1 Rkc Wqđ

γ1: hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo γ1= mh γTra phụ lục 13: mh = 1

Tra phụ lục 14: γ = 1,75

xn =

= 10

(Tra phụ lục 9 đợc Ea = 2,1 106 kg/cm2)(Tra phụ lục 6 đợc Ea = 2,1 105 kg/cm2)xn =

80.30 2

+xn = 54,74 cm

Jqđ : mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi.

b+−−−−−+−+−Jqđ = 9616055,712 cm4

Wqđ = 380683,1274

Mn = γ1 Rkc Wqđ = 1,75 9,5 380683,12=4197031,44 (kg.cm)nc M = 1997000 (kg.cm) ≤ Mn = 4197031,44 (kg.cm)Điều kiện thoả mãn Vậy theo quy phạm kết cấu không bị nứt.

b-Tính bề rộng khe nứt an theo công thức kinh nghiệm

an = k c η .7.(4100.).dE

σTrong đó:

k = 1 (kết cấu chịu uốn)

c = 1,3 (hệ số xét đến tính chất tác dụng)η = 1,3 (hệ số bề mặt cốt thép)

d = 16 (đờng kính cốt thép)à = bF.h1230,,72760,0056

52,16

Chiều dày lớp bảo vệ a = a’ = 4cm

Tải trọng tiêu chuẩn qd = qbt + qnc = 51,79 (KN/m)Tra phụ lục 9 đợc Ea = 2,1 106 kg/cm2

Tra phụ lục 6 đợc Eb = 2,1 105 kg/cm2

Tra phụ lục 2 đợc Rc

ψ−Trong đó:

ξ =

Τ = γ’ (1- δ’/2) = 2,00 (1- 0,1975) = 1,605Thay số liệu vào công thức ta có:

==Từ đó ta có:

ξ+γδ−Ζ1 = 61,65

Μặt khác:

2 a

Tính theo công thức x= ξ h0 = 0,1561 76 = 11,86 cm

Theo hình 3- IV ta đã có biểu đồ M của nhịp đầu tiên.M(KN.m) 199,7

10,63 109,3 103,85

EJ = Bdh = 99667,68.106 kg.cm2

f = 0,00952 mm

Kết luận: độ võng của dầm thoả mãn yêu cầu thiết kế.

VÏ h×nh bao vËt liÖu

3782615.76 3286483.2

1997000

1792375.22509607.1

¸p dông c«ng thøc : M=ma.Ra.Fa.Za

Víi Za=68,4 øng víi c¨ng thí trªn=61 Víi trêng hîp c¨ng díi

Em xin cảm ơn các thầy trong bộ môn Kết cấu Công trình đã giảng giải giúp em hoàn thành đồ án này.