Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt trong thời gian thi công.. c- Tải trọng do người đi : Theo kết quả tính toán ở mục 2.3 ,ta có: Tra c
Trang 1THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A.TÀI LIỆU THIẾT KẾ
Kênh dẫn nước đi qua vùng trũng Sau khi so sánh các phương án thiết kế đã đi tới kết
luận cần xây dựng một cầu máng bê tông cốt thép để dẫn nước đi qua Dựa vào địa hình, qua
tính toán thủy lực và thủy nông người ta đã xác định được kích thước và mực nước yêu cầu
trong máng như sau:
+ Chiều dài máng: L=32(m)
+ Bề rộng máng: B=2.4(m)
+Cột nước lớn nhất trong máng: Hmax =2.3(m)
Hình 1: Sơ đồ cầu máng
1 Thân máng 2 Trụ đỡ 3 Nối tiếp
+ Vùng xây dựng công trình có cường đô gió qg =1,2 (kN/m2), hệ số gió đẩy là kgđ= 0,8 , hệ số
gió hút là kgh=0,6
+ Cầu máng thuộc công trình cấp III
+ Dùng bê tông Mác 200, cốt thép nhóm CII
+ Dung trọng bê tông: b= 25(kN/m3)
+ Độ vượt cao an toàn là δ=0,5(m)
+ Tải trọng người đi: q=2(kN/m3)
+ Số nhịp cầu máng: n= 5 (nhịp)
1
23
Trang 3B TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN CẦU MÁNG
Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt trong
thời gian thi công Trong phạm vi đồ án này chỉ tính nội lực trong các bộ phân tổ hợp tải trọng
cơ bản
1.LỀ NGƯỜI ĐI
1.1 Sơ đồ tính toán:
Chọn kích thước
Cắt 1m dài dọc máng, xem như một dầm công xôn ngàm tại vách máng
Chọn kích thước như sau:
q 2.1m2kN / m
Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi:
q n q n qTrong đó: nbt 1, 05 - hệ số vượt tải của tải trọng bản thân
nng 1, 2 - hệ số vượt tải của tải trọng người đi (TCVN 2737-1995)
Trang 4STT Tên tải trọng TT tiêu chuẩn(kN/m) TT tính toán (kN/m)
16080.1.15,1
= 0,032
A = 0,032 < A0 = 0,42 tính cốt đơn a = 1 - 12A= 1 - 1 2.0,032= 0,033
Fa =
a a
0 n b
R.m
.h.b.R
Chọn và bố trí thép cấu tạo 58/1m (2,51 cm2) theo phương vuông góc với hướng dòng chảy
Chọn và bố trí thép cấu tạo vuông góc với thép chịu lực 46/1m (1,13 cm2)
- Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Qmax= 402 daN)
Trang 5k1.mb4Rkbh0=0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN (k1=0,8 đối với kết cấu dạng bản)
Cắt 1m dài dọc theo chiều dài máng.Vách máng được tính
toán như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm
dọc.Sơ bộ chọn các kích thước vách máng như sau:
- Chiều cao vách: H v H max 2,3 0,5 2,8m
( : độ cao an toàn, lấy 0, 5m)
- Bề dày vách thay đổi dần h v 12 20 cm
2.2 Tải trọng tác dụng:
Do điều kiện làm việc của vách máng nên tải trọng tác dụng gồm:
- Mômen tập trung do người đi trên lề truyền xuống: Mng
- Mômen do trọng lượng bản thân lề đi: Ml
8a=200
Trang 6- Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn
- Áp lực gió( gồm gió đẩy và gió hút): qg
Các tải trọng này gây căng trong và căng ngoài vách máng
- Các tải trọng gây căng ngoài: Ml, qgđ :
Trang 7kNmM4,8922
0 kN
Q +
Trang 8
29,9.2,36
.H
q
M
2 2
max c
0,72.2,82
.H
q
M
2 2
29,9.2,32
10.0522,4.1.15,1
= 0,016
A = 0,015 < A0 = 0,42 tính cốt đơn, a = 1 - 1 2A= 1 - 1 2.0,016= 0,016
Fa =
a a
0 n
016,0.18.100.90.1
= 0,84 cm2
Fa < minbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2
Chọn và bố trí thép chịu lực lớp ngoài theo cấu tạo 58/1m (2,51 cm2)
b Trường hợp căng trong (M =31,6569 kNm)
0 n
10.6569,31.1.15,1
= 0,125
A = 0,125 < A0 = 0,42 tính cốt đơn, a = 1 - 1 2A= 1 - 12.0,125= 0,134
Fa =
a a
0 n
134,0.18.100.90.1
= 6,99 cm2
Fa > minbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2
Chọn và bố trí thép chịu lực lớp trong 514/1m (7,69 cm2)
Trang 9c Tính toán và bố trí thép ngang :
Kiểm tra điều kiện cường đồ theo lực cắt Q cho trường hợp căng trong
k1.mb4Rkbh0=0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN (k1=0,8 đối với kết cấu dạng bản)
Trang 10
b
a.F.nh.F
a 0 a 2
75,820.100
2.51,2.75,818.69,7.75,82
20
3
)xh.(
1003
đối với kết cấu nằm trong nước
- h 1 lấy đối với thép thanh có gờ
Trang 11- c : Lấy bằng 1 đối với tải trọng ngắn hạn và bằng 1,3 với tải trọng dài hạn
a 0
Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau:
- Chiều dày bản đáy hđ =25 m
Hình 3.1: Sơ đồ tính toán đáy máng
Trang 12 c
- Tải trọng do người đi :
Theo kết quả tính toán ở mục 2.3 ,ta có:
Tra các phụ lục 18,21 trong giáo trình kết cấu bê tông cốt thép, vẽ biểu đồ nội lực ứng với từng
tải trọng tác dụng lên đáy máng, sau đo tổ hợp lại thành các trường hợp tải trọng bất lợi nhất cho
ba mặt cắt cần tính toán và bố trí thép
Trang 13a Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống (
Trang 14b.Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước Hmax (qn max, Mn max)
Số liệu lấy trong bảng tra 2 trang 36
Trang 16d.Nội lực do tải trọng người đi lề trái ( Mng) :
Số liệu lấy trong bảng tra 4 trang 38
Trang 17e Nội lực do tải trọng người đi lề bên phải ( Mng) :
Số liệu lấy trong bảng tra 5 trang 39
Trang 18f Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải( Mgđ, Mgh)
Số liệu lấy trong bảng tra 6 trang 40
Trang 19g Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái ( Mgđ, Mgh) :
Số liệu lấy trong bảng tra 7 trang 41
Trang 20Các trường hợp tải trọng gây ra nội lực bất lợi nhất tại ba mặt cắt cần tình toán bao gồm :
1 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách :
Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax, người đi lề bên trái hoặc cả 2 bên và có gió thổi từ
phải sang trái :
M1= MI + MII + MIV + MVII = 0,84 + 26,3618 + 0,768 + 3,6691 = 31,6389 kNm
2 Trường hợp gây mômen căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:
Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh, có người đi trên lề phải và có gió thổi từ trái sang
phải
M2 = MI + MIII + MV + MVI = 0,747 + 0,431 + 0,096 + 2,293 = 3,567 kNm
3 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa :
Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh, không có người đi trên lề và cso gió thổi từ phải sang
trái hoặc ngược lại
M3= MI + MIII + MVI =0,862 + 1,494 + 0,306 =2,662 kNm
3.4 Tính toán bố trí cốt thép đáy máng:
a Tính toán cốt thép dọc chịu lực :
1 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách :
Tiết diện tính toán hình chữ nhật b =100cm, h =25 cm
Chọn a= 3 cm, h0= h – a = 22 cm
22.100.90.1
316389
1.15,1h
0 n
a
0 n
b
2700.15,1
088,0.22.100.90.1R
m
.h
2 Trường hợp gây mômen căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:
Tiết diện tính toán hình chữ nhật b =100cm, h =25 cm
Chọn a= 3 cm, h0= h – a = 22 cm
22.100.90.1
35670.1.15,1h
0 n
b
c
n a = 1 - 12A= 1 - 12.0,0094= 0,0094
Trang 21A = 0,0094 < A0 = 0,42 Tính cốt đơn
2 a
a
0 n
b
2700.15,1
0094,0.22.100.90.1R
m
.h
3 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa :
Tiết diện tính toán hình chữ nhật b =100cm, h =25 cm
Chọn a= 3 cm, h0= h – a = 22 cm
22.100.90.1
26620.1.15,1h
0 n
a
0 n
b
2700.15,1
007,0.22.100.90.1R
m
.h
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
Trang 223.5 Kiểm tra nứt
Kiểm tra nứt tai 2 mặt cắt: mặt cắt sát vách và giữa nhịp
Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc Mn = 1.Rkc.Wqđ
h
b
a.F.nh.F
a 0 a 2
75,825.100
3.93,3.75,822.65,5.75,82
25
3
)xh.(
1003
25
78,
Trang 23 đối với kết cấu nằm trong nước
- h 1 lấy đối với thép thanh có gờ
- c : Lấy bằng 1 đối với tải trọng ngắn hạn và bằng 1,3 với tải trọng dài hạn
a 0
Trang 24B=2,4 m1,2 m
b Đối với mặt cắt giữa nhịp :
h
b
a.F.nh.F
a 0 a 2
75,825.100
3.93,3.75,822.65,5.75,82
25
3 n 3
3
)xh.(
1003
25
78,
Đáy máng bố trí 3 dầm( 2 dầm bên ,1 dầm giữa) Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng và
phần lề người đi truyền xuống nhưng chịu tải trọng nước và tải trọng bản thân ít hơn dầm giữa
Tính toán dầm giữa, 2 dầm bên bố trí thép tương tự
Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng Tiết diện dầm chữ T Sơ đồ tính là dầm liên tục 5 nhịp
Trang 26Hình 4.2: Biểu đồ nội lực của dầm
- Sử dụng bảng tra 8 trang 42
4.4 Tính toán cốt thép
a Tính toán cốt thép dọc chịu lực
Tính toán cốt thép dọc chịu lực cho 2 mặt cắt có mômen uốn căng trên và căng dưới lớn nhất
1 Trường hợp căng trên lớn nhất
Mmax = 0,1053.q.l2 = 0,1053.48,09.6,42 = 207,4164 kNm = 2074164 daNcm
Do tại mặt cắt trên gối, mômen uốn căng trên nên tiết diện chữ T cánh kéo được tính toán như
đối với tiết diện chữ nhật bxh =30x80 cm
Chọn a = a = 4cm, ho=76 cm
76.30.90.1
2074164
1.15,1h
0 n
Trang 27.1,1
167,0.76.30.90.1R
m
.h
b
Fa bh = 0,001.30.76 = 2,28 cm2
Chon và bố trí cốt thép chịu lực 420/1m (12,56 cm2) Theo chiều dọc máng
2 Trường hợp căng dưới lớn nhất
kn.nc.M < Mc Trục trung hòa đi qua cánh
Tính toán cốt thép tương tự như đối với tiết diện chữ nhật với bcx h =160 x 80 cm
Hình 4.4: Tính cốt thép cho trường hợp căng dưới
76.30.90.1
1534448
1.15,1h
0 n
12,0.76.30.90.1R
m
.h
Trang 28.n.k
h.b.R.m.5
,
c n
2 0 k
uct =
3
803
h
= 26,7 cm
utt = ma.Rađ.nđ.fđ 2
c n
2 0 k 4
)Q.n.k(
h.b.R.m.8
2 2)18630.1.15,1(
76.30.5,7.9,0.8.503,0.2.2150.1,1
= 95,17 daN/cm
Qdb = 2,8.76 0,9.7,5.30.95,17 29541,61daN
kn.nc.Q = 1,15.1.18630 = 21424,5 daN < Qdb Không cần đặt cốt xiên
Trang 294.5 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt
Điều kiện để dầm không bị nứt: nc.Mc Mn = 1.Rkc.Wqđ
Kiểm tra cho 2 mặt cắt có mômen dương và âm lớn nhất:
1 Trường hợp căng dưới
Trang 30- h 1 lấy đối với thép thanh có gờ
- c : Lấy bằng 1 đối với tải trọng ngắn hạn và bằng 1,3 với tải trọng dài hạn
a 0
Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế
2 Trường hợp căng trên
2
160 30 25 55,5 80 160 80 55,530.55, 5
Trang 31
; = h0
x =
n 10
)TL(518,1
b
'Fa
nh
56,12.15,0
75,825)
30160
75,
76.30
42,9h.b
F0
Trang 32 0
Trong đó: - Là diện tích của biểu đồ mômen uốn Mp p
yk: tung độ biểu đồ Mk ứng với vị trí trọng tâm của biểu đồ Mp
Trang 33k 0
1,5
268,40
Trang 34f = 1,5.6,4).117,74]
2
1()5,1.8
5).(
4,6.40,268.3
1.(
Dầm đã cho thỏa mãn yêu cầu về độ võng
Vậy cầu máng BTCT thiết kế với các thông số ghi trong bản vẽ và thực nghiệm tính toán là
hợp lí.Đảm bảo đủ cường độ chịu lực theo yêu cầu!
Hà Nội , ngày 3 tháng 10 năm 2013
SV Lại Minh Thành
Trang 35Bảng tra 1: Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề
Trang 36Bảng tra 2 : Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước Hmax.
Trang 37Bảng tra 3: Nội lực do áp lực ứng với Hngh.
Trang 38Bảng tra 4: Nội lực do tải trọng người đi lề trái
Trang 39Bảng tra 5: Nội lực do tải trọng người đi lề bên phải
2 -1.000 -1.250 -0.768 -0.768
M bên phải
Trang 40Bảng tra 6 : Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải
M bên trái M bên phải
Trang 41Bảng tra 7 : Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái
0.1 -0.875 1.250 -0.025 -0.250 -3.333 2.6910.2 -0.750 1.250 -0.050 -0.250 -2.996 2.6910.3 -0.625 1.250 -0.075 -0.250 -2.660 2.6910.4 -0.500 1.250 -0.100 -0.250 -2.324 2.6910.5 -0.375 1.250 -0.125 -0.250 -1.987 2.6910.6 -0.250 1.250 -0.150 -0.250 -1.651 2.6910.7 -0.125 1.250 -0.175 -0.250 -1.315 2.691