DO AN BTCT minh duc

Hướng dẫn làm đồ án BTCT đại học thủy lợi chúc các bạn hoàn thành tốt đồ án môn học này Dầm 5 nhịp ,bài này sẽ giúp các bạn hoàn thành tốt hơn đồ án các bạn đang học có 20k thôi mà

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT THIẾT KẾ CẦU MÁNG BTCT A TÀI LIỆU THIẾT KẾ Kênh dẫn nước N qua vùng trũng Sau tính toán so sánh phương án: xi phông, kênh dẫn, cầu máng chọn phương án xây dựng cầu máng BTCT Dựa vào điều kiện địa hình, tính toán thuỷ lực thuỷ nông, người ta xác định kích thuớc cầu máng mức nước yêu cầu cầu máng sau: Chiều dài máng L = 28 m Bêtông M200 Bề rộng máng B = 3,4 m Loại cốt thép nhóm CII Cột nước lớn máng Hmax = 2,2m Số nhịp n = Hình - Mặt cắt dọc cầu máng Thân máng; Trụ đỡ; Nối tiếp Hình - Cắt ngang máng B - Vách máng δ - Lề người - Khung đỡ (không tính toán đồ án) H - Đáy máng - Dầm đỡ dọc máng Độ vượt cao an toàn vách máng so với mực nước cao máng δ = 0,5 m Theo biểu đồ phân vùng áp lực gió, vùng xây dựng công trình có cường độ gió q g = 1,2 kN/m2, hệ số gió đẩy kgió đẩy = 0,8, hệ số gió hút kgió hút = 0,6 lấy trường hợp coi vách máng thẳng đứng Tải trọng người qng = 200 kG/m2 = kN/m2 Cầu máng thuộc công trình cấp III Dung trọng bê tông thiết kế γb = 25 kN/m3 Tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép - ĐH Thủy Lợi, ta số liệu sau: kn = 1,15; Rn = 90 daN/cm2; Rk = 7,5 daN/cm2; Rkc = 11,5 daN/cm2; Rnc = 115 daN/cm2; Ra = R'a = 2700 daN/cm2; mb4= 0,9; α0 = 0,6; A0 = 0,42; Ea = 2,1.106 daN/cm2 ; Eb = 2,4.105 daN/cm2 ; n = Ea/Eb = 8,75; µmin= 0,1% Bề rộng vết nứt giới hạn angh = 0,24 mm Độ võng cho phép [f/l] = 1/500 B THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Theo quy phạm, cầu máng cần tính toán thiết kế ứng với tổ hợp tải trọng: bản, đặc biệt, thời gian thi công Tuy nhiên, phạm vi đồ án đồ án môn học, cần tính toán thiết kế phận cầu máng với trường hợp: Tổ hợp tải trọng Trình tự thiết kế phận: Xác định sơ đồ tính toán phận kết cấu: Cầu máng kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang tải trọng không thay đổi dọc theo chiều dòng chảy Do vậy, phận: lề người đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m dài theo chiều dòng chảy tính toán theo toán phẳng Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính toán dầm liên tục nhiều nhịp Xác định tải trọng tác dụng: Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính toán nội dung TTGHII: Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt tính độ võng Tải trọng tính toán qtt = qc.nt (với nt - hệ số vượt tải) dùng để tính toán nội dung TTGHI: Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai cốt thép xiên (nếu cần) Xác định biểu đồ nội lực phương pháp tra bảng sử dụng phần mềm tính kết cấu Tính toán bố trí cốt thép: Cốt thép dọc chịu lực tính toán mặt cắt có M max Đối với phận kết cấu dạng (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m Theo phương vuông góc với cốt thép chịu lực, bố trí cốt thép cấu tạo 4÷5 thanh/m Kiểm tra tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai cốt thép xiên (nếu cần) mặt cắt có Qmax theo phương pháp TTGH Kiểm tra nứt: Kiểm tra nứt mặt cắt có Mmax Với mặt cắt không cho phép xuất khe nứt, bị nứt, cần đề giải pháp khắc phục Với mặt cắt cho phép xuất khe nứt, bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng vết nứt so sánh đảm bảo yêu cầu a nangh, đưa giải pháp khắc phục (không yêu cầu tính lại từ đầu) Tính độ võng toàn phần f so sánh đảm bảo f/l < [f/l] Nếu f/l > [f/l], đưa giải pháp khắc phục I LỀ NGƯỜI ĐI 1.1 Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài lề người theo chiều dọc máng (chiều dòng chảy), coi lề người dầm công xôn ngàm đầu vách máng Chọn bề rộng lề 0,8m Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm Trong tính toán, lấy chiều dày trung bình h = 10cm 12 80 cm 80 cm Hình 1.1 - Sơ đồ tính toán lề người 1.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc lề người đi, tổ hợp tải trọng tác dụng lên lề bao gồm: a Trọng lượng thân (qbt): qcbt = γb.h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m b Tải trọng người (qng): qcng = 2.1m = 2kN/m Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi: q = nbt.qcbt + nng.qcng = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m Trong đó: nbt = 1,05; nng = 1,2 - hệ số vượt tải trọng lượng thân tải trọng người theo TCVN 4116-85 1.3 Xác định nội lực - 4,02 1,608 q = 5,025 kN/m Hình 1.2 - Biểu đồ nội lực lề người 1.4 Tính toán bố trí cốt thép a Tính toán bố trí cốt thép dọc: M kNm Q kN Tính toán thép bố trí cốt thép dọc chịu lực mặt cắt có mô men uốn lớn (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm, h0 = h – a = 8cm k n n c M 1,15.1.16080 A= = 0,032 = m b R n b.h 1.90.100.82 A = 0,032 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = - 1− 2A = - − 2.0,032 = 0,0325 Fa = m b R n b.h α 1.90.100.8.0,0325 = = 0,79 cm2 < mminbh0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm2 1,1.2700 m a R a Chọn bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5∅8/1m (2,51 cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy Chọn bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực 4∅8/1m (2,01 cm2) b Tính toán bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang mặt cắt có Qmax = 4,02kN = 402 daN k1.mb4Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN k1= 0,8 kết cấu dạng kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 Không cần đặt cốt ngang Hình 1.3 - Bố trí thép lề người II VÁCH MÁNG 2.1 Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều dài máng, vách máng tính toán dầm công xôn ngàm đáy máng dầm dọc Chiều cao vách: Hv = Hmax + δ = 2,2 + 0,5 = 2,7 m 12 cm δ - Độ vượt cao an toàn, lấy δ = 0,5 m Bề dày vách thay đổi dần: 2,7 m hv = 12 ÷ 20 cm 20 Hình 2.1 - Sơ đồ tính toán vách máng 2.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc vách máng, tổ hợp tải trọng tác dụng lên vách bao gồm tải trọng sau: - Mô men tập trung người lề truyền xuống: Mng - Mô men trọng lượng thân lề đi: Mbt - Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn - Áp lực gió (gồm gió đẩy gió hút): qgđ qgh Các tải trọng gây trường hợp: Căng căng vách máng a Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng: Mbt, qgđ (gió đẩy, máng nước người lề) M cbt = q cbt L2l 2,5.0.8 = = 0,8 kN/m; 2 c Mbt = nbt M bt = 1,05.0,8 = 0,84 kNm qcgđ = kgđ.qg.1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m qgđ = ng qcgđ = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m ng = 1,3 - hệ số vượt tải gió c gd M = c qgd H v2 = 0,96.2, = 3,5 kNm qgd H v2 Mgđ = = 1, 248.2, = 4,549 kNm b Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng: Mbt, Mng, qn, qgh (gió hút, máng dẫn nước với mực nước Hmax lề có người đi) M cbt , Mbt tính TH M cng = q cng L l = 2.0,8 c = 0,64 kNm; Mng = nng M ng = 1,2.0,64 = 0,768 kNm qcnmax= kđγnHmax1m = 1,3.10.2,2.1 = 28,6 kN/m; qnmax = nn.qcnmax = 1.28,6 = 28,6 kN/m M cn = q cn max H 2max 28, 6.2, 22 q H 28, 6.2, 22 = = 23,07 kNm; Mn= n max max = =23,07 kNm 6 6 qcgh = kgh.qg.1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m; qgh = ng qcgh = 1,3 0,72 = 0,936 kN/m M c gh = c qgh H v2 0, 72.2, = 2,62 kNm; Mgh = ng Mcgh = 1,3.2.62=3,406 kNm = kđ - hệ số động, lấy kđ = 1,3 Mbt= 0,84 kNm Mng= 0,768 kNm q = 0,936kN/m Mbt= 0,84 kNm Hmax q = 1,248 kN/m gh gd q = 28,6 kN/m nmax TH căng TH căng Hình 2.2 - Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác định nội lực a Trường hợp căng + 4,549 0,84 3,37 Mgd kNm Mbt kNm Q gd kN Q bt kN Hình 2.3 – Nội lực vách máng trường hợp căng Nội lực mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt ngàm) M1 = Mgđ + Mbt = 4,549 - 0,84 = 3,709 kNm M1c = Mgđc+ Mbtc =3,5– 0,8 = 2,7 kNm b Trường hợp căng Nội lực mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt ngàm) M2 = Mbt + Mng + Mn + Mgh = 0,84 + 0,768 + 23,07+ 3,406 = 28,084 kNm M2c = Mbtc + Mngc + Mnc + Mghc = 0,8 + 0,64 + 23,07 + 2,62 = 27,13 kNm - 0,84 Mbt kNm 0,768 Mng kNm 3,406 Mgh kNm 23,07 MnmaxkNm Q bt kN Q ng kN Hình 2.4 – Nội lực vách máng trường hợp căng - 2,527 31,46 Q gh kN Q nmaxkN 2.4 Tính toán bố trí cốt thép a Tính toán bố trí cốt thép dọc: Tính toán bố trí cốt thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn mặt cắt có mômen uốn lớn (mặt cắt ngàm) cho hai trường hợp căng căng Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm Chọn a = cm, h0 = h – a = 18cm Trường hợp căng ngoài: M = 3,709 kNm A= k n n c M 1,15.1.37090 = 0,015 = m b R n b.h 1.90.100.182 A = 0,015 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = - 1− 2A = - − 2.0, 015 = 0,015 Fa = m b R n b.h α 1.90.100.18.0, 015 = = 0,78 cm2 m a R a 1,15.2700 Fa < mminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2 Chọn bố trí cốt thép chịu lực lớp theo cấu tạo 5∅8/1m (2,51cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy Trường hợp căng trong: M = 28,084 kNm A= k n n c M 1,15.1.280840 = 0,11 = m b R n b.h 1.90.100.182 A = 0,11 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = - 1− 2A = - − 2.0,11 = 0,11 Fa = m b R n b.h α 1.90.100.18.0,11 = = 5,73 cm2 m a R a 1,15.2700 Fa > mminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2 Chọn bố trí cốt thép chịu lực lớp 5φ12/1m (5,65 cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy b Tính toán bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q cho trường hợp căng Q2 = Qbt + Qng + Qn + Qgh Qbt = ; Qng = Qn = qmax H max 28, 6.2, = 31,46 kN = 2 Qgh = qgh.Hv = 0,936.2,7 = 2,527 kN Q2 = 31,46 + 2,527 = 33,98 kN k1.mb4 Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN > kn.nc.Q = 1,15.1.3398 = 3907 daN Không cần đặt cốt ngang c Bố trí cốt thép Lớp trong: 5φ12/1m; Lớp ngoài: 5φ8/1m Dọc theo phương dòng chảy bố trí lớp thép cấu tạo 4φ10/1m φ12 a=200 φ10 a=250 φ8 a=200 Hình 2.5 - Bố trí thép vách máng 2.5 Kiểm tra nứt Kiểm tra cho trường hợp căng trong: M2c = 27,13 kNm Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc ≤ Mn = γ1.Rkc.Wqđ γ1 = mh.γ = 1.1,75 = 1,75 (mh = 1; γ = 1,75) Wqđ = J qd h − xn b.h 100.202 + n.Fa h + n.F' a a ' + 8, 75.5, 65.18 + 8, 75.2,51.2 xn = = = 10,1cm b.h + n (Fa + F' a ) 100.20 + 8, 75.(5, 65 + 2,51) Jqđ = b.x 3n b.(h − x n ) + + n.Fa (h − x n ) + n.F'a ( x n − a ' ) 3 3 = 100.10,1 + 100.(20 − 10,1) + 8,75.5.65(18 − 10,1)2 + 8,75.2,51.(10,1 − 2) 3 = 71213,02 cm4 Wqđ = 71213, 02 = 7193,23 cm3 20 − 10,1 Mn = 1,75.11,5.7193,23 = 144763,84 daNcm nc.Mc = 1.271300 = 271300 daNcm > Mn Kết luận: Mặt cắt sát đáy máng bị nứt Tính toán bề rộng khe nứt an = an1 + an2 an1, an2 - Bề rộng khe nứt tải trọng tác dụng dài hạn ngắn hạn gây c c c M dh = M bt + M n = 0,8 + 23, 07 = 23,87 kNm = 238700 daNcm c c c M ngh = M ng + M gh = 0, 64 + 2, 62 = 3, 26 kNm = 32600 daNcm Tính bề rộng khe nứt an theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116-85): an1 = k.c1.η σ a1 − σ Ea 7.(4 - 100 µ) d an2 = k.c2.η σa − σ0 Ea 7.(4 - 100 µ) d k – hệ số, lấy với cấu kiện chịu uốn c – hệ số xét đến tính chất tác dụng tải trọng, lấy với tải trọng ngắn hạn, 1,3 với tải trọng dài hạn n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy với cốt thép có gờ µ= Fa 5, 65 = = 0,0031 bh 100.18 kn nc M 1,15.1.65000 = = 0, 017 → α = - 1− 2A = - − 2.0, 017 = 0,017 mb Rn b.h0 1.90.100.22 A= A = 0,017 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn Fa = mb Rn b.h0 α 1.90.100.22.0, 017 = = 1, 08 cm2 ma Ra 1,15.2700 Fa < mminbh0 = 0,001.100.22 = 2,2 cm2 Chọn bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5φ12/1m (5,65 cm2) theo phương vuông góc với phương dòng chảy b Tính toán cốt ngang Kiểm tra cường độ mặt cắt nghiêng mặt cắt sát vách máng trường hợp máng dẫn nước với mực nước Hmax, người hai bên lề gió từ phải sang trái Q = Qa + Qb + Qd + Qe + Qg = 5,025 + 38,54 + 0,54 + 0,109 + 1,79 = 46,006 kN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.22 = 11880 daN kn.nc.Q = 1,15.1.4600,6 = 5290,7 daN kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 Không cần tính cốt ngang c Bố trí thép đáy máng Lớp trên: 5φ12/m Lớp dưới: 5φ10/m Dọc theo chiều dòng chảy bố trí cốt thép cấu tạo 5φ10/m φ20 φ12 a=200 φ20 φ10 a=200 φ12 φ12 φ10 a=200 φ20 φ12 φ10 a=200 φ20 Hình 3.2 - Bố trí cốt thép đáy máng dầm đỡ 3.5 Kiểm tra nứt Kiểm tra nứt mặt cắt: mặt cắt sát vách nhịp Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc ≤ Mn = γ1.Rkc.Wqđ a φ20 Đối với mặt cắt sát vách máng: Mc1 = Mca + Mcb + Mcd + Mcg = Ma/nbt+ Mb/nn + Md/nng+ Mg/ng φ20 = 0,84/1,05 + 23,07/1 + 0,768/1,2 + 3,41/1,3 Mc1 = 27,13 kNm Kiểm tra nứt cho cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm, a = a' = 3cm, ho = 25-3=22cm, Fa = 5,65 cm2, Fa’ = 3,93cm2 b.h 100.252 + n.Fa h0 + n.F 'a a ' + 8, 75.5, 65.22 + 8, 75.3,93.3 xn = 2 = = 12, 6cm b.h + n( Fa + F 'a ) 100.25 + 8, 75.(5, 65 + 3,93) Jqđ = = b.x 3n b.(h − x n ) + + n.Fa (h − x n ) + n.F' a ( x n − a ' ) 3 100.12,63 100.(25 − 12,6)3 + + 8,75.5,65.(22 − 12,6) + 8,75.3,93.(12,6 − 3) 3 = 137770,78 cm4 Wqđ = 137770, 78 = 11110,55cm3 25 − 12, Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75 11,5 11110,55 = 223599,76 daNcm nc.Mc = 271300 = 271300 daNcm > Mn Mặt cắt sát vách máng bị nứt Tính toán bề rộng khe nứt: an = an1+ an2 c c c M dh = M bt + M n = 0,8 + 23, 07 = 23,87 kN = 238700 daNcm c c c M ngh = M ng + M gh = 0, 64 + 2, 62 = 3, 26 kN = 32600 daNcm Tính bề rộng khe nứt an theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116-85): an1 = k.c1.η σ a1 − σ 7.(4 -100.µ) d Ea an2 = k.c2.η σa2 − σ0 7.(4 - 100 µ) d Ea k – hệ số, lấy với cấu kiện chịu uốn c – hệ số xét đến tính chất tác dụng tải trọng, lấy với tải trọng ngắn hạn, 1,3 với tải trọng dài hạn n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy với cốt thép có gờ µ= Fa 5, 65 = = 0,0025 bh 100.22 M dhc σa1 = Fa Z1 c M ngh σa2 = Fa Z1 = 238700 = 2259, 23 daN/cm2 5, 65.18, = 32600 = 308,55 daN/cm2 5, 65.18, Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.22 = 18,7 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 2259, 23 − 200 7.(4 − 100.0, 0025) 12 = 0,11 mm 2,1.106 308,55 − 200 7.(4 − 100.0, 0025) 12 = 0,004 mm 2,1.106 an = 0,11+0,004 = 0,114 mm < angh = 0,24 mm Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế b, Đối với mặt cắt nhịp: Mc2 = Mca + Mcc + Mce + Mcf = Ma/nbt + Mc/nn + Me/nng+ Mf/ng = 1,04/1,05 + 2,06/1 + 0,096/1,2 + 2,13/1,3 Mc = 4,76 kNm Kiểm tra nứt cho tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm, a = a' = 3cm, ho =25-3= 22cm, Fa = 3,93 cm2, Fa’ = 5,65 cm2 b.h 100.252 + n.Fa h0 + n.F 'a a ' + 8, 75.3,93.22 + 8, 75.5, 65.3 xn= = 12,4 cm = b.h + n( Fa + F 'a ) 100.25 + 8, 75.(3,93 + 5, 65) Jqđ = = b.x 3n b.(h − x n ) + + n.Fa (h − x n ) + n.F'a ( x n − a ' ) 3 100.12,4 100.(25 − 12,4) + + 8,75.3,93(22 − 12,4) + 8,75.5,65.(12,4 − 3) 3 = 137770,78 cm4 Wqđ = 137770,78 = 10934,19 cm3 25 − 12,4 Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.10934,19 = 220050,56 daNcm nc.Mc = 1.47600 = 47600 daNcm < Mn Mặt cắt nhịp không bị nứt IV DẦM ĐỠ GIỮA 4.1 Sơ đồ tính toán Đáy máng bố trí dầm đỡ bao gồm dầm bên dầm Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng phần lề người truyền xuống chịu tải trọng nước tải trọng thân dầm Do vậy, ta tính toán bố trí cốt thép cho dầm giữa, bố trí thép tương tự cho dầm bên Tách dầm mặt cắt dọc máng Sơ đồ tính toán dầm đỡ dầm liên tục tiết diện chữ T có n=5 nhịp gối tựa trụ đỡ Chiều dài nhịp lnhịp = L/n = 28/5 = 5,6 m Chọn kích thước dầm: - Chiều cao dầm: hd = 80 cm - Bề rộng sườn: b = 30 cm - Bề rộng cánh: B/2 = 3,4/2 = 1,7 m B B/2 q = q d+ q 5,6 m 5,6 m 5,6 m n 5,6 m 5,6 m Hình 4.1 - Sơ đồ tính toán dầm đỡ 4.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc dầm đỡ giữa, tổ hợp tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm tải trọng sau: Tải trọng thân dầm: qcd = γb.Fd.1m =γb [ hd hđ +( bc – bđ ) hc ]=25.[0,8.0,25+ (1,7-0,25).0,3] = 15,87 kN/m qd = nd.qcd = 1,05.14,75 = 16,66 kN/m Áp lực nước ứng với cột nước Hmax: qcn = kđ.γn.B/2.Hmax = 1,3.10.1,7.2,2 = 48,62 kN/m qn = nn.qcn = 1.59,28 = 48,62 kN/m Tải trọng tiêu chuẩn tính toán tổng cộng: qc = qcd + qcn = 15,87 + 48,62 = 64,5 kN/m q = qd + qn = 16,66+ 48,62 = 65,28 kN/m 4.3 Xác định nội lực Tra phụ lục 18 trang 167 giáo trình Kết cấu BTCT - ĐH Thủy Lợi, ta vẽ biểu đồ nội lực M, Q dầm đỡ sau: 215,57 163,56 M kNm 67,35 x/l=0,4 159,47 144,65 192,4 94,37 182,78 Q kN 221,27 173,17 Hình 4.2 - Biểu đồ nội lực dầm đỡ 4.4 Tính toán cốt thép a Tính toán cốt thép dọc chịu lực Tính toán cốt thép dọc chịu lực cho mặt cắt có mômen uốn căng căng lớn Trường hợp căng lớn mặt cắt gối thứ hai: (tại mặt cắt có x/l = 1) Mmax = 0,1053.q.l2 = 0,1053.65,28.5,62 = 215,57 kNm = 2155700 daNcm Do mặt cắt gối, mômen uốn căng nên tiết diện chữ T cánh kéo tính toán tiết diện chữ nhật bxh = 30x80 cm b' = 170 cm ho = 76 cm h = 80 cm a Fa b = 30 cm Hình 4.3 – Tính cốt thép cho trường hợp căng Chọn a = a’ = 4cm, h0 = h-a = 76cm A= kn nc M 1,15.1.2155700 = = 0,159 → α = - − 2.0,159 = 0,174 mb Rn b.h0 1.90.30.762 A < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn Fa = mb Rn b.h0 α 1.90.30.76.0,174 = = 12, 02 cm2 ma Ra 1,1.2700 Fa > mminbh0 = 0,001.30.76 = 2,28 cm2 Chọn bố trí cốt thép chịu lực 4φ20/1m (12,56 cm2) theo chiều dọc máng 2, Trường hợp căng lớn mặt cắt nhịp biên : (tại mặt cắt x/l = 0,4) Mmax = 0,0779.q.l2 = 0,0779.65,28.5,62 = 159,475 kNm = 1594750 daNcm Tính toán tiết diện chữ T cánh nén: b = 30 cm, h = 80 cm, b’ c= 170 cm, h’c = 25 cm Chọn a = a’ = cm → h0 = h-a = 76 cm Kiểm tra vị trí trục trung hoà: h 'c Mc = mb.Rn.b'c.h'c.(h0 ) Mc = 1.90.170.25.(76 - 25 ) = 24288750 daNcm kn.nc.M = 1,15.1.1594750 = 1833962,5 daNcm kn.nc.M < Mc → Trục trung hoà qua cánh Tính toán cốt thép tương tự tiết diện chữ nhật b'cxh = 170x80 cm h = 80 cm a Fa ho = 76 cm b'c = 170 cm Hình 4.4 – Tính cốt thép cho trường hợp căng Chọn a = a’ = 4cm → h0 = h-a = 76cm A= kn nc M 1,15.1.1594750 = = 0, 018 → α = - − 2.0, 018 = 0,018 ' mb Rn bc h0 1,15.90.170.762 A < A0 → Tính cốt đơn Fa = mb Rn b.h0 α 1,15.90.170.76.0, 018 = = 8,1 cm2 ma Ra 1,1.2700 Fa > mminbh0 = 0,001.30.76 = 2,28 cm2 (chỉ bố trí thép bề rộng b = 30 cm) Chọn bố trí cốt thép chịu lực 4φ16/1m (8,04 cm2) theo chiều dọc máng b Tính toán cốt thép ngang Kiểm tra cường độ mặt cắt nghiêng cho mặt cắt có lực cắt lớn (mặt cắt bên trái gối thứ hai): Qmax = 0,6053.q.l = 0,6053.65,28.5,6=221,27 daN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,6.0,9.7,5.30.76 = 9234 daN k1 = 0,6 kết cấu dạng dầm kn.nc.Q = 1,15.22127 = 25446,05 daN 0,25.mb3.Rn.b.h0 = 0,25.1.90.30.76 = 51300 daN k1.mb4.Rk.b.h0 < kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 → Cần tính toán cốt ngang Tính toán cốt đai không cốt xiên Chọn đường kính cốt đai d = 8mm → Diện tích nhánh đai fd = 0,503cm2 Số nhánh nd = Tính khoảng cách vòng cốt đai: umax = 1,5.mb Rk b.h02 1,5.0,9.7,5.30.762 = = 68,94 cm kn nc Q 1,15.1.22127 uct = h 80 = = 26,7 cm 3 utt = ma.Rađ.nd.fđ 8.m b R k b.h 02 8.0,9.7,5.30.762 = 1,1.2150.2.0,503 = 34,38 cm (k n n c Q) (1,15.1.22127) Chọn khoảng cách vòng cốt đai thiết kế utk = 25 cm Tính toán cốt xiên Qdb = 2,8.h0 m b R k b.q d qd = m a R ad n.f d 1,1.2150.5.0,503 = = 237,919 daN/cm u 25 Qdb = 2,8.76 0,9.7,5.30.237,919 = 46708,8 daN kn.nc.Q = 1,15.1.25788 = 29656,2 daN < Qdb Không cần đặt cốt xiên 700 b Bố trí cốt thép dầm (hình 3.2) 150 a=250 a=250 4.5 Kiểm tra nứt tính bề rộng khe nứt Kiểm tra nứt mặt cắt có mômen căng căng lớn Điều kiện để dầm không bị nứt tiết diện trên: nc.Mc ≤ Mn = γ1.Rkc.Wqđ a Trường hợp căng dưới: Mcmax = 0,0779.qc.l2 = 0,0779.64,5.5,62 = 157,57 kNm Tiết diện chữ T cánh nén: b = 30 cm, h = 80 cm, b’c = 170 cm, h’c = 25 cm, a = a’ = cm, h0 = 76 cm, Fa = 8,04 cm2, F'a= 12,56 cm2; γ1= mh.γ = 1.1,75 = 1,75 ( ) h' b.h + b 'c − b c + n.Fa.h + n.Fa '.a ' xn = 2 b.h + b 'c − b h 'c + n.( Fa + Fa ') ( ) 30.802 252 + ( 170 − 30 ) + 8, 75.8, 04.76 + 8, 75.12,56.4 = 2 30.80 + ( 170 − 30 ) 25 + 8, 75 ( 8, 04 + 12,56 ) xn = 23,94 cm < h’c = 25 cm Trục trung hòa tiết diện quy đổi qua cánh φ16 b = 30 cm h = 80 cm 23,94 cm n ho = 76 cm φ20 a h'c = 25 cm a' = cm b'c = 170 cm Hình 4.5 – Kiểm tra nứt trường hợp căng Jqđ = = b'c x 3n (b'c − b)(h 'c − x n ) b(h − x n ) + + + n.Fa (h − x n ) + n.F'a ( x n − a ' ) 3 170.23,943 (170 − 30)(25 − 23,94)3 30(80 − 23,94)3 + + + 3 + 8,75.8,04.(76-23,94)2 + 8,75.12,56.(23,94-4)2 Jqđ =2773728,18 cm4 Wqđ = J qd h − xn = 2773728,18 =49477,84 cm3 80 − 23,94 Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.49477,84 = 995741,53 daNcm nc.Mc = 1575700= daNcm > Mn Tại mặt cắt dầm bị nứt Tính bề rộng khe nứt an = k.c.η σa − σ0 7.( − 100.µ ) d Ea k – hệ số, lấy với cấu kiện chịu uốn c – hệ số xét đến tính chất tác dụng tải trọng, lấy với tải trọng ngắn hạn, 1,3 với tải trọng dài hạn n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy với cốt thép có gờ µ= Fa 8, 04 = = 0,003 bh 30.76 Mc 1575700 = = 3033, 78 daN/cm2 σa = Fa Z1 8, 04.64, Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.76 = 64,6 cm với η = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép – ĐH Thủy Lợi an= 1.1,3.1 3033, 78 − 200 ( − 100.0, 003) 16 2,1.106 an = 0,18 mm < angh = 0,24mm Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế b Trường hợp căng trên: Mcmax= 0,1053.qc.l2 = 0,1053.64,5.5,62 = 212,992 kNm Tiết diện chữ T cánh kéo: b = 30 cm, h = 80 cm, bc = 170 cm, hc= 25cm, a = a' = cm, h0 = 76 cm, Fa = 12,56 cm2, F'a= 8,04 cm2; γ1= mh.γ = 1.1,75 = 1,75 h  b.h  + ( b c − b ).h c  h − c  + n.Fa.h + n.Fa '.a '  xn =  b.h + ( b c − b ).h c + n.( Fa + Fa ') 30.802 25   + ( 170 − 30 ) 25  80 − ÷ + 8, 75.12,56.76 + 8, 75.8,04.4 2 =  30.80 + ( 170 − 30 ) 25 + 8,75(12,56 + 8,04) xn = 56 cm Trục trung hòa tiết diện quy đổi qua cánh hc = 25 cm b = 30 cm a' = 4cm ho = 76 cm xn = 56 cm φ16 Hình 4.6 – Kiểm tra nứt trường hợp căng Jqđ = b.x 3n (b c − b)(h c + x n − h ) b c (h − x n ) + + + n.Fa (h − x n ) + n.F' a ( x n − a ' ) 3 3 (170 − 30) ( 25 + 56 − 80 ) 170 ( 80 − 56 ) = 30.56 + + + 3 3 + 8,75.12,56.(76–56)2+ 8,75.8,04.(56-4)2 Jqđ = 2773753,067 cm4 h = 80 cm φ20 a bc = 170 cm Wqđ = 2744417,16 = 115573,04 cm3 80 − 56 Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.115573,04 =2325907,43 daNcm nc.Mc = 2129920 = 2129920 daNcm < Mn Dầm không bị nứt mặt cắt 4.6 Tính biến dạng dầm: Tính toán kiểm tra độ võng cho mặt cắt nhịp dầm M =1464500 daNcm a Tính độ cứng dài hạn Bdh B dh = B ngh với độ cứng ngắn hạn Bngh = δ ( ) E a Fa Z1 h − x ψa Trong chiều cao vùng nén trung bình x tính theo quan hệ: x 0,7 x ϕ= =1;ξ= = 1,8 + + 5(L + T ) h0 100µ + x 10.µ.n Mc 1464500 L= c = 0,073; T = γ'(1 - δ'/2) = R n b.h 115.30.762 γ' = (b ' c ) n − b h 'c + Fa ' (170 − 30).25 + 8, 75 12,56 ν = = 1,856 0,15 b.h 30.76 Trong n lấy 0,15 với tải trọng tác dụng dài hạn độ ẩm môi trường lớn 40% Fa 8, 04 h 'c 0,33 25 = ) = 1,549; µ = δ' = = = 0,33; T = 1,856.(1 − = 0,003 b.h0 30.76 h0 76 Thay số liệu vào công thức tính ta có: x a' = ξ= = 1,8 + + 5(0, 073 + 1,549) = 0,027 < = 0,053 h0 h 76 10.0, 003.8, 75 Tính lại với điều kiện không kể đến Fa’ (bc' − b).hc' (170 − 30).25 δ' 0,33 = ) = 1,28 γ' = = 1,535; T = γ '(1 − ) = 1,535.(1 − b.h0 30.76 2 1 x = ξ= = 1,8 + + 5( L + T ) 1,8 + + 5(0, 073 + 1, 28) = 0,031 h0 10.µ n 10.0, 003.8, 75 x = ξ.h0 = 0,031.76 = 2,35 cm; ϕ= 0, 2,35 x x = 0, 46 ; x = = = 1− = ϕ 0, 46 5,1 100.0, 003 + x cm Tính cánh tay đòn nội ngẫu lực Z1 theo công thức thực nghiệm:  δ' γ '+ξ  Z1 = 1 −  h0 =  2( γ '+ξ')   0,33.1, 28 + 0, 0312  1 −  76 = 75,87 cm 2.(1, 28 + 0, 031)   Tính hệ số ψadh theo công thức: ψadh = σa = 2ψ a + Mc 1464500 = = 2400,84 daN/cm2 Fa Z1 8, 04.75,87 Tra phụ lục 16, biểu đồ trang 164 giáo trình Kết cấu BTCT - ĐH Thủy Lợi: Với g’ = 1,425, n.µ = 8,75.0,003 = 0,026 σa = 2400,84 daN/cm2, lấy ψa = 0,4 ψadh = 2.0,4 + = 0,6 Thay giá trị vừa tính vào công thức tính độ cứng Bngh dầm ta có: Bngh = Bdh = 2,1.106.8, 04.75,87.(76 − 5,1) = 72081,05.106 daNcm2 0, Bngh δ = 72081, 05.106 = 48054.106 daNcm2 = 48054 kNm2 1,5 Tiến hành nhân biểu đồ tính toán độ võng mặt cắt nhịp biên dầm đỡ giữa: f = Mp M k = Ω p y 0k B dh Ωp - diện tích biểu đồ mômen uốn Mp y 0k - tung độ biểu đồ M k0 hệ ứng với vị trí trọng tâm biểu đồ Mp 215,57 255,90 M p kNm Pk = Mk 1,4 Hình 4.7 – Biểu đồ mômen cuối biểu đồ mômen hệ Dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêshagin, ta tính độ võng mặt cắt nhịp biên: 215,57 255,90 = 215,57 + 107,78 M p kNm 255,90 Mk 1,4 5,6 m Hình 4.8 – Cách nhân biểu đồ f= [2.( 255,9.2,8).( 1, 4) − ( 1, 4.5, ).107 ,78 ] = 0,008 m 48054 f 0, 008 0, 714  f = = [...]... 11,5 11110,55 = 223599,76 daNcm nc.Mc = 1 271300 = 271300 daNcm > Mn Mặt cắt sát vách máng bị nứt Tính toán bề rộng khe nứt: an = an1 + an2 c c c M dh = M bt + M n = 0,8 + 23, 07 = 23,87 kN = 238700 daNcm c c c M ngh = M ng + M gh = 0, 64 + 2, 62 = 3, 26 kN = 32600 daNcm Tính bề rộng khe nứt an theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116-85): an1 = k.c1.η σ a1 − σ 0 7.(4 -100.µ) d Ea an2 = k.c2.η σa2 − σ0 7.(4... ngh Fa Z1 = 238700 = 2761, 2 daN/cm2 5, 65.15,3 = 32600 = 377,11 daN/cm2 5.65.15,3 Trong đó: Z1 = η.h0 = 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 2761, 2 − 200 7.(4 − 100.0, 0031) 12 = 0,14 mm 2,1.106 377,11 − 200 7.(4 − 100.0, 0011) 12 = 0,007 mm 2,1.106 an = 0,14 + 0,007 = 0,147 mm < angh = 0,24 mm Bề rộng khe nứt... Fa Z1 = 238700 = 2259, 23 daN/cm2 5, 65.18, 7 = 32600 = 308,55 daN/cm2 5, 65.18, 7 Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.22 = 18,7 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 2259, 23 − 200 7.(4 − 100.0, 0025) 12 = 0,11 mm 2,1.106 308,55 − 200 7.(4 − 100.0, 0025) 12 = 0,004 mm 2,1.106 an = 0,11+0,004 = 0,114 mm < angh = 0,24 mm Bề rộng khe... cốt thép ngang Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất (mặt cắt bên trái gối thứ hai): Qmax = 0,6053.q.l = 0,6053.65,28.5,6=221,27 daN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,6.0,9.7,5.30.76 = 9234 daN k1 = 0,6 đối với kết cấu dạng dầm kn.nc.Q = 1,15.22127 = 25446,05 daN 0,25.mb3.Rn.b.h0 = 0,25.1.90.30.76 = 51300 daN k1.mb4.Rk.b.h0 < kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 → Cần tính toán cốt ngang Tính... 2400,84 daN/cm2 Fa Z1 8, 04.75,87 Tra phụ lục 16, biểu đồ 3 trang 164 giáo trình Kết cấu BTCT - ĐH Thủy Lợi: Với g’ = 1,425, n.µ = 8,75.0,003 = 0,026 và σa = 2400,84 daN/cm2, lấy ψa = 0,4 ψadh = 2.0,4 + 1 = 0,6 3 Thay các giá trị vừa tính được vào công thức tính độ cứng Bngh của dầm ta có: Bngh = Bdh = 2,1.106.8, 04.75,87.(76 − 5,1) = 72081,05.106 daNcm2 0, 6 Bngh δ = 72081, 05.106 = 48054.106 daNcm2... lấy bằng 1 với cốt thép có gờ µ= Fa 8, 04 = = 0,003 bh 0 30.76 Mc 1575700 = = 3033, 78 daN/cm2 σa = Fa Z1 8, 04.64, 6 Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.76 = 64,6 cm với η = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép – ĐH Thủy Lợi an= 1.1,3.1 3033, 78 − 200 7 ( 4 − 100.0, 003) 16 2,1.106 an = 0,18 mm < angh = 0,24mm Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế b Trường hợp căng trên: Mcmax=... toán cốt ngang Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng tại mặt cắt sát vách máng trong trường hợp máng dẫn nước với mực nước Hmax, người đi trên cả hai bên lề và gió từ phải sang trái Q = Qa + Qb + Qd + Qe + Qg = 5,025 + 38,54 + 0,54 + 0,109 + 1,79 = 46,006 kN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.22 = 11880 daN kn.nc.Q = 1,15.1.4600,6 = 5290,7 daN kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 Không cần tính cốt ngang c Bố trí... 1,75.11,5.115573,04 =2325907,43 daNcm nc.Mc = 1 2129920 = 2129920 daNcm < Mn Dầm không bị nứt tại mặt cắt trên 4.6 Tính biến dạng dầm: Tính toán kiểm tra độ võng cho mặt cắt giữa nhịp dầm đầu tiên M =1464500 daNcm a Tính độ cứng dài hạn Bdh B dh = B ngh với độ cứng ngắn hạn Bngh = δ ( ) E a Fa Z1 h 0 − x ψa Trong đó chiều cao vùng nén trung bình x được tính theo quan hệ: 1 x 0,7 x ϕ= =1;ξ= = 1,8 +... 0,54 e Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mgđ, Mgh): M0 = Mgđ = 4,549 kNm M2 = Mgh= 3,41 kNm Q0 = Q2 = M gđ α 0 + l M gđ α 2 l + M gh α 2 l M gh α 0 l = = 4,549.( −1, 25) 3, 41.0, 25 + = -2,77 kNm 1, 75 1, 75 4, 549.0, 25 3, 41.(−1, 25) + = -1,78 kNm 1, 75 1, 75 Mgd= 4,549 kNm Mgh= 3,41 kNm 0,28 3,41 M kNm 4,549 2,86 2,13 Q kN - - 1,79 g Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (Mgđ,... Chọn khoảng cách giữa các vòng cốt đai thiết kế utk = 25 cm Tính toán cốt xiên Qdb = 2,8.h0 m b 4 R k b.q d qd = m a R ad n.f d 1,1.2150.5.0,503 = = 237,919 daN/cm u 25 Qdb = 2,8.76 0,9.7,5.30.237,919 = 46708,8 daN kn.nc.Q = 1,15.1.25788 = 29656,2 daN < Qdb Không cần đặt cốt xiên 700 b Bố trí cốt thép dầm (hình 3.2) 150 8 a=250 8 a=250 1 4.5 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt Kiểm tra nứt tại 2 mặt