TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾT BÊ TÔNG CỐT THÉP – KC108 NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Sinh viên thực hiện HUỲNH QUỐC HUY – B201255.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾT BÊ TÔNG CỐT THÉP – KC108 NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Sinh viên thực hiện: HUỲNH QUỐC HUY – B2012559 CBHD: LÊ NÔNG Cần Thơ, tháng năm 2022 BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn : Lê Nơng Nhóm: 01 Lớp: TN20T1A1 Đề bài: Thiết kế dầm đơn cho cầu đường ô tô nhịp đơn giản, BTCT, thi công phương pháp đúc riêng dầm công trường tải trọng cho trước I SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm S=bc + 0.4 Bề rộng chế tạo cánh bc Tĩnh tải mặt cầu rải (DW) Hệ số phân bố tính ngang cho momen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng Hệ số cấp đường Độ võng cho phép hoạt tải Vật liệu (cốt thép theo ASTM 615M) TCVN 11823-2017 L=10.5 HL-93 (m) bc=1.8 4.5 KN/m mgM=0.49 mgQ=0.56 Mgf=0.5 K=1 1/800 Cốt thép chịu lực, cốt đai: fy=420 Mpa Bê tông: f’c = 28 Mpa II U CẦU VỀ NỘI DUNG A Tính tốn Chọn mặt cắt ngang dầm Tính vẽ biểu đồ bao momen, lực cắt tải trọng gây Tính bố trí cốt thép dọc chủ mặt cắt nhịp Xác định vị trí cắt thép chủ, vẽ biểu đồ bao vật liệu Tính tốn bố trí cốt thép đai Tính tốn kiểm sốt nứt Tính tốn độ võng hoạt tải gây Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu B Bản vẽ Thể khổ giấy A1 Vẽ mặt dầm, vẽ mặt cắt đại diện Triển khai cốt thép Vẽ biểu đồ bao vật liệu Thống kê vật liệu: thép, bê tông XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM 1.1 Chiều cao dầm h Chiều cao dầm h chọn điều kiện cường độ điều kiện độ võng, thông thường với dầm bê tông cốt thép chiều cao thỏa mãn điều kiện cường độ đạt yêu cầu dộ võng Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp, chọn theo công thức kinh nghiệm: h = (l H=(0.525;1.05)m Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình hmin = 0.07L=0.735m Trên sở sơ chọn chiều cao dầm h=1000 mm 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 chiều rộng sườn không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bê tông với chất lượng tốt Theo yêu cầu đó, ta chọn bề rộng sườn dầm bw = 200mm 1.3 Chiều dày cánh hf Chiều dày cánh chọn phụ thuộc với điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng với phận khác Theo kinh nghiệm hf = 180mm 1.4 Chiều rộng cánh chế tạo Theo điều kiện đề cho: b = 1800mm 1.5 Chọn kích thước vút bv1=hv1=150mm 1.6 Trọng lượng thân 1m chiều dài dầm Diện tích mặt cắt dầm: A= 2.2x0.18 + 0.15x0.15 + 0.25x(1-0.18)= 0.676 m2 Nên: Wdc = A x = 0.676 x 24.5 = 16.562 KN/m Trong đó: γ trọng lượng riêng bê tông 24.5 KN/m3 1.7 Xác định bề rộng cánh tính tốn Bề rộng cánh tính tốn dầm bên chọn phải nhỏ số nhỏ số sau: + L/4 = 10.5/4 = 2.625m với L chiều dài nhịp hữu hiệu + Khoảng cách tim dầm: S=2200mm + 12hf + bw = 12x180+200 = 2360 mm Bề rộng cánh hữu hiệu 1800 mm Qui đổi tiết diện tính tốn: - Diện tích tam giác chỗ vác cánh: S1 = 150x150/2 = 11250 mm2 - Chiều dày cánh qui đổi: hfqd = hf + = 180 + = 194.06 mm 1000 194,06 1800 250 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 2.1 Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng Ta có: ŋ = ŋD ŋR ŋ1 >= 0.95 Trong đó: ŋD: hệ số liên quan đến tính dẻo ŋR: hệ số liên quan đến tính dư ŋ1: hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác Đối với trạng thái giới hạn sử dụng phá hoại mỏi ŋ=1 Đối với việc thiết kế cầu bê tông đường quốc lộ hệ số tính theo trạng thái giới hạn cường độ lấy là: ŋD = 0.95; ŋR =1.05; ŋ1 = 0.95 Suy ra: n = ŋD ŋR ŋ1 = 0.95x1.05x0.95 = 0.948 < 0.95 Vậy lấy ŋ = 0.95 2.2 Tính momen lực cắt mặt cắt Vẽ đường ảnh momen lực cắt + chiều dài nhịp L=10.5m + chia dầm thành 10 đoạn tương ứng với mặt cắt từ 0-10 đoạn dài 1.05m Đường ảnh hưởng momen tiết diện 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn 145 kn 35 kn 4.3 m y1 Dah M1 4.3 m 0.99 0.99 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn 145 kn y1 35 kn 4.3 m 4.3 m y3 y2 1.76 Dah M2 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn 35 kn 145 kn 4.3 m y1 4.3 m y2 y3 Dah M3 2.31 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 35 kn 145 kn 145 kn y3 y1 Dah M4 y2 2.64 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn 145 kn 35 kn y3 y2 y1 2.75 Dah M5 Đường ảnh hưởng lực cắt xếp tải lên đường ảnh hưởng 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn 145 kn y1 35 kn y2 Các cơng thức tốn giá trị momen, cắt mặt cắt thứ i trạng thái giới hạn cường độ Dah Q0 y3 tính lực theo I: 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn y1 [1.7 0.9 y2 0.1 {1 wDW 35 kn 145 kn MiCDI = ŋ Dah Q1 y3 25wDCAMi + 1.5 AMi + mgM 9.3 KN/m 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn y1 ) 35 kn 145 kn 0.8 y2 0.2 y3 5LLLAMi + 1.75k(1 + ]}= M CD i 9.3 KN/m + MiLL ( IM) max ; Dah Q2 + MiCW 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn Vi y1 35 kn 145 kn 145 kn CDI 0.7 y2 y3 0.3 9.3 KN/m 1.5wDWAVi + mgM 110 kn 110 kn {1.25w 145 kn 145 kn y1 0.6 y2 AVi + 1,Vi 35 kn y3 0.4 DC [1.75LL A + ( + )]}= L 145 kn 1.75k(1+IM) max V V ViLL =ŋ Dah Q4 9.3 KN/m CD i CW i + + 110 kn 110 kn 1.2 m 145 kn 145 kn 145 kn y1 0.5 0.5 y2 35 kn y3 Dah Q5 Các cơng thức tính giá trị momen, lực cắt mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn sử dụng I: {1.0w max ( + )]}= M MiSDI = 1.0 DC i {1.0w max ( + )]}= V ViSDI = 1.0 [ AMi + 1.0wDWAMi + mgM 1.0 LLLAMi + 1.0k(1+IM) CD DC + MiCW + MiLL [ AVi + 1.0wDWAVi + mgM 1.0 LLL A1,Vi + 1.0k(1+IM) CD i + ViCW + ViLL Trong đó: LLL = 9,3kn/m Tải trọng rải (9,3 KN/m) Hiệu ứng xe tải thiết kế mặt cắt thứ i Hiệu ứng xe hai trục thiết kế mặt cắt thứ i wDC Hệ số phân bố ngang tính cho momen (đã tính hệ số xe m) Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt (đã tính hệ số xe m) Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài wDW Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích cơng mgM mgV 1+IM cộng đơn vị chiều dài ( tính cho dầm) Hệ số xung kích AMi Diện tích đường ảnh hưởng Mi AVi Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng Vi A1,Vi Diện tích đường ảnh hưởng Vi (phần diện tích lớn) Trọng lượng riêng dầm Diện tích mặt cắt ngang dầm (m2) Hệ số cấp đường Hệ số điều chỉnh tải trọng ŋ = ŋD ŋR ŋ1 >= 0.95 A k ŋ Bảng giá trị momen TTGH cường độ I Mặt cắt Y1 0.99 Xe tải Y2 Y3 0.56 0.13 Xe hai trục Y1 Y2 0.99 0.87 MiDC kNm 90.218 MiDW kNm 50.43 MiLan kNm 49.67 MiTruck kNm 194.439 MiTandem kNm 173.494 MiCDI kNm 384.761 9.68 1.76 0.9 0.04 1.76 1.52 160.387 89.66 88.30 328.248 305.946 666.598 3.15 12.705 2.31 1.02 0.00 2.31 1.95 210.508 117.68 115.89 409.441 397.357 853.525 4.2 14.52 2.64 0.92 0.06 2.64 2.16 240.580 134.4 92 132.4 53 439.501 447.726 955.252 5.25 15.125 2.75 0.6 0.6 2.75 2.15 250.604 140.0 95 137.9 72 429.707 457.054 985.726 xi m 1.05 AMi m2 5.445 2.1 Bảng giá trị momen TTGH cường độ I cc = 50 - – 9.5 = 29.4mm >= 25mm Thỏa + Khoảng cách trống cốt thép lớp: Sc = 75 – 22.2 = 52.8mm Scr = max: 1.5db = 1.5 x 22.2 = 33.3mm 1.5Dmax = 1.5 x 20 = 30mm 38mm 38mm Sc = 52,8mm >= Scr = 38mm Thỏa + Khoảng cách lớp cốt thép: Sc = 65 – 22.2 = 42.8mm > db = 22.2mm Sc = 42.8mm > 25mm Thỏa b Duyệt sức kháng uốn ds = = 893.125mm Giả sử a y = 0.0021 As chảy + Tính sức kháng uốn danh định: Mn = 0.85f’c ab (ds - ) = 0.85 x 28 x 30.353 x 1800 x (893.125 - ) x 10-6 = 1141.6162 kNm t = 0.003 x = 0.003 x = 0.076 > tl = 0.005 Vậy tiết diện không chế kéo hay = 0.9 + Sức kháng uốn có hệ số: Mr = Mn = 0.9 x 1141.6162 = 1027.455 kNm > Mu = 985.726 kNm Thỏa c Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu fr = 0.63 = 0.63 x = 3.33 Mpa + Trục trung hịa tiết diện bê tơng: x= = = 254.903 mm + Momen quán tính tiết diện bê tông chưa nút: Ig = (b-bw) + (b-bw)hf (x - + bw + bw h ( - x = (1800 – 200 ) + (1800 - 200)194.06 x (254.903 - + 200 + 200x1000 ( – 254.903 = 37394362290 mm4 + Momem chống uốn tiết diện bê tông thớ chịu nén đáy dầm: Snc = = = 50187240.44 mm3 + Momen nứt: Mcr = 3fr Snc = 1.6 x 0.67 x 3,33 x 50187240.44 x 10-6 = 179.156kNm 1.33Mu = 1.33 x 985.726 = 1311.016 kNm Min {1.33Mu ; Mcr}=179.156 kNm + Kiểm tra điều kiện lượng cốt thép tối thiểu: Mr = 1027.455kNm > Mcr = 179.156kNm Thỏa TÍNH TỐN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU + Tính tốn momen kháng dầm bị cắt uốn cốt thép Số Lần Số As ds(m m) a(mm) Vị trí khối s εt Mr (kNm) Cắt lại lại 3096 2709 1935 ƯS chữ nhật 893.12 894.28 898.00 35.709 Cánh nén 29.746 Cánh nén 21.247 Cánh nén 0.07 0.07 0.10 0.07 0.9 0.07 0.9 0.111 0.9 1027.45 900.520 649.054 + Hiệu chỉnh biểu đồ bao momen Do điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu Mr >= Min {Mcr; 1.33Mu} nên Mcr >= 1.33Mu điều kiện lượng cốt thép tối thiểu Mr >= 1.33Mu Điều có nghĩa khả chịu lực dầm phải bao 1.33Mu Mu