ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO 22TCN27205, HUỲNH CHƯƠNG

Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang I ) XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1.ChiỊu cao dÇm h Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng, thông thường với dầm bê tông cốt thép khi chiều cao đã thõa mãn điều kiện cường độ thì cũng đã đạt yêu cầu về độ võng . Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhòp, chọn theo công thức kinh nghiệm: Lh ×       ÷= 20 1 8 1 h =(0.7 ÷ 1.75)m Chiều cao nhỏ nhất theo quy đònh của quy trình: h min = 0.07 × 8 = 0.56 (m) trên cơ sở đó sơ bộ chọn chiều cao dầm: h = 800(mm) 1.2.BỊ réng s ên dÇm b w Tại mặt cắt trên gối dầm, chiều rộng của sườn dầm được đònh ra theo tính toán và ứng sức kéo chủ. Tuy nhiên ở đây ta chọn chiều rộng sườn không đổi trên suốt chiều dài dầmchiều rộng b w này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bêtông với chất lượng tốt. Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sườn: b w = 18 (cm). 1.3.ChiỊu dµy b¶n c¸nh h f Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chòu lực cục bộ của vò trí xe và sự tham gia chòu lực tổng thể với các bộ phận khác. Theo kinh nghiệm: h f =180 (cm) 1.4.ChiỊu réng b¶n c¸nh b Theo điều kiện đề bài cho: b f = 170 (cm) 1.5.Chän kÝch th íc bÇu dÇm b 1 ,h 1 b 1 = 0.30 (cm) h 1 = 0.18 (cm) Vậy sau khi chọn sơ bộ kích thước mặt cắt dầm ta có bảng số liệu sau: Chiều cao 08 m Bề rộng sườn dầm 0.18 m Chiều dày bản cánh 0.18 m Chiều rộng bản cánh 1.7 m Chiều rộng bầu dầm 0.30 m Chiều cao bầu dầm 0.18 m Chiều cao phần vác cánh 0.1 m Chiều cao phần vác bầu 0.06 m Mặt cắt ngang dầm: SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang 800 300 60 180 1.6.TÝnh s¬ bé träng l ỵng b¶n th©n cđa dÇm trªn 1 (m) dµi Diện tích mặt cắt dầm. A = 0.4528 (m 2 ) Trọng lượng bản thân dầm. • W dc =A ×  =0.4528 × 24 = 10.8672 (KN/m) Trong đó  = 24 kn/m 3 trọng lượng riêng của bê tông Xác đònh bề rộng cánh tính toán: Bề rộng cánh tính toán đối với dầm bên trong không lấy quá trò số nhỏ nhất trong ba trò số sau: • - mL 2 4 8 4 1 == : Với L là chiều dài nhòp hữu hiệu. • - khoảng cách tim giữa hai dầm:220 cm • - 12 lần bề dày cánh và bề rộng sườn dầm: 12h f +b w =12×18+18=234 (cm) • - và bề rộng cánh tính toán cũng khong được lớn hơn bề rộng cánh chế tạo b f =170 cm Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b = 170 cm Qui đổi tiết diện tính toán: Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh: • ( ) 2 1 50 2 1010 cms = × = Chiều dày cánh qui đổi: Diện tích tam giác tại chỗ vác bầu dầm: ( ) cms 18 2 66 2 = × = SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương ( ) 2 452800)180180800(18060601803001001001801700 mmA =−−×+×+×+×+×= mmcm bb S hh w f qd f 58.186658.18 18170 502 18 2 1 == − × += − × += Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang Chiều cao bầu dầm mới: MẶT CẮT NGANG TÍNH TOÁN: 186.58 1700 800 300 II)TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM: Tính momen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính tại mặt cắt giữa nhòp: ( ) ( ) [ ] { } w LLLL mg ww M ML M dwdc IMkM ×+×××+×+×+×= 175.175.15.125.1 η Trong đó: LL L : Tải trọng làn rải đều (9.3KN/M). = LL dem M tan 46.75 KN:Hoạt tải tương đương của xe hai trục thiết kế ứng với đường ảnh hưởng M tại mặt cắt giữa nhòp (KN/m). = LL tnick M 36.25 KN : Hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế ứng với đường ảnh hưởng M tại mặt cắt t giữa nhòp (KN/m). LL M = max( dem m tnick M LLLL tan ; ) = 46.75 KN mg M = 0.58 : Hệ số phân bố ngang tính cho momen ( đã tính cả hệ số làn xe m). w dc = 10.8672 KN/m : Trọng lượng dầm trên một đơn vò chiều dài(KN/m). w dw = 5.5 : Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vò chiều dài(tính cho một dầm kn/m). (1+IM)=1.25 : Hệ số xung kích.  M = 8 m 2 : Diện tích đường ảnh hưởng M (m 2 ). K = 1: Hệ số của HL-93. Thay số: SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương mmcm x bb S hh w qd 21021 1830 182 18 2 1 2 11 == − += − × += Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang M = 688.465 (KNm) Bố trí cốt thép Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm: d = (0.8÷0.9)h chọn d = 0.9×h = 0.9×800 = 720 (mm) Giả sử trục trung hòa đi qua cánh ta có: Chiều cao khối ứng suất chữ nhật a = 21.323 mm Chiềucao vùng bê tông chòu nén 8.0 7 2835 05.085.0 7 28' 05.085.01 = − −= − −= fc β 654.26 8.0 323.21 1 === β a c mm < h f = 180 mm Vậy trục trung hòa đi qua cánh Diện tích cốt thép chòu kéo cần thiết Các phương án để lựa chọn : φ Diện tích 1 thanh (mm 2 ) Số lượng thanh Tổng diện tích (mm 2 ) 16 199 14 2786 29 284 10 2840 22 387 8 3096 Chọn 14#16 Bố trí cốt thép như hình vẽ SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương       ×××× × −−= 2 '85.0 2 11 dbcf Mu da S φ         ×××× ×× −−×= 2 6 72017003585.09.0 10465.16882 11720 2 645.2567 420 1700323.213585.0'85.0 mm f cfba A y s = ××× = ××× = Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang 180 60 606060 60 60 40 40 300 100 40 - Duyệt mặt cắt dầm Giả sử trục trung hòa đi qua cánh Khỏang cách từ thou chòu kéo ngòaicùng tới trọng tâm cốt thép d s = 800 – 117.143 = 682.857 mm Chiều cao khối ứng suất chữ nhật Chiều cao vùng bê tông chòu nén 92.28 8.0 136.23 1 === β a c < h f = 180 mm Vậy trục trung hòa đi qua cánh Mô men kháng tính tóan M r = φ M n =       −××××× 2 '85.09.0 a dsfcba NmmM r 3 1093.706 2 316.23 857.682351700136.2385.09.0 ×=       −×××××= M r = 706.93 KNm M u =688.465 < M r = 706.93 KNm - Kiểm tra lượng cốt thép đã dùng + Lượng cốt thép tối đa + Hàm lượng cốt thép tối thiểu SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương mm F yF d i ii 143.117 14 220216041004404 . 1 = ×+×+×+× == mm bcf fA a ys 136.23 17003585.0 4202786 '85.0 . = ×× × = ×× = 42.00424.0 857.6828.0 136.23 . 1 <= × == ds a ds c β 3 min 105.2 420 35 03.0 ' 03.0 − ×=×== y c f f ρ 3 10153.6 452800 2786 − ×=== A A s ρ Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang Thõa mãn Kết luận : Lượng cốt thép bố trí hợp lý III) XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: Tính toán mômen và lực cắt tại vò trí bất kỳ. Vẽ đường ảnh hưởng mômen , lực cắt . +Chiều dài nhòp :l = 8 m +Chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt từ 0 đến 10 , mỗi đoạn dài 0.8 m D.a.h M i D.a.h Q i ( ) 2 kk M xlx −× = ω ( ) l xl k Q × − = 2 2 1 ω ( ) l xxl kk Q × −− = 2 22 ω Các công thức tính toán giá trò mômen , lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường độ : Các công thức tính toán giá trò mômen , lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn sử dụng : ( ) ( )( ){ } MMLMdwdci wIMkLLLLmgwwM ×+×××+××+×+××= 10.10.10.10.10.1 Trong đó : W dw ,W dc : Tónh tãi rãi đều và trọng lượng bản thân của dầm (kNm) W m :Diện tích đường ảnh hưởng mômen tại mặt cặt thứ i . W Q :Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt . W IQ :Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh hưởng lực cắt . LL M :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h mômen tại mặt cắt thứ i . LL Q :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt tại mặt cắt thứ i . mg M ,mg Q :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen , lực cắt . SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương )({ ( ) [ ] } M iMLMdwdci wIMkLLLLmgwwM ×+××+++×= 111 )({ ( ) [ ] } iQQLQQdwdci wIMLLkLLmgwwwQ ×+×××+×+××+×= 175.175.15.125.1 η )({ ( ) [ ] } iQQLQQdwdci wIMkLLLLmgwwwQ ×+××++×+×= 11 ⇒×=>×= −− 3 min 3 105.210153.6 ρρ Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang LL L :=9,3kn/m : tải trọng làn rải đều . (I+IM):Hệ số xung kích , lấy bằng công thức η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác đònh bằng công thức η = η d x η R x η l > 0,95 Với đường quốc lộ và trạng thái giới hạn cường độ I: η d=0,95 η R= 1,05 η l =0,95 Với trạng thái giới hạn sử dụng η =1 Bảng giá trò mômen: Xi (m) α )( 2 m M ω LL M truck (KN/m) LL M tandem (KN/m) M cd (KNm) M sd (KNm) 0.8 0.1 2.88 50.42 50.328 260.5872 168.0054 1.6 0.2 5.12 47.82 49.776 459.292 296.2858 2.4 0.3 6.72 44.466 48.95 596.1303 384.8508 3.2 0.4 7.68 40.358 47.85 671.1093 433.7047 4 0.5 8 36.25 46.75 688.4655 445.3958 Biểu đồ bao mô men Bảng giá trò lực cắt X(m ) L i (m) Q1 ω (m 2 ) Q ω (m 2 ) LL Q truck (KN/m) LL Q tande m (KN/m) Q cd (KN) Q sd (KN) 0 8 4 4 53.02 50.88 349.333 3 225.687 8 0.8 7.2 3.24 3.2 56.532 56.152 294.663 189.690 9 1.6 6.4 2.56 2.4 60.182 62.588 247.232 158.048 SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang 5 8 2.4 5.6 1.96 1.6 64.484 69.376 199.014 7 125.933 1 3.2 4.8 1.44 0.8 66.596 80.36 155.846 8 96.8549 6 4 4 1 0 72.5 93.5 111.175 9 66.8727 5 Biểu đồ bao lực cắt Tính tóan trạng thái giới hạn sử dụng - Kiểm sóat nứt : Tại một mặt cắt bất kỳ tùy thộc vào giá trò nội lực bê tông có thể bò nứt hay không. Vì thế để tính tóan kiểm sóat nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bò nứt hay không Để tính tóan xem mặt cắt có bò nứt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặt cát ngang là tuyến tính và tính ứng suất kéo f’ c của bê tông Mặt Cắt Ngang Tính Toán Diện tích mặt cắt ngang ( ) ( ) 2 8.452816300210180210180800170059.186 mmA g =×+×−−+×= Xác đònh vò tí trục trung hòa SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang ( ) ( ) mmy t 1645.583 8.452816 1053002103525.45818021029.186800705.70659.1861700 = ××+××−−+×× = Mô men quán tính tiết diện nguyên ( ) 2 2 3 1645.583 2 3525.458 2103525.4581801645.583705.70659.1861700 12 59.1861700       −+××+−××+ × = g I ( ) ( ) 410 2 33 103467.21051645.583210300 12 180300 12 3525.458180 mm×=−××+ × + × + Tính ứng suất kéo của bê tông MPay I M f t g a c 068.111645.583 103467.2 103958.445 10 6 =× × × == Cường độ chòu kéo khi uốn của bê tông MPaff cf 727.33563.0'63.0 =×=×= fc ff ×>→ 8.0 Vậy mặt cắt sẽ bò nứt Xác đònh khả năng chòu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng ( )           × = y c sd f Ad Z f 6.0;min 3 1 d c = 40mm : chiều cao phần bê tông tính từ thớ chòu kéo ngoài cùng cho tới tâm thanh gần nhất A : diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thép chủ chòu kéo Z : thông số bề rộng vết nứt , trong điều kiện bình thường Z = 30000 N/mm ( ) ( ) )(7143.11 206623061830 2 181818) 3 6 18(5.02 2 6 1866230 2 18 3018 2 cmdyy y a a === ×+××−++×       +×++××+       +×××−+×× = ξ ξ ξ Giải phương trình bật 2 ta tìm được ξ = 13.17 (mm) Khi đó diện tích phần bê tông bọc cốt thép cần tìm: dt a =30 × 18 + 6 2 + (30 – 2 × 6)×6 + 20×ζ = 707.706 cm 2 A = dt a /14 = 50.55043 (cm 2 )= 505.5043(mm 2 ). SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT GVHD: B Thanh Quang 300 117.143 180 60 Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép: Tính diện tích tương đương của tiết diện khi bò nứt. E s =2×10 5 Mpa Mpa f c c c 202.29910352400043.0043.0 5,1 ' 5,1 =××=××=Ε γ 6 202.29910 102 5 =       × ⇒       = c s E E n Xác đònh vò trí trục trung hòa dựa vào phương trình momen tónh với trục trung hòa bằng không. ⇒ y = 678.327 (mm) Tính ứng suất trong cốt thép: ( ) a a s I dyM nf 1 −× ×= Tính mô men quán tính của tiết diện khi bò nứt: ( ) ( ) MPaf s 931.180143.117327.678 8385855887 102396.445 6 6 =−× × ×=⇒ ( ) ( ) ⇒=<= MPafMPaf sas 252931.180 Đạt IV ) Tinh độ võng Xác đònh vò trí bất lợi của xe tải thiết kế: SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương ( ) ( ) ( ) 7143.1127866 2 )800( 800200 2 59.186 80020170059.1860 )( 2 )() 2 ()(0 2 1 −××− − ×−×+       −−×−×= −××− − ×−×+−−×−×== y y yy dyAn yh yhb h yhbbhS sw f wf ( ) ( ) ( ) ( ) )(8385855887)(5887.838585 7143.118327.6786.276 12 327.6788018 2 659.18 8327.678018170659.18 12 659.1820170 ).(. 3 ).( ) 2 ).(.( 12 ).( 44 2 3 2 3 2 1 3 2 3 mmcmI dyAn yhb h yhbbh hbb I cr s w f wf fw cr == −××+ −× +       −−×−×+ ×− = −+ − +−−−+ − = [...]... 671.289 (mm) +s (mm) : Bước cốt thép đai + β : Hệ số chỉ khả năng của b tông bò nứt chéo truyền lực kéo + φ : Góc nghiêng của ứng xuất nén chéo + β , φ : Được xác đònh bằng cách tra đồ thò và tra bảng + α : Góc nghiêng của cốt thep ngang với trục dọc, bố trí cốt thép đai vuông góc với trục dầm nên α = 900 + φ : Hệ số sức kháng cắt, với b tông thường φ =0,9 +Av: Diện tích cốt thép bò cắt trong cự li... chòu kéo có thể uốn cong qua thân dầm và kết thúc trong dầm bê tông chòu nén với chiều dài triển khai l d tới mặt cắt thiết kế hoặc có thể kéo dài liên tục lên mặt đối diện cốt thép BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT Quang GVHD: B Thanh VI ) TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT Biểu thức kiểm toán ϕ Vn >Vu Vn: Sức kháng danh đònh , được lấy bằng giá trò nhỏ hơn của Vn =Vc +Vs... s(mm) +Vs: Khả năng chòu lực cắt của cốt thép (N) +Vc: Khả năng chòu lực cắt của b tông (N) +Vu: Lực cắt tính toán (N) Kiểm tra điều kiện chòu lực cắt theo khả năng chòu lực của bê tông vùng nén : +Xét mặt cắt cách gối một khoảng dv= 671.289 (mm) Xác đònh nội lực trên đường bao bằng phương pháp nội suy: Vu = 303.459 (KN) SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT Quang GVHD: B Thanh Mu= 218.662... 800 l V ) VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU Tính toán mômen kháng tính toán của Kết quảtính toán được thể hiện trong bảng sau: Số lần cắt Số thanh còn lại Diện tích As còn lại(mm2) 0 14 2786 1 2 3 4 12 10 8 6 2388 1990 1592 1194 d1(cm) 117.14 3 85.714 62.857 48.571 25.714 a(cm) Vò trí trục trung hòa Mr (KNm) 23.136 Qua cánh 706.9396 19.831 16.526 13.221 9.9156 Qua cánh Qua cánh Qua cánh Qua cánh 635.81 548.278... điểm cách lý thuyết Điểm cắt lý thuyết là điểm mà tại đó theo yêu cầu về uốn không cần cốt thép dài hơn Để xác đònh điẻm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen tính toán Mu và xác đònh điểm giao biểu đồ Φ Mn Xác đònh điẻm cắt thực tế Từ điểm cắt lý thuyết này cần kéo dài về phái mômen nhỏ hơn 1 đoạn là SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT Quang GVHD: B Thanh ll.Chiều dài ll lấy bằng... ll = 685 (mm) Đồng thời chiều dài này cũng không nhỏ hơn chiều dài phát triển l d Chiều dài ld gọi là chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực, đó là đoạn mà cốt thép dính bám với bê tông để nó đạt được cường độ như tính toán Chiều dài khai triển ld của thanh kéo được lấy như sau: Chiều dài triển khai cốt thép kéo l d , phải không được nhỏ hơn tích số chiều dài triển khai cốt thép kéo cơ bản... khai cốt thép kéo không được nhỏ hơn 300 (mm) Chiều dài triển khai cốt thép cơ bản l db (mm) được sử dụng với cốt thép dọc sử dụng trong bài là thép số 19 l db = 0.02 × Ab × f y f c' = 0.02 × 199 × 420 35 = 282.552(mm) Đồng thời ldb ≥ 0.06 x db x fy = 0,06 x 15.9 x 420 = 400.68 (mm) Trong đó : Ab = 199: Diện tích của thanh số 16 (mm2 ) fy : 420 MPa: Cường độ chảy được quy đònh của các thanh cốt thép. .. 38.98560 Tra bảng được β = 1.966 Khả năng chòu lực cắt của bê tông v c = 0.083 × β × f ' c × d v × bv = 0.083 × 1.966 × 35 × 180 × 671.289 = 116648.0986 N Yêu cầu về khả năng chòu lực cắt cần thiết của cốt thép: Vs =Vn-Vc = 303.459 × 10 3 − 116648.0986 = 22052.568 N 0.9 Khoảng cách bố trí cốt thép đai lớn nhất: SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT Quang smax = Α×f y y GVHD: B Thanh × d v... chảy quy đònh với cốt thép đai θ = 38.98560 : Góc nghiên với ứng suất kéo nén chéo dv = 671.289 (mm) Vs = 220528.568 (N) Av: diện tích cốt thép đai (mm2) Chọn cốt thép đai thanh số 10, đường kính danh đònh d = 9.5 (mm), diện tích mặt cắt ngang cốt thép đai là: Av =142 Vậy ta tính được s max = 142 × 420 × 671.289 × cot g 38.9856 = 224.3036 220528.568 Ta chọn khoảng cách bố trí cốt thép đai s = 200 (mm)... S ≤ 600 (mm) →thõa mãn Kiểm tra điều kiện đảm bảo cho cốt thép dọc không bò chảy dưới tác dụng tổ hợp của momen, lực dọc trục và lực cắt: Khả năng chòu cắt của cốt thép đai: Av × f y × d v × cot gθ V s = s 142 × 420 × 671.289 × cot g ( 38.9856 ) = 200 = 247326.7835( N ) Α×f s y = 1194 × 420 = 501480( N ) SVTH : Nguyễn Huỳnh Chương Thiết kế môn học : KCBTCT Quang GVHD: B Thanh Μ V  +  u − 0.5 × Vs