Đang tải... (xem toàn văn)
Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian thi công. Tuy nhiên, trong phạm đồ án này chỉ tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng cơ bản.Trình tự thiết kế các bộ phận:1.Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu: Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đổi dọc theo chiều dòng chảy. Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng. Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp.2.Xác định tải trọng các dụng:Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt và tính độ võng.Tải trọng tính toán : qtt = qc.nt (với nt là hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn I : Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt đai và cốt xiên (nếu cần).3.Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kết cấu.4.Tính toán và bố trí thép:
Đinh Ngọc Ân ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ. Số liệu riêng: Số liệu Chiều dài L (m) Bề rộng B (m) Hmax (m) Mác bê tông Nhóm thép Số nhịp 24 26 3.3 1.9 M200 CII 6 1 2 3 Hình 1 – Mặt cắt dọc cầu máng 1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Nối tiếp Hình 2 – Mặt cắt ngang máng 1 - Lề người đi 2 – Vách máng 3 – đáy máng 4 – Dầm đỡ dọc máng 5 – Khung đỡ (không tính toán trong đồ án) 1 Đinh Ngọc Ân B δ H 1 2 3 4 5 Số liệu chung: Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng: δ = 0,5m Tải trọng gió: q g = 1,2 kN/m 2 Gió đẩy: Hệ số k gió đẩy = 0,8 Gió hút: Hệ số k gió hút = 0,6 Cầu máng thuộc công trình cấp III Dung trọng bê tông: γ b = 25 kN/m 3 Bề rộng vết nứt giới hạn: a ngh = 0,24 mm Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500 Tải trọng người đi:q ng =200 kG/m 2 = 2 kN/m 2 Từ các số liệu đã cho , tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta có: K n =1,15; R n = 90 daN/cm 2 ; R k =7.5 daN/cm 2 ; R k c = 11.5daN/cm 2 ;R n c = 115 daN/cm 2 ; m b = 1; m b4 =0,9; m a =1,1; R a = R ’ a = 2700 daN/cm 2 ; α 0 = 0,6 ; A 0 = 0,42 ;E a = 2.100.000 daN/cm 2 ; E b = 2.4.10 5 daN/cm 2 ; n=E a /E b = 8,75 ; µ min = 0,1 % ; 2 Đinh Ngọc Ân B. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian thi công. Tuy nhiên, trong phạm đồ án này chỉ tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng cơ bản. Trình tự thiết kế các bộ phận: 1. Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu: Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đổi dọc theo chiều dòng chảy. Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng. Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp. 2. Xác định tải trọng các dụng: Tải trọng tiêu chuẩn q c dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt và tính độ võng. Tải trọng tính toán : q tt = q c .n t (với n t là hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn I : Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt đai và cốt xiên (nếu cần). 3. Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kết cấu. 4. Tính toán và bố trí thép: 3 Đinh Ngọc Ân Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có M max . Đối với các bộ phận kết cấu dạng bản lề (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m Kiểm tra và tính toán cốt ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần ) tại cá mặt cắt có Q max theo phương pháp trạng thái giới hạn. 5. Kiểm tra nứt: Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có M max . Với những mặt cắt không cho phép xuát hiện khe nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục. Với những mặt cắt cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu a n < a ngh , nếu a n >a ngh , đưa ra giải pháp khắc phục. 6. Tính đọ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l]. Nếu f/l >[f/l] thì đưa ra giải pháp khắc phục. I. LỀ NGƯỜI ĐI. 1.1. Sơ dồ tính toán Cắt 1m dài lề người đi theo chiều dọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề là 1m. Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm 80 cm 8 12 80 cm 4 Đinh Ngọc Ân Hình 1.1 – Sơ đồ tính toán lề người đi. 1.2. Tải trọng tác dụng. Do điều kiện làm việc của lề người đi, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề bao gồm: a. Trọng lượng bản than (q bt ): q c bt = γ b .h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m. b. Tải trọng người (q ng ): q c ng = 2.1m = 2kN/m. Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi : q = n bt .q c bt + n ng .q c ng = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m. Trong đó: n bt = 1,05; n ng = 1,2 – hệ số vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người đi theo TCVN 4116-85. 1.3. Xác định nội lực q = 5,025 kN/m M Q - kNm kN 1,6084,02 Hình 1.2 – Biểu đồ nội lực lề người đi. 1.4. Tính toán và bố trí cốt thép. a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc. 5 Đinh Ngọc Ân Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt có mô mêm uốn lớn nhất (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm, h 0 = h – a = 8cm. A = 2 0nb cn h.b.R.m M.n.k = 2 1,15.1.16080 1.90.100.8 = 0,032 A = 0,032 < A 0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = 1 - A21− = 1 - 1 2.0,032− = 0,033. F a = aa 0nb R.m .h.b.R.m α = 1.90.100.8.0,033 1,1.2700 = 0.79 cm 2 > µ min bh 0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm 2 . Chọn và bố trí cốt thép chịu lực : 5ϕ8/1m ( 2,51 cm 2 ) theo phương vuông góc với phương dòng chảy. Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực :4ϕ8/1m (2,01 cm 2 ). b. Tính toán và bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang tại mặt cắt có Q max = 4,02kN = 402 daN. k 1 .m b4 .R k .b.h 0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN. k 1 = 0,8 đối với kết cấu bảng. k n .n c .Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN. k n .n c .Q < k 1 .m b4 .R k .b.h 0 => Không cần đặt cốt ngang. 6 Đinh Ngọc Ân φ 8 a=200 a=250 φ 8 Hình 1.3 – Bố trí thép lề người đi. II. Vách máng 2.1. Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều dài máng, vách máng được tính toán như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm dọc. Chiều cao vách: H v = H max + δ = 1,9 + 0,5 = 2,4 m. δ - độ vượt cao an toàn , lấy δ = 0,5 m. Bề dày thay đổi dần : h v = 12 ÷ 20 cm. 7 Đinh Ngọc Ân 2,4 12 cm 20 Hình 2.1 – Sơ đồ tính toán vách máng 2.2. Tải trọng tác dụng. Do điều kiện làm việc cảu vách máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách bao gồm các tải trọng sau: - Mô men trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng - Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M bt - Áp lực nước tương ứng vơi H max : q n - Áp lực gió ( gồm gió đẩy và gió hút ): q gđ và q gh Các tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng. a. Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : M bt , q gđ (gió đẩy, trong máng không có nước và không có người đi trên lê). 8 Đinh Ngọc Ân c bt M = 2 L.q 2 l c bt = 8,0 2 8.0.5,2 2 = kNm; M bt = n bt . c bt M = 1,05.0,8 = 0,84 kNm. q c gđ = k gđ .q g .1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m. q gđ = n g . q c gđ = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m n g = 1,3 – hệ số vượt tải của gió. c gd M = 2 2 . 0,96.2,4 2 2 c gd v q H = = 2,765 kNm. M gđ = 2 2 . 1,248.2,4 2 2 gd v q H = = 3,594 kNm. b. Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : M bt , M ng , q gh ,q n ( gió hút, trong máng có nươc chảy qua với mực nước H max và trê lề có người đi) c bt M = 0,8 kNm và M bt = 0,84 kNm đã tính ở trường hợp căng ngoài. c ng M = 2 8,0.2 2 L.q 2 2 l c ng = = 0,64 kNm; M ng = n ng . c ng M = 1,2.0,64 = 0,768 kNm. q c nmax = k đ γ n H max 1m = 1,3.10.1,9.1 = 24,7 kN/m; q nmax = n n .q c nmax = 1.24,7 = 24,7 kN/m. 6 H.q M 2 max c max.n c n = = 2 24,7.1,9 6 = 14,861 kNm; M n = 6 H.q 2 maxmax.n = 2 24,7.1,9 6 =14,861kNm. 9 Đinh Ngọc Ân q c gh = k gh .q g .1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m; q gh = n g . q c gh = 1,3. 0,72 = 0,936 kN/m. 2 2 . 0,72.2,4 2 2 c gh v c gh q H M = = = 2,074 kNm; M gh = 2 2 . 0,936.2,4 2 2 gh v q H = = 2,696 kNm. K đ - là hệ số động, lấy k đ = 1,3. TH căng ngoài TH căng trong Hình 2.2 – Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3. Xác định nội lực. a. Trường hợp căng ngoài. 10 q = 1,248 kN/m gd M = 0,84 kNm bt M = 0,84 kNm bt ng M = 0,768 kNm H max q = 0,936 kN/m gh q = 24,7 kN/m nmax [...]... nmaxkN Hình 2.4 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng trong 2.4 Tính toán và bố trí cốt thép a Tính toán và bố trí cốt thép dọc: Tính toán và bố trí thép dọ chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mô men uốn lớn nhất ( mặt cắt ngàm ) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm Chọn a = 2 cm, h0 = h – a = 18cm 1 Trường hợp căng ngoài : M = 2,754 kNm... Mgh đã được tính toán ở phần vách máng Mcgđ = 2,765 kNm; Mgđ = 3,594 kNm Mcgh = 2,074 kNm; Mgh = 2,696 kNm 6 Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống: Mcng; Mng đã tính ở phần thiết kế lề người đi Mcng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm 3.3 Xác định nội lực 18 Đinh Ngọc Ân Tra các phụ lục 18, 21 trang 167 và 179 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép, vẽ biểu đồ nội lực ứng với từng tải trọng tác dụng lên máng, ... IV DẦM ĐỠ GIỮA 4.1 Sơ đò tính toán Đáy máng bố trí 3 dầm đỡ bao gồm 2 dầm bên và 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 đỡ giữa Do vậy, ta có thể tính toán và bố trí cốt thép cho dầm giữa, bố trí thép tương tự cho 2 dầm bên Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng Sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa Chiều dài... tông cốt thép, vẽ biểu đồ nội lực ứng với từng tải trọng tác dụng lên máng, sau đó tổ hợp lại thành các trường hợp tải trọng gây bất lợi nhất cho ba mặt cắt cần tính toán và bố trí thép : mặt cắt sát vách, mặt cắt giữa nhịp và mặt cắt trên gối giữa a Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề người đi truyền xuống (qđ, Mbt): M 0 = M 2 = M bt =-0,84 kNm M 1 = M g... máng bao gồm các tải trọng sau : 1 Tải trọng bản thân đáy máng : qcđ= γb.hđ.1m = 25.0,25.1 = 6,25 kN/m; qđ = nbt qcđ = 1,05.6,25 = 6,563 kN/m 2 Tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống: M c = 0,8 kN/m; Mbt = 0,84 kNm đã tính ở phần vách máng bt 3 Áp lực nước ứng với cột nước Hmax: 17 Đinh Ngọc Ân qcnmax = 24,7 kN/m; qnmax = 24,7 kN/m Mcnmax = 14,861 kNm; Mnmax = 14,861 kNm đã tính ở phần thiết. .. 7.(4 - 100 µ) d an2 = k.c2.η 15 σ a1 − σ 0 Ea σa 2 − σ0 Ea 7.(4 - 100 µ) d Đinh Ngọc Ân k – hệ số lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn hạn, bằng 1,3 với tải trọng dài hạn n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy bằng 1 với thép có gờ µ= Fa 5, 65 = = 0,00314 bh 0 100.18 σa1 = σa2 = c M dh Fa Z1 c M ngh Fa Z1 = 156610... 0,85.18 = 15,3 cm với η = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH THủy Lợi an1= 1.1,3.1 an2= 1.1.1 1811, 67 − 200 7.(4 − 100.0, 00314) 12 = 0,089 mm 2,1.106 313,957 − 200 7.(4 − 100.0, 00314) 12 = 0,0049 mm 2,1.106 an = 0,089 + 0,0049 = 0,0939 mm < angh = 0,24 mm Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế III ĐÁY MÁNG 3.1 Sơ đò tính toán Cắt 1m dài đáy máng vuông góc với chiều dòng... 4.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc của dầm đỡ giữa, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên dầm bào gồm các tải trọng sau : 1 Tải trọng bản thân: qcd = γb.Fd.1m = 25.[(0,8-0,25).0,3 + 1,65.0,25] = 14,438 kN/m qd = nd.qcd = 1,05.14,438 = 15,16 kN/m 2 Tải trọng nước ứn với Hmax: 32 4,3 m Đinh Ngọc Ân qcn = k®.γn.B/2.Hmax = 1,3.10.1,65.1,9 = 40,76 kN/m qn = nn.qcn = 1.40,76 = 40,76 kN/m Tải trọng. .. tựa là các dầm đỡ dọc 16 Đinh Ngọc Ân Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau Chiều dày bản đáy : hđ = 25 cm B = 3,3 m Bề rộng đáy máng : B = 3,3 m 25 cm 20 Chiều dài nhịp: l= B + 2h 3 − b d 3,3 + 2.0, 2 − 0,3 = 2 2 =1,7 m Chọn sơ bộ bề rộng dầm đỡ: bd = l = 1,7 m 30 1,7 m Hình 3.1 – Sơ đồ tính toán đáy máng 30cm 3.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc cảu đáy máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác... 7 1, 7 ( α tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT) Mgh 2,696 kNm = Mgd= 3,594 kNm 2,696 0,213 M kNm 1,691 1,454 + + 3,594 2,25 Q kN Các trường hợp tải trọng gây ra nội lực bất lợi nhất tại ba mặt cắt cần tính toán bao gồm: 1 TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách : 25 Đinh Ngọc Ân Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax có người đi trên lề bên trái hoặc cả 2 bên và có gió thổi . ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ. Số liệu riêng: Số liệu Chiều dài L (m) Bề rộng B (m) Hmax (m) Mác bê tông Nhóm thép Số nhịp 24 26. tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng cơ bản. Trình tự thiết kế các bộ phận: 1. Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu: Cầu máng là kết cấu không. µ min = 0,1 % ; 2 Đinh Ngọc Ân B. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian