thiết kế kỹ thuật phương án chọn

thiết kế kỹ thuật phương án chọn

Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Chương 8 Thiết kế kó thuật phương án chọn 1 Số liệu xuất phát. 1.1 Đặc trưng vật liệu. 1.1.1Bê tông. a. Bản sàn. Bê tông sử dụng là bê tông M300 đá 1× 2 với các đặc trưng cơ học: Modul đàn hồi E b =290000 KG/cm 2 . Cường độ chòu nén tính toán R n = 130 KG/cm 2 . Cường độ chòu kéo tính toán R k = 10KG/cm 2 . b. Dầm khung. Bê tông sử dụng là bê tông M300 đá 1×2 với các đặc trưng cơ học: Modul đàn hồi E b =290000 KG/cm 2 . Cường độ chòu nén tính toán R n =130 KG/cm 2 . Cường độ chòu kéo tính toán R k = 10KG/cm 2 . 1.1.2Cốt thép. Cốt thép sử dụng là cốt thép gờ AIIl có các đặc trưng cơ học như sau: Modul đàn hồi E a = 2100000 KG/cm 2 . Cường độ chòu kéo tính toán R a = 3400 KG/cm 2 . Cường độ chòu nén tính toán R a ' = 3400 KG/cm 2 . 1.2 Tính cốt thép theo trạng thái giới hạn I (độ bền). 1.2.1Tính cốt dọc theo tiết diện chữ nhật. Đối với phần tử dầm chòu uốn mà cánh của dầm nằm trong vùng chòu kéo thì nó sẽ làm việc như tiết diện chữ nhật nhỏ (b×h). Ta áp dụmg các công thức tính toán cốt thép: 2A-1-1 == α 2 0 hbR M A n ♦ Nếu α < α 0 tiết diện đã chọn là hợp lý cấu kiện không bò phá hoại dòn. 0 0 .hb F R bhR F att a n att == µ α 130 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn ♦ Nếu µ ≥ µ min = 0.05% lấy Fa = F att . ♦ Nếu µ < µ min = 0.05% lấy Fa =µ min .b.h 0 . 1.2.2Tính cốt dọc theo tiết diện chữ T. Đối với phần tử dầm chòu uốn mà cánh nằm trong vùng nén nó sẽ làm việc theo tiết diện chữ T. Xét moment M c là moment khi trục trung hòa qua mép dưới của cánh. Nếu moment tính toán M > M c thì tiết diện làm việc của dầm là tiết diện chữ T ngược lại dầm làm việc theo tiết diện chữ nhật lớn (b' c ×h). Các công thức tính cốt thép: M c = R n .b' c .h' c (h 0 - h' c /2) ♦ Nếu M  M c : Trục trung hòa qua cánh, tiết diện hình chữ nhật lớn b' c ×h. ♦ Nếu M > M c : Trục trung hòa qua sườn, tiết diện là chữ T. ♦ Ứng với trường hợp tiết diện chữ T ta có các công thức tính toán cốt thép: A hbR h hhbbRM A n c ccn 211 ) 2 ' .(').'.( 0 0 −−=; −−− = α ♦ Nếu α < α 0 tiết diện đã chọn là hợp lý cấu kiện không bò phá hoại dòn. 0 0 . )'('. hb F R bbhRbhR F att a ccnn att =; −+ = µ α ♦ Nếu µ ≥ µ min = 0.05% lấy Fa = F att . ♦ Nếu µ < µ min = 0.05% lấy Fa =µ min .b.h 0 . 1.2.3Tính cốt ngang. ♦ Chọn đai 4 nhánh (n = 4). Q .b.h1.5.R u Q .n.f.R.b.h8.R u 2 0k max 2 đad 2 0k tt = = u ct = min (h/3, 300) nếu h  450mm u ct = min (h/2, 150) nếu h  300mm ♦ Khoảng cách các đai u lấy bằng: u = min(u tt , u max , u ct ) 1.3 Tính cốt thép theo trạng thái giới hạn II (biến dạng). Bề rộng khe nứt an(mm) tính toán theo công thức sau: 131 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn d E cka a a n ).1004(7 µ σ η −= Hệ số xét loại cấu kiện k = 1 nếu là cấu kiện chòu uốn và nén lệch tâm; đối với cấu kiện chòu kéo k = 1.2 Hệ số xét tính chất tác dụng của tải trọng c = 1 đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn, c = 1.3 nếu là tác dụng dài hạn. Hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép η: Đối với thanh thép có gơ øη= 1 Đối với thép sợi có gờ hoặc dây bện η = 1.2 Đối với thép thanh tròn trơn η = 1.3 Đối với sợi thép trơn η = 1.4 Hàm lượng cốt thép p(%) tính theo công thức: %2%100 . %100 0 ≤== hb F F F p a b a Đường kính cốt thép trung bình d(mm): ∑ ∑ = nd nd d i i . . 2 Modul đàn hồi của cốt thép E a = 2100000 KG/cm 2 . Ứng suất trong cốt thép σ a tính theo công thức: 1 .ZF M a a = σ Z 1 : Khoảng cách từ tâm cốt thép kéo đến điểm đặt hợp lực của vùng nén: z = h o – 0.5x x = bRm FRm nb aaa (cm) 1.4 Kết quả tính toán. Diện tích cốt thép Fa được chọn phải bảo đảm: ♦ F a > F att : Để đảm bảo điều kiện bền của cấu kiện. ♦ F a đảm bảo cho bề rộng khe nứt a n  [a n ] [a n ]=k.a (mm) k=1.6: hệ số phụ thuộc cấp công trình (cấp 3) a =0.05mm,tra bảng 20 (Bê tông thủy công) [a n ]= 1.6x0.05 =0.08 mm 132 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn 2 Tính cốt thép bản sàn. 2.1 Số liệu tính toán. Từ kết quả giải bằng phần mềm Sap 2000 cho nội lực bản sàn như sau: M 11max = 4.56Tm M 11min = -5.44Tm M 22max = 3.57Tm M 22min =- 6.62Tm 2.2 Kết quả tính BTCT bản. 2.2.1Theo phương cạnh ngắn L a . Chọn a bv = 5cm => h 0 = h – a bv = 35 – 5 = 30 cm Với: h là chiều dày bản BTCT. ♦ Tại gối : A = 2 0 hbR M n = 2 30.100.130 544000 = 0.046 α = 1- A21 − = 1- 046.021 x − = 0.047 Fa = Ra hbR n 0 . α = 3400 30100130047.0 xxx = 5.39 cm 2 . µ = 0 .hb Fa x100= 30100 39.5 x x100 = 0.149% Chọn thép: φ12a200 thép AlII; Fa = 5.655cm 2 ♦ Tại nhòp : A = 2 0 hbR M n = 2 30.100.130 456000 = 0.038 α = 1- A21 − = 1- 038.021 x − = 0.039 Fa = Ra hbR n 0 . α = 3400 30100130039.0 xxx = 4.47 cm 2 . µ = 0 .hb Fa x100= 30100 47.4 x x100 = 0.149% Chọn thép:4φ12,Fa=4.52cm 2 ,theo cấu tạo chọn φ12a200 thép AIIl,Fa=5.655 cm 2 . 2.2.2Theo phương cạnh dài L b . ♦ Tại gối : A = 2 0 hbR M n = 2 30.100.130 662000 = 0.06 133 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn α = 1- A21 − = 1- 06.021 x − = 0.061 Fa = Ra hbR n 0 . α = 3400 30100130061.0 xxx = 6.99 cm 2 . µ = 0 .hb Fa x100= 30100 99.6 x x100 = 0.233% Chọn thép: 7φ12 thép AIlI; Fa = 7.91 cm 2 ♦ Tại nhòp : A = 2 0 hbR M n = 2 30.100.130 357000 = 0.03 α = 1- A21 − = 1- 03.021 x − = 0.031 Fa = Ra hbR n 0 . α = 3400 30100130031.0 xxx = 3.55 cm 2 . µ = 0 .hb Fa x100 = 30100 55.3 x x100 = 0.12% Chọn thép:4φ12,Fa=4.52cm 2 ,theo cấu tạo chọn φ12a200 thép AIIl,Fa=5.655 cm 2 . 2.2.3Tính toán bản BTCT theo trạng thái giới hạn II (theo điều kiện sự hình thành và mở rộng vết nứt). Tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt cần đảm bảo bề rộng vết nứt: a t < [a t ] = 0.08mm Tính toán bề rộng vết nứt theo công thức sau: d E cka a a n ).1004(7 µ σ η −= Trong đó : k = 1: cấu kiện chòu uốn nén lệch tâm C d : Hệ số phụ thuộc tải trọng tác động, với tải tác động dài hạn C d = 1.3 η = 1: Thép có gờ. d : Đường kính cốt thép. p = 100µ = 100Fa/b.h 0 σ a : ng suất trong kết cấu chòu kéo: 1 .ZF M a a = σ 134 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn z 1 = h o – 0.5x , x = bRm FRm nb aaa (cm) KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỐT THÉP BẢN M (Tm) Số lượng Φ mm Fa cm 2 a bv cm h 0 cm x cm z 1 cm σ kg/cm 2 a n mm M M 11 + 4.56 5 12 5.65 5 30 1.47 29.26 2758 0.157 M M 11 - 5.44 5 12 5.65 5 30 1.47 29.26 3290 0.188 M M 22 + 3.57 5 12 5.65 5 30 1.47 29.26 2159 0.123 M M 22 - 6.62 7 12 7.91 5 30 2.06 28.96 2889 0.162 M 11 : momen theo phương cạnh ngắn. M 22 : momen theo phương cạnh dài. Tiết diện không đảm bảo an toàn vết nứt, ta chọn lại. M (Tm) Số lượng Φ mm Fa cm 2 a bv cm h 0 cm x cm z 1 cm σ kg/cm 2 a n mm M M 11 + 4.56 10 12 11.3 5 30 2.95 28.5 1414 0.077 M M 11 - 5.44 10 16 20.09 5 30 5.25 27.37 989.2 0.057 M M 22 + 3.57 10 12 11.3 5 30 2.95 28.52 1107 0.06 M M 22 - 6.62 10 16 20.09 5 30 5.25 27.37 1203.8 0.069  Vậy tiết diện đảm bảo an toàn vết nứt. 3 Tính toán cốt thép cho dầm ngang. Từ kết quả giải khung ngang cầu chính bằng phần mềm Sap 2000 cho nội lực như sau: 135 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn M max = 51.32Tm M min = -98.41Tm Q min = -43.38T 3.1 Tính toán cốt thép . 3.1.1 Cốt thép chòu moment âm (ở gối),tính theo tiết diện chữ nhật nhỏ: (b×h) M = 98.41Tm = 9841000 Kgcm Chọn a bv = 5cm => h o = 110 – 10 = 100cm A = 2 0 hbR M n = 2 10090130 9841000 xx = 0.084 2xA-1-1 = α = 0.089 2 0 61.30 3400 10090130089.0 cm R bhR F a n att = ××× == α µ = 0 . 100 hb Fa = 0.34% > µ min = 0.05% Chọn 8φ25, Fa = 39.25 cm 2 , bố trí 2 lớp 3.1.2Cốt thép chòu moment dương (ở nhòp). M = 51.32m = 5132000 kgcm a bv = 5cm => h o = 110 – 10 = 100cm ♦ Tính theo tiết diện chữ T: Chiều rộng cánh tính toán được lấy như sau : b c = b + 2.C 1 Trong đó: C 1 là độ vươn sãi của cánh được lấy trò số bé nhất trong ba trò số sau:  Một nữa khoảng cách hai mép trong của dầm:0.5×430 = 215cm  Một phần sáu nhòp tính toán của dầm : 1/6x(450) = 75 cm  Chín lần chiều cao bản cánh: 9×35 = 315cm Vậy chọn C 1 = 75cm => b c = b + 2.C 1 = 90 + 2×75 = 240 cm M c = R n .b c ’ .h ’ c (h o – h ’ c /2) = 130×240×35(100– 35/2) = 955.5 Tm M c > M max Vậy trục trung hoà qua cánh,để an toàn ta tính với tiết diện chữ nhật nhỏ:b× h 0 A = 2 0 hbR M cn = 2 10090130 5132000 xx = 0.043 136 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn 2A-1-1 = α = 0.046 2 0 85.15 3400 10090130046.0 cm R hbR F a cn att = ××× == α µ = 0 . 100 hb Fa = 0.176% > µ min = 0.05% Chọn 6φ20 , Fa = 18.84cm 2 , bố trí 2 lớp 3.1.3Kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt. ♦ Tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt cần đảm bảo bề rộng vết nứt: a n < [a n ] = 0.08mm ♦ Tính toán bề rộng vết nứt theo công thức sau: d E cka a a n ).1004(7 µ σ η −= Trong đó : k = 1: cấu kiện chòu uốn nén lệch tâm C d : Hệ số phụ thuộc tải trọng tác động, với tải tác động dài hạn C d =1.3 η = 1: Thép có gờ. d : Đường kính cốt thép. p = 100µ = 100Fa/bh o σ a : ng suất trong kết cấu chòu kéo: 1 .ZF M a a = σ z = h o – 0.5x,với x = bRm FRm nb aaa (cm) KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN II 137 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn M (Tm) n Φ mm Fa cm 2 a bv cm h 0 cm x cm z 1 cm σ kg/cm 2 a n mm M Mmin 98.41 8 25 39.25 10 100 11.4 94.29 2658.9 0.205 M Mmax 51.32 6 20 18.84 10 100 5.47 97.2 2800.6 0.243 Dầm ngang chưa bảo đảm điều kiện mở rộng khe nứt,ta tính lại. M (Tm) n Φ mm Fa cm 2 a bv cm h 0 cm x cm z 1 cm σ kg/cm 2 a n mm M Mmin 98.41 16 28 98.47 10 100 28.61 85.69 1166.2 0.077 M Mmax 51.32 10 28 61.58 10 100 17.89 91.05 915.2 0.069 Vậy dầm ngang bảo đảm điều kiện mở rộng khe nứt. 3.2 Kiểm tra kích thước tiết diện. Tiết diện đủ kích thước khi: K n .n c .n.Q tc max < 0.25.m b .R n .b.h o Trong đó: Q tc max = 43.38T K n : hệ số tin cậy của công trình n c : Hệ số tổ hợp tải trọng với tổ hợp cơ bản n c = 1. m b : Hệ số điều kiện làm việc của bêtông m b = 1.15 n : Hệ số vượt tải: n = 1.2. 0.25.m b .R n .b.h o = 0.25×1.15×130×90×100 = 336.3 T K n .n c .n.Q tc max = 1.15×1×1.2×43.38 = 59.86 T Vậy kích thước dầm đã chọn là hợp lý, đủ khả năng chòu lực cắt. 3.3 Kiểm tra khả năng chòu lực của tiết diện nghiêng. ♦ Kiểm tra các điều kiện hạn chế: Ta có : Q max = 43.38T 138 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Q max < K 1 .R k .b.h o = 0.6×10×90×100 = 54T Q max < K 0 .R n .b.h o = 0.35×130×90×100 = 409.5T Vậy bêtông không bò phá hoại theo tiết diện nghiêng, nhưng phải đặt cốt đai cho dầm theo cấu tạo để giữa ổn đònh khung thép chòu lực. ♦ Tính toán cốt đai không đặt cốt xiên : Cốt đai đặt trong dầm xác đòmh bởi ba đại lượng, đường kính, số nhánh n, khoảng cách U. Chọn đai 4 nhánh φ12, fa = 1.13cm2, loại thép AIll => R = 0.8×3400 = 2720KG/cm 2 ♦ Khoảng cách U được lấy giá trò bé hơn 3 giá trò sau: U tt = 2 2 0 .8 . Q hbR fnR k aad = 2720×4×1.13× 2 2 43380 10090108 xxx = 468cm U < u max = 43380 10090105.1 .5.1 22 0 ××× = Q hbR k = 311cm U ct < [1/3h và 300mm] = 300mm Chọn U = 200mm ( theo cấu tạo) ♦ Tính toán cốt xiên : Q đb = 2.8×h o × bqR dk = 2.8×100× 9061310 xx = 208055KG Với q d = 20 13.142720 ×× = U fnR dad = 613KG/cm 2 Q max = 43.38T < Q db = 208.05T Vậy dầm đảm bảo khả năng chòu lực cắt không cần bố trí cốt xiên tại gối. Dầm có chiều cao110 cm nên cần bố trí cốt giá gồm 2φ20 bố trí một lớp. 4 Tính toán cốt thép cho dầm cần trục. Ta sử dụng chương trình Sap 2000 để giải ra nội lực. Dựa vào kết quả tổ hợp nội lực ta được : Môment dương lớn nhất : M max = 68.96Tm Môment âm lớn nhất : M min = -94.74 Tm Lực cắt lớn nhất : Q min = -88.33T 4.1 Tính toán cốt thép dầm cần trục . Các thông số tính toán : 139 [...]... giá gồm 2φ20 bố trí một lớp 5 Tính toán cốt thép cho dầm dọc Ta sử dụng chương trình Sap 2000 để giải ra nội lực Dựa vào kết quả tổ hợp nội lực ta được : Môment dương lớn nhất : Mmax = 33.87Tm Môment âm lớn nhất : Mmin = -29.86Tm Lực cắt lớn nhất : Qmin = -25.05T 5.1 Tính toán cốt thép dầm dọc Các thông số tính toán : 143 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Tiết diện dầm: b = 70cm, h = 90cm... kính, số nhánh n, khoảng cách U Chọn đai 4 nhánh φ12, fa = 1.13cm2, loại thép AIll => R = 0.8×3400 = 2720KG/cm2 ♦ Khoảng cách U được lấy giá trò bé hơn 3 giá trò sau: 146 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Utt = Rad n f a U < 2 8.Rk b.h0 8 x10 x 70 x82.52 = 2720×4×1.13× = 746.3cm Q2 25050 2 2 1.5.Rk b.h0 1.5 ×10 ×70 ×82.52 = = 285.2cm Q 25050 umax = Uct < [1/3h và 300mm] = 300mm Chọn U = 200mm... 0.148, β = 0.107 149 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn 6.1.2 Tổ hợp tải trọng: So sánh 4 trường hợp tải ở trên chọn ra giá trò lớn nhất: α β Trường hợp 1 0.278 0.21 Trường hợp 2 0.216 0.14 Trường hợp 3 0.163 0.18 Trường hợp 4 0.148 0.107 Giá trò Max 0.278 0.21 ♦ Xác dònh moment uốn trong bản theo phương pháp BG Galenkin: Ma = α.P Mb = β.P  Ma,Mb moment ở tấm bản theo phương La, Lb trên dải rộng... = -2.16Tm 6.2 Kết quả tính BTCT bản 6.2.1 Theo phương cạnh ngắn La 150 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Chọn abv = 5cm => h0 = h – abv = 35 – 5 = 30 cm Với: h là chiều dày bản BTCT ♦ Tại gối : A = M Rn b.h0 2 = 310000 = 0.026 130.100.302 α = 1- 1 − 2 A = 1- 1 −2 x 0.026 = 0.027 Fa = α.Rn b.h0 = Ra 0.027 x130 x100 x30 = 3.09 cm2 3400 Fa 3.09 µ = b.h x100= x100 = 0.1% 100 x30 0 Chọn thép: φ12... 0.07% 100 x30 0 Chọn thép: φ12a350 thép AII; Fa = 3.39 cm2, theo cấu tạo chọn φ12a200 ♦ Tại nhòp : 151 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn M A = Rn b.h0 = 2 132500 = 0.011 130.100.30 2 α = 1- 1 − 2 A = 1- 1 −2 x 0.011 = 0.012 Fa = α.Rn b.h0 Ra = 0.012 x130 x100 x30 = 1.375 cm2 3400 Fa 1.375 µ = b.h x100 = x100 = 0.045% 100 x30 0 Chọn thép: φ12a350 thép AII; Fa = 3.39 cm2, theo cấu tạo chọn φ12a200... tiết diện đảm bảo an toàn vết nứt 6.3 Tính toán cốt thép cho dầm dọc cầu dẫn Từ kết quả giải bằng phần mềm Sap 2000 cho nội lực như sau: Mmax = 32.08Tm 153 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Mmin = -30.03Tm Qmin = -42.6T 6.3.1 Tính toán cốt thép ♦ Cốt thép chòu moment âm (ở gối),tính theo tiết diện chữ nhật nhỏ: (b×h) M = 30.03Tm = 3003000 Kgcm Chọn abv = 5cm => ho = 100 – 7.5 = 92.5cm M 3003000... đường kính, số nhánh n, khoảng cách U Chọn đai 4 nhánh φ12, fa = 1.13cm2, loại thép AIll => R = 0.8×3400 = 2720KG/cm2  Khoảng cách U được lấy giá trò bé hơn 3 giá trò sau: 156 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Utt = Rad n f a 2 8.Rk b.h0 8 x10 x80 x90 2 = 2720×4×1.13× = 370.8cm Q2 42600 2 U < umax = 2 1.5.Rk b.h0 1.5 ×10 ×80 ×90 2 = = 240cm Q 42600 Uct < [1/3h và 300mm] = 300mm Chọn U = 200mm... trục trung hoà qua cánh,để an toàn ta tính với tiết diện chữ nhật nhỏ: b× h0 M 3387000 A = R b.h 2 = = 0.053 130 x70 x82.52 n 0 144 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn α = 1 - 1 - 2A = 0.056 Fatt = αRn bh0 Ra = µ= 0.056 ×130 × 70 ×82.5 = 12.49 3400 100 Fa b.h0 = 0.21% > cm2 µ min = 0.05% Chọn 4φ20 , Fa = 12.56cm2, bố trí 1 lớp 5.1.3 Kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt ♦ Tính toán theo điều kiện... động, với tải tác động dài hạn C d = 1.3 η = 1: Thép có gờ d : Đường kính cốt thép p = 100µ = 100Fa/bho σa : ng suất trong kết cấu chòu kéo: σa = M Fa Z 1 z = ho – 0.5x ; x = ma Ra Fa (cm) mb Rn b KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN II 141 Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn M n (Tm) Φ Fa abv h0 x z1 σ an mm cm2 cm cm cm cm kg/cm2 mm M 94.79 8 Mmin Mmax 25 39.25 10 100 11.4 94.29 2561 0.197... trọng tác động, với tải tác động dài hạn Cd = 1.3 η = 1: Thép có gờ d : Đường kính cốt thép p = 100µ = 100Fa/b.h0 σa : ng suất trong kết cấu chòu kéo: σa = M Fa Z 1 z1 = ho – 0.5x , x = 152 ma Ra Fa (cm) mb Rn b Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỐT THÉP BẢN M n (Tm) Ma+ Ma- Mb+ Mb- M ho x Z1 σ an mm cm2 cm cm cm cm kg/cm2 mm 12 5.65 5 30 1.47 29.26 1106 0.063 3.1 5 12 5.65 . Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Chương 8 Thiết kế kó thuật phương án chọn 1 Số liệu xuất phát. 1.1 Đặc trưng. Chương 8: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn 2 Tính cốt thép bản sàn. 2.1 Số liệu tính toán. Từ kết quả giải bằng phần mềm Sap 2000