BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 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. Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 1 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 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: h f b W b 1 h b f b V2 h V2 b V1 h V1 MẶT CẮT NGANG DẦM 1.1 Chiều cao dầm h 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 1.2 Bề rộng sườn dầm Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn chiều rộng sườn không thay đổi trong suốt chiều dài dầm. Chiều rộng b w này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dê đổ betong với chất lượng tốt. Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sườn b w = 200mm Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 2 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 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. Tiêu chuẩn quy định h f ≥ 175. Theo kinh nghiệm ta chọn h f = 180 mm 1.4 Chiều rộng bản cánh Chiều rộng bản cánh là phần bản cánh được giả thiết chia đều cho dầm chủ. Do đó theo điêu kiện đề bài cho, ta có b f =S= 2200mm 1.5 Kích thước b 1 , h 1 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. Theo kinh nghiện ta chọn: b 1 = 400mm, h 1 = 200mm 1.6 Kích thước các vút b V1 ,h V1 ,b V2 ,h V2 Theo kinh nghiệm ta chọn: b V1 = h V1 =100mm b V2 = h V2 = 150mm Vậy ta có MCN dầm đã chọn như sau: 180 200 400 1200 2200 200 Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 3 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 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 Trong đó: 24,5kN/m 3 = Trọng lượng riêng của BTCT 1.8 Xác định mặt cắt ngang tính toán 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 Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là b e = 2,2m= 2200mm 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 thước đơn giản hơn theo nguyên tắc sau: Giữ nguyên chiều cao h, b e , b 1 và chiều dày b w . Do đó ta có chiều dày bầu dầm và chiều dày bản cánh quy đổi như sau: Vậy mặt cắt dầm sau khi quy đổi sẽ là Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 4 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 2200 191 1200 250 200 400 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: M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMmLLLLmgww ++++ 175.175.15.125.1 ¦ η V i = ( ) [ ] { } ViViLVViWDDC AIMmLLLLmgAww ++++ 175,175,1)5,125,1( ¦ η -Đối với THGHSD: M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMLLLLmgww ++++ 13,13,10.10.10.1 ¦ V i = ( ) [ ] { } ViViLVViWDDC AIMmLLLLmgAww ++++ 13,13,1)0,10,1(0,1 ¦ 2.2 Tính momen M Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn có chiều dài = 1.2m Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ Đah M i tại các mặt điểm chia như sau: Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 5 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU Ðah M 1 Ðah M 2 Ðah M 3 Ðah M 4 Ðah M 5 Ta lập bảng tính M i như sau: Mặt cắt x i (m) a A 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 41.33 34.83 0.00 0.00 1 1.20 0.10 6.48 39.62 34.59 446.81 307.60 2 2.40 0.20 11.52 37.91 34.34 780.21 538.36 3 3.60 0.30 15.12 36.17 33.98 1005.28 695.31 4 4.80 0.40 17.28 34.42 33.49 1127.22 781.61 5 6.00 0.50 18.00 32.67 33.00 1155.86 803.15 Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 6 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 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 V 1 Ðah V 2 Ðah V 3 Ðah V 4 Ðah V 5 Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 7 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU Lập bảng tính V i như sau: Mặt cắt x i (m) l i (m) A Vi (m 2 ) A l,Vi (m 2 ) LL Vi truck (kN/m) LL Vi tan dem (kN/m) V i CĐ (kN) V i SD (kN) 0 0.00 12.00 6.00 6.00 41.33 34.83 429.62 294.39 1 1.20 10.80 4.86 4.80 44.35 38.53 356.96 243.48 2 2.40 9.60 3.84 3.60 47.67 43.07 285.26 193.16 3 3.60 8.40 2.94 2.40 51.57 48.78 215.39 143.95 4 4.80 7.20 2.16 1.20 56.53 56.15 147.96 96.19 5 6.00 6.00 1.50 0.00 62.03 66.00 86.31 51.91 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 Đây chính là bài toán tính A s và bố trí của dầm tiết diện hình chữ T đặt cốt thép đơn, biết: h = 1200 mm b f = 2200 mm h f = 191 mm b W = 200 mm f y = 420 Mpa f’ c = 32 Mpa M u = = 1155,86 kN.m 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: d s = (0,8 ÷ 0,9)h = (960 ÷ 1080)mm Chọn d s = 1050mm Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 8 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU - Giả sử TTH đi qua cánh, tính như tiết diện hình chữ nhật có kích thước b×h=2200×1200mm 2 - Tính 0,01946 Ta có f’ c =32Mpa, suy ra :β 1 =0,821;α gh =0,285,A gh =0,345 Vậy ta có: A<A gh suy ra α=0,0196 Tính 25,134mm. Vậy c<h f , nên TTH đi qua cánh là đúng - Tính = 2932,16mm 2 Tính 0,01396 0,0028 Vậy , nên A s 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 ) 1 16 1.99 18 35.82 2 19 2.84 12 34.08 3 22 3.87 10 38.7 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: Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 9 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU d s = 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: Tính 0.016 0,0028 Vậy  thảo mãn Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 10 [...].. .Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU *Kiểm tra điều kiện cường độ Tính N=1567,66 kN>1155,86 kN thỏa mãn Vậy As chọn và bố trí như hình vẽ là hợp lý 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... hầm-Metro Page 13 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU Ta sử dụng phương pháp vẽ biểu đồ để xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ Trước hết ta cần tính toán hai giá trị l d và l1 sẽ được sử dụng trong khi vẽ biểu đồ bao vật liệu: Tính chiều dài triển khai của cốt thép chịu kéo ld: 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... kéo của bê tong: fr == 3,564MPa Momen nứt của tiết diện = 402.43 kN.m 1,2Mcr=1,2 402,8406 = 483,408kN.m 0,9Mcr=0,9.402,8406 = 362,556kN.m • Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu M r Mu ≤ ≥ min(1,2Mcr;1,33Mu), nên khi 0,9 Mcr thì điều kiện lượng cốt thép tối thiểu sẽ là M r ≥1,33Mu Điều Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 12 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU này ng`ác định giá trị cốt thép bằng... vật liêu như sau: Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 14 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 9200/2=4600 7800/2=3900 6000/2=3000 250 5500 343,141 400 763,686 596,416 1000 400 1000 855,076 884,305 1000 400 400 538,239 669,070 789,607 894,587 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... thanh cắt đi cho mỗi lần nên chọn là ít nhất( thường là 1 đến 2 thanh) Không được cắt, uốn các thanh cốt thép tại góc của cốt đai Chiều dài đoạn cốt thép cắt đi không nên quá nhỏ… - 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 cắt Số thanh còn lại 0 1 2 12 10 8 Diện tích As còn ds(mm) lại 3408 1085.00 2840... là trị số lớn nhất trong các giá trị sau: +) Cánh tay đòn của nội ngẫu lực = ds- a/2 = 1085- 24,42/2 =1072,79mm +) 0,9 ds= 0,9.1085=976,5mm +),72.h=0,72.1200=864 mm Vậy dv= 1072,79mm Nội suy tuyến tính ta tính được nội lực tại mặt cắt cách gối 1 đoạn dv là: Mu= 399,444kN.m Vu= 364,662kN Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 15 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 5.2 Tính toán bố trí cốt thép đai -... 29.12 24.26 19.42 Vị trí TTH Mn (kNm) Mr (kNm) Qua cánh Qua cánh Qua cánh 1535.92 1419.25 1137.73 1382.33 1277.32 1023.95 4.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, và vẽ biểu đồ bao vật liệu Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 11 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU a, Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen • Diện tích của mặt cắt ngang quy đổi: Ag = 2200×191+400×250+200×(1200-191-250) = 672000mm2 • Khoảng cách... 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 +) chiều dài triển khai cốt thép chịu kéo ld= 500mm Suy ra l1=1085mm, ta chọn l1=1100mm Vậy ta có: l1=1100mm và ld=420 mm Từ đó ta xác định được vị trí cắt cốt thép dọc chủ và vẽ biểu đồ bao mô... 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: Trong trường hợp này ta có hệ số hiệu chỉnh làm tăng ld=1 +)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... tắc sau đây: Khi cắt ta nên cắt lần lượt từ trên xuống dưới, từ trong ra ngoài - 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) Đối với dầm giản đơn ít nhất phải có một phần số thanh trong số thanh côt thép cần thiết ở mặt cắt giữa nhịp được kéo về neo ở gối dầm Số lượng thanh cắt đi cho . Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Đoàn Ngọc. 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. Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 1 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU Bài. 364,662kN Đoàn Ngọc Toàn _ Đường hầm-Metro Page 15 Bài tập lớn môn BTCT BỘ MÔN KẾT CẤU 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 - Xác định