BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌCKẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Đoàn Ngọc Toàn Lớp : Đường hầm- Metro I, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế một dầm chủ mặt cắt chữ T,

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện : Đoàn Ngọc Toàn

Lớp : Đường hầm- Metro

I, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế một dầm chủ mặt cắt chữ T, cầu nhịp giản đơn trên đường ôtô bằng BTCT thường thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và lao kéo dọc vào vị trí

II CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC

1 Chiều dài nhịp dầm L = 12 (m)

2 Hoạt tải xe thiết kế HL93

3. Khoảng cách giữa các dầm chủ S = 2,2(m)

4. Hệ số triết giảm của HL93( Hệ số cấp đường) m = 0,65

5 Bề rộng của bản cánh chế tạo b c = 1,8 (m)

6 Hệ số phân bố ngang tính cho mômen mg M = 0,53

7 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt mg Q = 0,55

8 Hệ số phân bố ngang tính ho độ võng mg D = 0,5

9 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và tiện ích W DW = 9 (KN/m)

10 Độ võng cho phép của hoạt tải ∆ cp = 15

11 Cường độ đặc trưng của cấp phối bê tong f’ c = 32(MPa)

12 Cốt thép chịu lực theo ASTM A615M f y = 420(MPa)

13. Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN272-05

III

NỘI DUNG TÍNH TOÁN THẾT KẾ

A PHẦN THUYẾT MINH

1.Sơ bộ tính toán, lựa chọn kích thước mặt cắt ngang dầm.

2 Tính và vẽ bieur đồ bao nội lực bằng phương pháp đường ảnh hưởng.

3.Tính toán bố trí cốt thép dọc chụi lực tại mặt cắt dầm.

4.Xắc định vị trí cắt cốt thép dọc chịu lực, vẽ biều đồ bao vật liệu.

5.Tính toán bố trí cốt đai

6.Tính toán kiểm soát nứt.

7.Tính toán kiểm soát độ võng của dầm do hoạt tải.

B.PHẦN BẢN VẼ

1.Mặt chính dầm và các mặt cắt đặc trưng

2 Biểu đồ bao vật liệu

3.Tách các chi tiết cốt thép, bảng thống ke khối lượng vật liệu dầm, các ghi chú

4 Bản vẽ thể hiện trên giấy A1 với tỉ lệ thích hợp.

Bài Làm

1.SƠ BỘ TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM

Mặt cắt ngang dầm chữ T bằng BTCT thường, cầu nhịp giản đơn trên đường oto thường có các kích thước tổng quát như sau:

hf

bW

b1

b f

bV2

hV

bV1

hV

MẶT CẮT NGANG DẦM

Chiều cao của dầm chủ có ảnh hưởng rất lớn giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này Ở đây, chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp Đối với cầu đường oto, nhịp giản đơn, ta có thể

có thể chọn sơ bộ theo kinh nghiệm như sau:

Ta chọn h = 1200 mm

tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn chiều rộng sườn không thay

thi công sao cho dê đổ betong với chất lượng tốt

1.3 Chiều dày bản cánh

Chiều dày bản cánh được chọn phụ thuộc vào điều kiện chụi lực cục bộ của vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác

Chiều rộng bản cánh là phần bản cánh được giả thiết chia đều cho dầm chủ Do

Kích thước bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trê mặt cắt dầm quyết định( số lượng thanh, khoảng cách các thanh, bề dày lớp betong bảo vệ) Tuy vậy ở đây ta chưa biết lượng cốt thép dọc chủ là bao nhiêu, nên ta phải chọn theo kinh nghiệm

1.6 Kích thước các vút b V1 ,h V1 ,b V2 ,h V2

Theo kinh nghiệm ta chọn:

b V2 = h V2 = 150mm

Vậy ta có MCN dầm đã chọn như sau:

200

400

2200

1.7 Tính trọng lượng bản than dầm

Diện tích mặt cắt ngang dầm

Trọng lượng bản than 1m dài dầm :

16,48 kN/m

a, Xác định bề rộng cánh hữu hiệu

Bề rộng cánh tính toán đối với dầm bên trong không lấy quá trị số nhỏ nhất trong ba trị số sau:

+

+ Khoảng cách tim giữa hai dầm S= 2,2m

+ 12 lần bề dày cánh và bề rộng sườn dầm =12×0,18+0.2=2,36m

b, Quy đổi mặt cắt tính toán

Để đơn giản cho tính toán thiết kế, ta quy đổi tiết dâm về tiết diện có kích

Vậy mặt cắt dầm sau khi quy đổi sẽ là

200

400

2.TÍNH VÀ VẼ BIỂU ĐỒ BAO NỘI LỰC

2.1 Công thức tổng quát

Mômen và lực cắt tại tiết diện bất kỳ được tính theo công thức:

-Đối với TTGHCĐI:

Mi = η{1 25w DC + 1 5w D¦W +mg M[1 75LL L + 1 75mLL Mi(1 +IM)] }A Mi

Vi = η{( 1 , 25w DC + 1 , 5w D¦W)A Vi +mg V[1 , 75LL L + 1 , 75mLL Vi(1 +IM)]A Vi}

-Đối với THGHSD:

Mi = 1 0{1 0w DC + 1 0w D¦W +mg M[1 , 3LL L + 1 , 3LL Mi(1 +IM)] }A Mi

Vi = 1 , 0{( 1 , 0w DC + 1 , 0w D¦W)A Vi+mg V[1 , 3LL L + 1 , 3mLL Vi(1 +IM)]A Vi}

2.2 Tính momen M

Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn có chiều dài = 1.2m

Ðah M 1

Ðah M2

Ðah M3

Ðah M4

Ðah M5

(m) a A Mi (m 2 ) LL Mi truck

(kN/m)

LL Mi tan dem (kN/m)

M i cd

i sd (kNm)

Biểu đồ bao momen ở THGHCĐ như sau:

Biểu đồ bao momen M(kN.m)

2.2 Tính lực cắt V

Đah V tại các mặt cắt điểm như sau

Ðah V1

Ðah V2

Ðah V3

Ðah V4

Ðah V5

Lập bảng tính Vi như sau:

Mặt

i

i (m) A Vi (m 2 ) A l,Vi (m 2 ) LL Vi truck

Vi tan dem

i CĐ

i SD (kN)

Biểu đồ lực cắt ở THGHCĐ như sau

Biểu đồ bao lực cắt V(kN)

3.TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM

thép đơn, biết:

h = 1200 mm

bf = 2200 mm

hf = 191 mm

fy = 420 Mpa f’c = 32 Mpa

Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm: chiều cao hữu hiệu phụ thuộc vào cốt

thép dọc chủ, và cách bố trí chúng, ta chọn sơ bộ như sau:

- Giả sử TTH đi qua cánh, tính như tiết diện hình chữ nhật có kích thước

Ta có f’c =32Mpa, suy ra :β1=0,821;αgh=0,285,Agh=0,345

Tính 0,01396

0,0028

Vậy , nên As tính được là hợp lý

Sơ bộ chọn một số phương án cốt thép như bảng sau:

Phương án Đường kính Diện tích 1 thanh Số thanh Ft(cm

2

)

Từ bảng trên ta chọn phương án 2 và bố trí vào mặt cắt như sau:

12#19

Kiểm tra lại tiết diện đã chọn:

Dễ thấy mặt cắt đã chọn có:

ds= 1200-(50+65)=1085mm

Chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật:

24,42mm

Chiều cao vùng chụi nén:

29,75mm

*Kiểm tra điều kiện hạn chế:

-Hàm lượng cốt thép tối đa:

0,027<0,42 thỏa mãn -Hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Vậy  thảo mãn

*Kiểm tra điều kiện cường độ

Tính

N=1567,66 kN>1155,86 kN thỏa mãn

4.XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CẮT CỐT THÉP DỌC CHỦ, VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

4.1 Lý do cắt và nguyên tắc cắt cốt thép

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có momen lớn nhất(mặt cắt giữa dầm) sẽ được lần lượt cần bớt đi cho phù hợp với hình bao momen Công việc này được tiến hành trên cơ sở các nguyên tắc sau đây:

Các cốt thép được cắt bớt cũng như các cốt thép còn lại trên mặt cắt phải đối xứng qua mặt phẳng uốn của dầm(tức là mặt phẳng thẳng đứng đi qua trọng tâm của dầm)

thép cần thiết ở mặt cắt giữa nhịp được kéo về neo ở gối dầm

thanh)

4.2 Lấp các phương án cắt cốt thép

Từ sơ đồ bố trí cốt dọc chủ tại mặt cắt giữa dầm, ta lập được bảng các

phương án cắt cốt thép như sau:

Số lần

Diện tích

s (mm)

Vị trí trục trung hòa c

Vị trí

n

r (kNm)

4.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, và vẽ biểu đồ bao vật liệu

a, Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen

=

= 851,5mm

Momen quán tính của tiết diện đối với TTH:

Ig=Ig1+Ig2+Ig3

Với :

Ig1=28,1.109mm4

Ig2

14,7.109mm4

53,2.109mm4

⇒ Ig = mm 4

Ứng suất chịu kéo của bê tong:

Momen nứt của tiết diện

= 402.43 kN.m

701,75

0,9Mcr

0,9Mcr

Mu

Mu' 4Mu

này ng`ác định giá trị cốt thép bằng phương pháp biều đồ thì biểu đồ bao mô men được hiệu chỉnh như sau:

- Tìm vị trí mà Mu=0,9Mcr và Mu=1,2Mcr Để tìm được các vị trí này ta xác

đầu:

Mu=1,2Mcr  x1= 1330.00 mm

- Tại giai đoạn Mu ≥ 1,2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu

- Trong đoạn 0,9Mcr ≤ Mu≤ 1,2Mcr vẽ đường nằm ngang với giá trị 1,2Mcr

- Tại đoạn Mu ≤ 0,9 Mcr vẽ đường Mu’=4.Mu/3

Ta sử dụng phương pháp vẽ biểu đồ để xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ.

bao vật liệu:

Tính chiều dài triển khai của cốt thép chịu kéo l d : trị số này thay đổi đốvới

từng thanh cốt thép chịu kéo, nhưng ở đây để dơn giản ta chỉ tính với hai thanh cốt thép ở phía trong và ở hàng trên cùng và sử dụng cho tất cả các thanh cốt thép khác:

- Tính chiều dài triển khai cốt thép chịu kéo cơ bản:

- Ta có:

+) Hệ số hiệu chỉnh làm tăng ld:

+)Hệ số hiệu chỉnh làm giảm ld:

Không yêu cầu neo hoặc không cần tăng cường tới độ chảy dẻo hoàn toàn của cốt thép:

As cần thiết/ As bố trí= 2932,16/3408=0,8603

- Vậy ld=479.1 0,8603=412,083; ta lấy ld=420mm

Tính đoạn kéo dài thêm theo quy định l1: trị số này phải được lấy lớn nhất

trong các trị số sau:

+) Chiều cao hữu hiệu chịu uốn của tiết diện= 1085

+) 15 lần đường kính danh định của cốt thép =15.19=285mm

+) 1/20 chiều dài nhịp= 12000/20=600mm

Từ đó ta xác định được vị trí cắt cốt thép dọc chủ và vẽ biểu đồ bao mô men vật

liêu như sau:

343,141 596,416 763,686 855,076 884,305

1000 400

1000 400

1000 400 400

9200/2=4600 7800/2=3900

6000/2=3000

894,587 789,607 669,070 538,239

250

5500

5.TÍNH TOÁN CỐT THÉP ĐAI (TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT)

5.1 Xác định mặt cắt tính toán

Ta chỉ tính toán cốt thép đai ở mặt cắt được coi là bất lợi nhất là mặt cắt cách gối 1

+) 0,9 ds= 0,9.1085=976,5mm

+),72.h=0,72.1200=864 mm

5.2 Tính toán bố trí cốt thép đai

- Xác định ứng suất cắt danh định trong bê tồn sườn dầm:

V= = =1,888 Mpa

+) Giả sử trị số góc θ1=40o

+) Tính biến dạng trong cốt thép dọc chịu kéo:

εx= = =1,58.10-3