Đồ án chuyên ngành công trình thủy lợi thiết kế cầu máng bê tông cốt thép

Xác định tải trọng các dụng: Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt và tính độ võng.. Tải trọng tính toán

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

A TÀI LIỆU THIẾT KẾ

 

Số liệu riêng: 

 

Nhóm  Chiều dài 

L (m) 

Bề rộng 

B (m) 

Hmax  (m) 

Mác bê  tông 

Nhóm thép  Số nhịp 

 

     

Hình 1 – Mặt cắt dọc cầu máng  1 Thân máng; 2 Trụ đỡ; 3 Nối tiếp  Hình 2 – Mặt cắt ngang máng  1 - Lề người đi  2 – Vách máng  3 – đáy máng   4 – Dầm đỡ dọc máng  5 – Khung đỡ (không tính toán trong đồ  án) Số liệu chung: Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng:  = 0,5m      

Tải trọng gió: qg = 1,2 kN/m 2 Gió đẩy: Hệ số kgió đẩy = 0,8      

Gió hút: Hệ số kgió hút = 0,6  Cầu máng thuộc công trình cấp III       

Dung trọng bê tông: b = 25 kN/m 3 Bề rộng vết nứt giới hạn: angh = 0,24 mm      

Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500  Tải trọng người đi:qng =200 kG/m 2 = 2 kN/m 2 

 

Từ các số liệu đã cho , tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta 

có: 

Kn=1,15; Rn= 90 daN/cm2; Rk=7.5 daN/cm2 ; Rk

c

 = 11.5daN/cm2 ;Rn

c

 = 115 daN/cm2; 

mb= 1; mb4=0,9; ma=1,1; Ra = R’a = 2700 daN/cm2 ; α0= 0,6 ; A0= 0,42 ;Ea= 2.100.000 

daN/cm2 ; Eb= 2.4.105 daN/cm2 ; n=Ea/Eb= 8,75 ; µmin= 0,1 %  ; 

B

1

2

3

4

5

2 Xác định tải trọng các dụng: 

Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm    tra nứt, tính bề rộng vết nứt  và tính độ võng. 

Tải trọng tính toán : qtt = qc.nt (với nt là hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn I : Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép 

5 Kiểm tra nứt: 

Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có Mmax. Với những mặt cắt không cho phép xuát hiện khe nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục. Với những mặt cắt cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu an < angh , nếu an>angh , đưa ra giải pháp khắc phục. 

6 Tính độ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l]. Nếu f/l >[f/l] thì đưa ra giải pháp khắc phục. 

I LỀ NGƯỜI ĐI

1.1 Sơ dồ tính toán

Cắt 1m dài lề người đi theo chiều dọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề là 1m. Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm 

Hình 1.1 – Sơ đồ tính toán lề người đi. 

kNm

kN

a = 2cm, h0 = h – a = 8cm

0 n b

c n

h.b.R

m

M.n

0 n b

R.m

.h.b.R

 = 1.90.100.8.0, 028

1,1.2700   =  0.78 cm2< µminbh0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm2. Chọn và bố trí cốt thép chịu lực : 5 8/1m ( 2,51 cm2) theo phương vuông góc với 

a=250

8

- Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M bt

- Áp lực nước tương ứng vơi H max : q n

- Áp lực gió ( gồm gió đẩy và gió hút ): q gđ và  qgh

Các tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng. 

a Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng :M bt , q gđ (gió đẩy, trong máng không có nước và không có người đi trên lê)

qcbt 2l

2

8.0.5,

b Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng :M bt , M ng , q gh ,q n ( gió hút, trong máng có nước chảy qua với mực nước H max và trên lề có người đi)

L

l c

2 max c

max n c

qn.max 2max

=

2

24, 7.1, 96

q = 24,7 kN/m  

nmax  

0,84

bt gd

2,995 kN Q

0 kN Q

kNm

0,84 M

1,248 kN Q

2.4 Tính toán và bố trí cốt thép

a Tính toán và bố trí cốt thép dọc:

Tính toán và bố trí thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mô men uốn lớn nhất ( mặt cắt ngàm ) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài.  

Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm. Chọn a = 2 cm, h0 = h – a = 18cm.  

1 Trường hợp căng ngoài : M = 2,754 kNm. 

0 n b

c n

h.b.R.m

M.n.k

0 n b

R m

h b R

2 Trương hợp căng trong: M = 19,165 kNm. 

0 n b

c n

h.b.R.m

M.n.k

0 n b

R m

h b R

xn = 

)'FF(nh.b

'a.'F.nh.F.n2

h

b

a a

a 0

a 2

n n.F (h x ) n.F' (x a')

3

)xh.(

b3

x

III ĐÁY MÁNG

3.1 Sơ đò tính toán

Cắt 1m dài đáy máng vuông góc với chiều dòng chảy, đáy mnags tính toán như một dầm lien tục 2 nhịp có gối tựa là các dầm đỡ dọc. 

Mcnmax = 14,861 kNm; Mnmax = 14,861 kNm đã tính ở phần thiết kế vách máng. 

4 Áp lực nước ứng với mực nước cột nước nguy hiểm H ngh :

a Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề người

đi truyền xuống (q đ , M bt ):

kNm M

c.Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm H ngh (q ngh , M ngh ):

0,746

28,86

+

-13,13

d Nội lực do tải trọng người đi trên lề trái (M ng ):

e Nội lực do tải trọng người đi trên lề phải (M ng ):

M

+

+1,88

13,28

13,28 13,29

13,29

+

kNm M

M = 0,768 kNm

ng

( , tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT )

M kNm

-

-0,225

Q kN

2,696 kNm M

1 TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách :

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax có người đi trên lề bên trái hoặc cả 2 bên và có 

3,5942,251,685

+ +

650 2

2 Trường hợp gây căng dưới lớn nhất M 2 tại mặt cắt giữa nhịp:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữa nhật: b = 100cm, h = 25cm. Chọn a = 3cm, h0 = h – a = 22cm. 

b Tính toán cốt ngang

Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng tại mặt cắt sát vách trong trường hợp máng dẫn nước với mực nước Hmax , người đi trên cả hai bên lề và gió từ phải sang trái. 

3.93,3.75,822.65,5.75,82

25.100)

'FF(nh

b

'a.'F.nh.F.n2

h

a a

a 0

a 2

n 0 a

3 n 3

n n.F (h x ) n.F' (x a')

3

)xh.(

b3

  =  2 2

3 3

)36,12.(

93,3.75,8)6,1222(65,5.75,83

)6,1225.(

1003

6,12

78,137770

75,825.100

3.65,5.75,822.39,3.75,82

25.100)

'FF(nh

b

'a.'F.nh.F.n2

h

a a

a 0

a 2

n 0 a

3 n 3

n n.F (h x ) n.F' (x a')

3

)xh.(

b3

)34,12.(

65,5.75,8)4,1222(93,3.75,83

)4,1225.(

1003

4,12

78,137770

4,3 m 4,3 m

q = q + qd n

4,3 m

q = q + qd n

kN Q

110,82

34,63 84,1

48,52 81,99

96,85

148,15

128,815

115,94 122.38

4,3 m

M kNm

a a

m R b h F

0, 0096 1,15.90.165.76

a a

m R b h F

m R



Fa>μminbh0 = 0,001.30.76 = 2,28 cm2 (chọn bố trí thép trong bề rộng b = 30 cm). Chọn và bố trí thép chịu lực 314/1m (4,62 cm2) theo chiều dọc máng. 

b Tính toán cốt thép ngang

kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghienecho mặt cắt có lức cắt lớn nhất( măt cắt bên trái gối thứ hai ): 

  = 26,7 cm. 

utt= ma.Rađ.nd.fđ 2

c n

2 0 k 4

)Q.n.k(

h.b.R.m

2

8.0,9.7, 5.30.761,1.2150.2.0,503

 = 

25

503 , 0 2 2150 1 , 1

' a '.

Fa n h Fa n 2

h b b 2

h

.

b

' c '

c

0

2 ' c '

c 2

Hình 4.5 – Kiểm tra nứt trường hợp căng dưới. 

n a 2 n 0 a

3 n 3

n c c 3 n

c n.F(h x ) n.F' (x a')

3

)xh(b3

)x'h)(

b'b(3

x.'

'a'

Fa.nh.Fa.n2

hh.h.bb2

h

b

c c

0 c

c c

Hình 4.6 – Kiểm tra nứt trường hợp căng trên. 

n a 2 n 0 a

3 n c 3 n c c

3 n

)'ax('F.n)xh(F.n3

)xh(b3

)hxh)(

bb(3

a F Z h x E





. Trong đó chiều cao vùng nén trung bình x được tính theo quan hệ : 

7,0

) T L ( 5 1 8 , 1

L = 2

0 c

n

c

h.b

'Fa

nh.b

0,1530.76

= 1,631. 

Trong đó v lấy bằng 0,15 với tải trọng tác dụng dài hạn và độ ẩm môi trường lớn hơn 40%. 

' a

25)

30160(h

.b

h)

bb

(

0

' c '

425 , 1 ) 2

' 1 ( '

''1

2

.h0 = 

2

0, 33.1, 425 0, 0231

795100

c a

 = 0,6. 

Công thức tính độ cứng Bngh của dầm ta có: 

f = Mp.Mk = 0

k p dh

y B

P = 1k

p

k 0

129,9

Dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêshagin, ta tính được độ võng tại mặt cắt giữa nhịp biên: