Thuyết minh Bài tập lớn môn Kết cấu bê tông cốt thép

Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Mục lục Phần i: Nhiệm vụ thiết kế 2 Phần ii: thuyết minh tính toán 3 1. Sơ bộ tính toán, chọn kích thớc mặt cắt ngang dầm 3 1.1. Chiều cao dầm h 3 1.2. Bề rộng sờn dầm b w 3 1.3. Chiều dày bản cánh h f 3 1.4. Chiều rộng bản cánh b f 3 1.5. Kích thớc bầu dầm b 1 , h 1 3 1.6. Kích thớc vút b v1 , h h1 , b v2 , h h2 4 1.7. Trọng lợng bản thân dầm 4 1.8. Xác định mặt cắt ngang tính toán 4 2. Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực 5 2.1. Công thức tổng quát 6 2.2. Tính mômen M 6 2.3. Tính lực cắt V 10 3. Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa dầm 13 4. Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu 16 4.1. Lý do và nguyên tắc cắt cốt thép 16 4.2. Lập các phơng án cắt cốt thép 17 4.3. Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, vẽ biểu đồ bao vật liệu 17 5. Tính toán chống cắt 20 6. Tính toán kiểm soát nứt 25 6.1. Kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không 25 6.2. Kiểm tra điều kiện hạn chế bề rộng vết nứt 26 7. Tính toán kiểm soát độ võng do hoạt tải 28 Phần iii: Bản vẽ 30 PHần i Nhiệm vụ thiết kế môn học I. Đề bài: Thiết kế một dầm tiết diện chữ T (dầm giữa) cho cầu trên đờng ô tô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công bằng phơng pháp đúc riêng từng dầm tại công trờng, sau đó lao và nối các cánh dầm lại bằng đổ bê tông mối nối ớt. II. Các số liệu CHO TRƯớC. Chiều dài nhịp tính toán : L = 18.0 (m) Hoạt tải : HL- 93 Hệ số cấp đờng : k = 0.55 Khoảng cách tim hai dầm liền kề : S = 1.8 (m) SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 1 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Bề rộng chế tạo cánh : b f = 1.5 (m) Tĩnh tải rải đều của các lớp trên mặt cầu : DW = 5.0 kN/m Hệ số phân bố ngang tính cho mô men : mg M = 0.65 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg V = 0.60 : mg = 0.60 Độ võng cho phép của hoạt tải :1/800 Vật liệu: Cốt thép dọc Cốt thép đai Bê tông Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN272 - 05 : f y = 420 MPa : f y = 300 MPa : f c = 30 MPa III. Yêu cầu nội dung A - Thuyết minh tính toán 1- Chọn mặt cắt ngang. 2- Tính và vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt và tải trong gây ra. 3- Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt ngang. 4- Xác định vị trí cốt thép chủ và vẽ biểu đồ bao vật liệu. 5- Tính toán và bố trí cốt thép đai. 6- Tính toán và kiểm soát nứt. 7- Tính toán độ võng do hoạt tải gây ra. B - Bản vẽ Thể hiện bản vẽ trên khổ giấy A1. Vẽ mặt cắt chính dầm, các mặt cắt ngang (Tỷ lệ :1/10; 1/20; 1/25). PHần ii thuyết minh tính toán 1. Sơ bộ tính toán, chọn kích thớc mặt cắt ngang dầm. 1.1. Chiều dài dầm (L) và chiều dài nhịp tính toán. L=l+(0.5 ữ 0.6)m Chọn L=18.5m 1.2.Chiều cao dầm h - Chiều cao của dầm chủ có ảnh hởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này. đây, chiều cao dầm đợc chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp. Đối với cầu đờng ô tô, nhịp giản đơn, ta có thể chọn sơ bộ theo kinh nghiệm sau: h= . 8 1 20 1 ữ L = ( ) 1 1 18 0.95 1.9 20 10 m ữ = ữ ữ Đối với cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép thờng thì chiều cao dầm không đợc nhỏ hơn 0.7l.h min =0.07.19=1.33m - Chiều cao dầm chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp. Vậy ta chọn h = 1500 mm. SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 2 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu 1.3. Bề rộng của sờn dầm b w - Tại mặt cắt gối trên của dầm, chiều rộng của sờn dầm đợc dịnh ra theo tính toán và ứng suốt kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sờn không đổi trên sốt chiều dài dầm. Chiều rộng b w đợc chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bê tông với chất lợng tốt. - Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sờn b w = 200 mm. 1.4. Chiều dày bản cánh h f - Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí xe và tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác. - Tiêu chuẩn quy định h f 175mm, ta chọn h f = 180 mm. 1.5. Chiều rộng bản cánh b f - Chiều rộng bản cánh là phần bản cánh đợc chia đều cho các dầm chủ. Theo đề bài cho, ta có: b f = 1.5m = 1500 mm. 1.6. Kích thớc bầu dầm b 1 , h 1 - Kích thớc bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắt dầm (quyết định số lợng thanh, khoảng cách giữa các thanh, bề dày lớp bê tông bảo vệ). Tuy vậy ở đây ta cha biết số lợng cốt thép dọc chủ là bao nhiêu, nên ta chọn theo kinh nghiệm: b 1 = 400 mm, h 1 = 200 mm 1.7. Kích thớc các vút b v1 , h v1 , b v2 , h v2 - Theo kinh ngiệm ta chọn: b v1 = h v1 = 100 mm b v2 = h v2 = 150 mm Vậy mặt cắt ngang của dầm đã chọn nh sau: 400 100 100 1500 1500 500 150 200 150 500 180150870 100 200 SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 3 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Hình 1: Mặt cắt ngang dầm 1.8. Tính trọng lợng bản thân của dầm Diện tích mặt cắt ngang dầm: A = 1500*180+400*200+100*100+150*150+(1500-180-200)*200 = 642500mm 2 = 0,6425 m 2 . Trọng lợng bản thân 1m chiều dài dầm: w DC = A. c = 0,6425*25 = 16,06 kN/ m. Trong đó: c = 25 kN/m 3 : Trọng lợng riêng của bê tông. 1.9. Xác định mặt cắt ngang tính toán 1.9.1. Xác định bề rộng cánh hữu hiệu b e - Bề rộng cánh tính toán đối với dầm trong không lấy quá trị số nhỏ nhất trong ba giá trị sau: + 4 L = 18 4 = 4. 5 m. + Khoảng cách giữa hai tim dầm S = 1.8 m. + 12 lần bề dầy cánh và bề rộng sờn = 12*0,18 + 0,2 = 2,36m. Vậy bề rộng cánh hữu hiệu b e = 1.5m 1.9.2. Quy đổi mặt cắt tính toán - Để đơn giản cho tính toán thiết kế ta quy đổi tiết diện dầm về tiết diện có kích thớc đơn giản theo nguyên tắc sau: Giữ nguyên chiều cao h, chiều rộng b e , b 1 , chiều dày b w . Do đó ta có chiều dày bầu dầm và chiều dày bản cánh quy đổi nh sau: w1 v1v1 1 ' 1 bb .hb hh += = mm250 200400 100100 200 = ì + we v2v2 f ' f bb .hb hh += = 150 150 180 195 1500 200 mm ì + = Vậy mặt cắt dầm sau khi quy đổi là: SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 4 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu 1500 1500 650 200 650 1951055250 400 100 100 Hình 2: Mặt cắt Quy đổi 2. Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực 2.1. Công thức tổng quát Mômen và lực cắt tại tiết diện i bất kì đợc tính theo công thức sau: + Đối với TTGHCĐI: ( ) ( ) , , , 1,25. 1,5. 1,75. . 1,75. . . 1 i cd M LL M M i M i M M DC DW mg P k mg IM LL y = + + + + ( ) ( ) , 1 , , 1,25. 1,5. 1,75. . . 1,75. . . 1 i cd V V LL V V i V i V V DC DW mg P k mg IM LL y = + + + + + Đối với TTGHSD: ( ) ( ) , , , 1,0. 1,0. 1,0. . 1,0. . . 1 i sd M LL M M i M i M M DC DW mg P k mg IM LL y = + + + + ( ) ( ) , 1 , , 1,0. 1,0. 1,0. . 1,0. . . 1 i sd V V LL V V i V i V V DC DW mg P k mg IM LL y = + + + + + Trong đó: LL L : Tải trọng làn rải đều (9,3 kN/m). LL Mi : Hoạt tải tơng đơng ứng với đ.ả.h M tại mặt cắt i. LL Vi : Hoạt tải tơng đơng ứng với đ.ả.h V tại mặt cắt i. mg M : Hệ số phân bố ngang tính cho mômen (đã tính cả hệ số làn xe m). mg V : Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt (đã tính cả hệ số làn xe m). w DW : Trọng lợng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài (tính cho một dầm). kN/m w DC : Trọng lợng dầm trên một đơn vị chiều dài. kN/m (1+IM) : Hệ số xung kích (IM = 25%) Mi : Diện tích đờng ảnh hởng M i m 2 Vi : Tổng đại số diện tích đ.a.h V i m 2 SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 5 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu 1Vi : Diện tích đ.a.h V i (phần diện tích lớn) m 2 k : Hệ số cấp đờng : Hệ số điều chỉnh tải trọng = d . R . l 0,95 Với đờng quốc lộ và trạng thái giới hạn cờng độ I: d = 0.95; R =1,05; d = 0,95 Với trạng thái giới hạn sử dụng: = 95 2.2. Tính mô men M: -Chiều dài nhịp tính toán L=18m. -Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn có chiều dài = 1.8 m - Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ đờng ảnh hởng M i tại các mặt cắt nh sau: - Đờng ảnh hởng mô men tại cọc tiết diện: Hình 3: Đah mômen tại các mặt cắt Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 1;2 v 5: SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 6 §å ¸n Bª t«ng cèt thÐp Bé m«n KÕt cÊu SV: §ç QUèC KH¸NH líp: 64DLCD10 7 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Để tiện tính toán ta lập theo bảng mẫu sau: : Bng 1-Gớa tr mụ men M Mặt cắt x i (m) Mi (m 2 ) LL Mi truck (kN/m) LL Mi tan dem (kN/m) M i cd (kNm) M i sd (kNm) 0 0.00 0.00 0.00 30.40 23.63 0.00 0.00 1 1.80 0.10 14.58 29.64 23.52 849.53 588.31 2 3.60 0.20 25.92 28.88 23.41 1495.63 1037.08 3 5.40 0.30 34.02 28.11 23.25 1943.61 1349.49 4 7.20 0.40 38.88 27.34 23.03 2198.85 1528.79 5 9.00 0.50 40.50 26.56 22.81 2267.12 1578.45 Biểu đồ bao mô men ở TTGHCĐ: SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 8 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu hình 5: Biểu đồ bao m (kN.m) 2.3. Tính lực cắt V Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn có chiều dài = 1.8m. Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ đờng ảnh hởng V i tại các mặt cắt nh sau: SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 9 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Hình 6: Đah lực căt tại các mặt cắt. Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt: SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 10 [...]... là 1 đến 2 thanh) - Không đợc cắt, uốn các cốt thép tại góc của cốt đai - Tại một mặt cắt không đợc cắt 2 thanh cạnh nhau 4.2 Lập các phơng án cắt cốt thép Từ sơ đồ bố trí cốt dọc chủ tài mặt cắt giữa dầm, ta lập đợc các phơng án cắt cốt thép nh sau: SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 16 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu hình 7: PHƯƠNG PHáP Dự KIếN CắT CốT THéP Số lần cắt Số thanh còn lại (thanh) As... Lợng cốt thép tối đa thoả mãn + Kiểm tra lợng cốt thép tối thiểu : = f' 30 As 7140 = =0.026> = 0.03* c = 0.03* =0.0021 fy 420 bw * d s 200*1385 => Lợng cốt thép tối thiểu thoả mãn Kết luận: As chọn và bố trí nh hình vẽ là thoả mãn 4 Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu 4.1 Lý do cắt và nguyên tắc cắt cốt thép Để tiết kiệm thép, số lợng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mô men lớn. .. dài triển khai cốt thép cơ bản db(mm) đợc sử dụng với cốt thép dọc sử dụng trong bài là thép số 25 SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 19 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu => ldb = 0, 02 Ab f y f ' c = 0, 02.510.420 = 782mm 30 Đồng thời: ldb 0,06.d b f y = 0,06.25.420 = 630mm Trong đó : Ab = 510mm2 : Diện tích của thanh số 25 fy = 300MPa: Cờng độ chảy đợc quy định của các thanh cốt thép fc = 30MPa:...Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 11 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Hình 6: xếp tải lên đờng ảnh hởng lực cắt Mặt cắt xi (m) li (m) 0 1 2 3 4 5 0.00 1.90 3.80 5.70 7.60 9.50 19.00 17.10 15.20 13.30 11.40 9.50 Bng 2-Gớa... 69.88 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu hình 6: Biểu đồ bao V (kN) 3 Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa dầm Đây là bài toán tính As và bố trí của dầm tiết diện chữ T đặt cốt thép đơn Biết: h = 1500 mm, b = 1500 mm, bw = 200mm, hf = 195mm, fy = 420 MPa fc = 30 MPa và Mu = Mu max = 2466.979 kN.m - Giả sử chiều cao có hiệu của d s: Chiều cao có hiệu phụ thuộc vào lợng cốt thép dọc chủ... cốt thép thực tế 610 mm2 +Bố trí thành 3 hàng,mỗi hàng 4 thanh hình 7: sơ đồ bố trí cốt thép - Kiểm tra lại tiết diện đã chọn: Ta có: As= 6120 mm2 Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép: d1 = SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 4.50 + 4.115 + 4.180 = 115mm = 11.5cm 12 15 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Khoảng cách hữu hiệu tơng ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt. .. 1/3 ữ c SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 25 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu 6.2.1 Xác định giới hạn ứng suất trong cốt thép chịu kéo ở trạng thái giới hạn sử dụng fsa: Z fsa = min ;0,6.fy 1/ 3 ( d A ) c Ta có: Z = 30000N/mm (dầm làm việc trong điều kiện bình thờng) dc = 50mm A: Diện tích vùng bê tông chịu kéo có cùng trọng tâm với đám cốt thép chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt ngang... đợc xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng + : Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc, bố trí cốt thép đai vuông góc với trục dầm nên = 90o + : Hệ số sức kháng cắt, với b tông thờng = 0,9 + Av: Diện tích cốt thép bị cắt trong cự ly S mm + Vs : Khả năng chịu lực cắt của cốt thép (N) + Vc : Khả năng chịu lực cắt của b tông (N) + Vu : Lực cắt tính toán (N) Bc 1:Xỏc nh chiu cao chu ct hu... thái giới hạn sử dụng fs - Tỷ lệ môđun đàn hồi của thép và bê tông: n = Es Ec Trong đó: Es = 2.105 MPa : Mô đun đàn hồi của thép Ec = 0,043.y1,5 fc : Môđun đàn hồi của b tông c y c : tỷ trọng của bê tông (kg/m3) SV: Đỗ QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 26 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu Es 2.105 = = 7,00 Vậy chọn n = 7 E c 0,043.24501,5 30 - Xác định vị trí TTH dựa vào phơng trình momen tĩnh với TTH bằng... QUốC KHáNH lớp: 64DLCD10 24 Đồ án Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu - Tại một mặt cắt bất kì thì tùy vào giá trị nội lực bê tông có thể bị nứt hay không.Vì thế để tính tính toán kiểm toán nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không - Để tính toán xem mặt cắt có bị nứt hay không ngời ta coi phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang là tuyến tính và ứng suất kéo fc của bê tông - Mặt cắt tính toán 195 1500 . Đề bài: Thiết kế một dầm tiết diện chữ T (dầm giữa) cho cầu trên đờng ô tô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công bằng phơng pháp đúc riêng từng dầm tại công trờng, sau đó lao và nối các cánh dầm