Đồ án Kết cấu BTCT 22TCN 272 05 L = 19m

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên : Lớp : ĐỀ BÀI: Thiết kế dầm cho cầu dường ôtô nhịp giản đơn, BTCT, thi công phương pháp đúc riêng dầm công trường tải trọng cho trước I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp :l=19(m) Hoạt tải :HL – 93 Khoảng cách tim hai dầm : 230(m) Bề rộng chế tạo cánh : bf= 180(cm) Tĩnh tải mặt cầu dải :DW=5.0(kN/m) Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mgM=0.5 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mgQ= 0.6 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg= 0.55 Hệ số cấp đường :k=0.5 Độ võng cho phép hoạt tải : 1/800 Khối lượng riêng bê tông γc=2500(kg/m3) Vật liệu(cốt thép theo ASTM 615M) : Cốt thép chịu lực fy=520 Mpa : Cốt đai fy=280MPA : Bêtông f’c=30MPA Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 II-YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG: A-TÍNH TOÁN: Chọn mặt cắt ngang dầm Tính mômen, lực cắt lớn tải trọng gây 3.Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt tải trọng gây Tính bố trí cốt thép dọc mặt cắt nhịp Tính toán kiểm toán nứt Tính độ võng hoạt tải gây Xác định vị trí cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu B-BẢN VẼ: Thể khổ giấy A1 Vẽ mặt dầm, vẽ mặt cắt đại diện Vẽ biểu đồ bao vật liệu Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu BÀI LÀM I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1 Chiều cao dầm h: -Chiều cao dầm h chọn theo điều kiện cường độ điều kiện độ võng, thông thường với dầm BTCT chiều cao thỏa mãn điều kiện cường độ aatj yêu cầu độ võng - Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm: h= h=0.95(m) 1.9(m) -Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình: hmin =0.07 L= 0.07 x19 =1.33 (m) • Trên sở chọn chiều cao dầm h =140(cm) Mặt cắt ngang dầm 1.2 Bề rộng sườn dầm:bw Tại mặt cắt gối dầm, chiều rộng sườn dầm định theo tính toán ứng suất kéo chủ, nhiên ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bêtông với chất lượng tốt Theo yêu cầu ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 20(cm) 1.3 Chiều dày cánh: hr Chiều dày cánh phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf= 18(cm) 1.4.Chiều rộng cánh: Theo điều kiện đề cho: b=180(cm) 1.5.Chọn kích thước bầu dầm:b1,h1 b1=33(cm) h1=20(cm) 1.6.Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: Diện tích mặt cắt dầm: A=1.8x0.18+0.1x0.1+0.065x0.065+0.2x0.33+(1.4-0.18-0.2)x0.2=0.608(cm2) =Axγ=0.608x 24=14.59 (kN/m) Trong đó: γ=24(kN/ ): trọng lượng riêng bê tông ( Xem lại phần chọn 25) *Xác định bề rộng cánh tính toán: Bề rộng cánh tính toán dầm bên không lấy trị số nhỏ ba trị số sau: - 14 L= =4.75(m), với L chiều dài nhịp -Khoảng cách tim dầm: 230(cm) -12 lần bề dày cánh bề rộng sườn dầm:12hf + =12 18+20=236(cm) -Và bề rộng canh tính toán không lớn bề rộng cánh chế tạo: bf= 180(cm) Vì bề rộng cánh hữu hiệu b= 180(cm) *Quy đổi tiết diện tính toán: -diện tích tam giác chỗ vát cánh : S1=10x 102 =50 cm2 -Chiều dày cánh quy đổi: hfqd=hf+ =18+ =18.625 (cm)=186.25 (mm) -diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm: S2= x6.5x6.5=21.125(cm2) -Chiều cao bầu dầm mới: Hfqd=hf+ =20+ =232.5(mm)=23.25(cm) Mặt cắt ngang tính toán II-TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM *Tính mômen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính mặt cắt nhịp: M= ƞ{(1,25xWdc+1,5xWdc)}+mgM[1,75xLL1+1,75x k LLMx(1+IM)]}xWM Trong đó: LLL : Tải trọng rải đều(9,3KN/m) LLMtan dem=21.745: Hoạt tải tương đương xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp (KN/m) LLMtruck=25.66 : Hoạt tải tương đương củ xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp (KN/m) mgM =0.5 : Hệ số phân bố ngang tính cho mômen(đã tính cho hệ số xem) wdc =14.59 : Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài (KN/m) wdw=5.0 : Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích công cộng đơn vị chiều dài (tính cho dầm,KN/m) 1+IM =1.25 :Hệ số xung kích : Diện tích đường ảnh hưởng M (m2) wM=45.125 K=0.5 :Hệ số HL-93 Thay số: M=0,95x{(1,25x14,59+1,5x5,0)+0,5[1,75x9,3+1,75x0,5x25.66x(1+0,25)]}x45,125 =2053.74(KN/m) Giả sử chiều cao hữu hiệu dầm: d=(0,8 0,9)h chọn d=0,9h=0,9x140=126 (cm) Giả sử trục trung hoà qua sườn dầm ta có: Mn=0,85 x a x bw x fc ’(dMu= ΦMn ) + 0.85 x β1 (b-bw)x hf x fc’(d- ) Trong đó: Mn:là Mômen kháng danh định Mu= 2053.74 (KN.m) Φ : Hệ số kháng(với dầm chịu kéo uốn lấy Φ =0.9 ) As :diện tích cốt thép chịu kéo fy =520MPa:Giới hạn chảy cốt thép dọc chủ fc’=30MPa:Cường độ chịu kéo bê tông tuổi 28 ngày 1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định: Vì f’c=30MPa nên ta có=> β1=0,836 hf=0,18588m : Chiều dày cánh sau quy đổi a= β1x c :Chiều cao khối ứng suất tương đương Ta có :a=d (1- ) Với Mf=0,85 β (b-b ) hf fc’(d- ) Thay số liệu vào ta có Mf=0.85 0.836 (1.8-0.2) 0.18625 30 103 (1.26- 0.18625/2 )=7412.88(KN/m) = =2406.84(KN/m)0.03 =0.03 x =0.173% III-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: Vẽ đường ảnh hưởng mômen,lực cắt -Chiều dài nhịp:l=19(m) -Chia dầm thàn đoạn tương ứng với mặt cắt từ đến 10, đoạn dài 1.9(m) Đường ảnh hưởng mômen tiết diện Các công thức tinh giá trị mômen,lực cắt thứ i theotrang thái giới hạn cường ®é Mi=η{(1.25xwdc+1.5xwdw) +mgM[1.75xLLl+1.75xkxLLMx(1+IM)]}xwM Qi=η{(1.25xwdc+1.5xwdw)xwq+mgQ[1.75xLLl+1.75xkxLLMx(1+IM)]xw1Q} Các công thức tính toán trị số mômen lực cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử dụng Mi=1.0{(wdc+wdw)+mgM[LLl+kxLLMx(1+IM)]}xwM Qi=1.0{(wdc+wdw)xwQ+mgQ[LLl+kxLLMx(1+IM)]xw1Q} Trong đó: wdw ,wdw:Tĩnh tải rải trọng lượng thân dầm(KN.m) wM :Diện tích đ.ả.h mômen măt cắt thứ i wQ :Tổng đại số diện tích đ.ả.h lực cắt w1Q :Diện tích phần lớn đường ảnh huởng lực cắt LLM:Hoạt tải tương ứng với đừng ảnh hưởng mômen mặt cắt thứ i LLQ :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt mặt cắt thứ i MgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen, lực cắt LLM=9.3(KN/m):tải trọng dải (1+IM):Hệ số xung kích η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định công thức: η = ηdxηRxηI>0.95 Với đường quốc lộ trạng thái giới hạn cường độ:ηd=0.95;ηR=1.05;ηI=0.95 Với trạng thái giới hạn sử dụng η=1 Bảng giá trị mômen Mặt cắt xi α Mi (m) LLMitruck LLMitandem Micd Misd (kN/m) (kN/m) (kN/m) (kN/m) 2) 1.9 0.10 3.8 0.20 5.7 0.30 7.6 0.40 9.5 0.50 Mo men sử dụng (m 16.24 28.88 37.5 43.32 45.12 28.42 27.75 27.06 26.36 25.66 22.38 22.28 22.14 21.94 21.74 762.4 1345.75 1733.99 1987.06 2053.74 Biểu đồ bao M(KN/m) Đường ảnh hưởng lực cắt tiết diện: 620.53 1104.2 1427.9 1644.1 1706.96 Bảng giá trị lực cắt Mặt cắt xi (m) 0.00 1.9 3.8 5.7 7.6 9.5 li (m) 19.00 17.1 15.2 13.3 11.4 9.5 Ql(m2) Q(m2) LLMitruck LLMitandem Qicd (kN/m) (kN/m) (kN) 9.5 9.5 29.14 21.74 2614.45 7.69 7.6 31.9 24.12 1740.28 6.08 5.7 34.26 26.25 1088.02 4.65 3.8 38.02 29.72 616.22 3.42 1.78 42.57 34.32 285.61 2.37 0.00 45.16 40.54 93.38 Lực Cắt Sử dụng Ta vẽ biêu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: Biểu đồ bao Q (kN) Qisd (kN) 389.63 330.93 301.81 204.03 141.98 98.23 IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU *Tính toán mômen kháng tính toán dầm bị cắt cốt thép Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn tính với mặt cắt có mômen lớn cắt bớt cho phù hợp với hình bao mômen Tại mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều cao khối ứng suất tương đương mômen kháng tính toán Do ta có bảng sau: Số lần cắt Số Diện tích As d(cm) lại lại (mm2) 14 3976 13.35 12 3408 11.5 10 2840 10.2 2272 9.87 1704 9.33 Cắt lần Trong TTH qua cách nên: a(cm) Vị trí TTH Mr(kNm) 4.5 3.86 3.21 2.57 1.93 Qua cánh Qua cánh Qua cánh Qua cánh Qua cánh 2312.34 2018.24 1699.93 1367.9 1034.11 Mr=φMu=φ A= *Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen: Do điều kiện lượng cốt thép tối thiểu: Mr min{1.2mcr;1.33Mu } Nên Mu 0.9Mcr điều kiện lượng cốt thép tối thiểu Mr 1.33Mu Điều nàycó nghĩa khả chịu lực dầm phải bao đường 4/3Mu Mu 0.9Mcr +Xác định mômen nứt: Mcr=fr =311 (KNm) -Tìm vị tr í mà Mu=1.2Mcr Mu=0.9Mcr Để tìm vị trí ta x ác đ ịnh khoảng cách x1,x2 nội suy tung độ biểu đồ momen ban đầu Mu=1.2Mcr= 1.2x311 =373.2(kNm) x1=1489.8(mm) Mu=0.9Mcr=0.9×311=279.9(kNm) x2=1986.4 (mm) -Tại đoạn Mr≥1.2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu -Tron đoạn 0.9Mcr≤Mr≤1.2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr -Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI Đà HIỆU CHỈNH Xác định điẻm cắt lý thuyết: Điểm cắt lý thuyết l điểm mà theo yêu cầu uốn không cần cốt thép dài Để xác định điểm cắt lý thuyết ta cần vẽ biểu đồ mômen tính toán Mu xác đinh điểm giao biểu đò ΦMu Xác định điẻm cắt thực tế: Từ điểm cắt ký thuyết kéo dài phía momen nhỏ đoạn l1 Chiều dài lấy giá trị lớn giá trị sau: -Chiều cao hữu hiệu tiết diện:d=1385 (mm) -15 lần đừong kính danh định=15x25=375(mm) -1/20lần chiều dài nhịp=1/20x20000=1000 (mm) Chọn l1=1300(mm) Chỗ hay Chiều dài phát triển lực ld:Chiều dài không nhỏ tích sốchiều dài triển khai cốt thép ldb với hệ số điều chỉnh, đồng thời không nhỏ 300(mm).Trong đó, ldb lấy giá trị lon nhat hai giá trị sau: Ldb= syccc = =782.15 (mm) Ldb≥0.06 x db x fy= 0.06x25x420 = 630 (mm) =>chọn Ldb=630 (mm) Trong đó: +Ab=510 diện tích 25 + :cường độ chảy quy định cốt thép + :cường độ chịu nén quy định bê tông tuổi 28 ngày + :đường kính (mm) Hệ số điều chỉnh làm tăng: ld=1.4 Hệ số điều chỉnh làm giảm ld= cttttt = Với Act =55.38(cm2) diện tích cần thiết tính toán Att =61.20(cm2) thực tế bố trí Vậy => ld =782.15x1.4x0.904=989.88(mm) Chọn ld=1000 (mm) C A B 1000 D 50 250 2625 1382 D C 1603 1345.75 762.40 3890 B mu (k n m) 1733.99 1987.06.7 0,9Mcr=288.161(KNm) 1,2Mcr=384.215(KNm) 810.15 1080.2 mu =4 M u A 2053.62 m (k n m) r Ði?m c?t th? c t? 1034.11 Ði?m c?t l? thuy?t1367.90 1699.93 1000 1300 1300 V:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT: Tại mặt cắt tuỳ vào giá trị nội lực bêtông bị nứt hay không.Vì để tính toán kiểm toán nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không Để tính toán xem mặt cắt có bị nưt hay không người ta coi phân bố ứng suất mặt cắt ngang tuyến tính ứng suất kéo fc bêtông Mặt cắt ngang tính toán 2018.24 2312.34 Hình vẽ có giống ban đầu ko ? Diện tích mặt cắt ngang: Ag=6462.21 (cm2) Vị trí trục trung hoà:yt yt= 102.98 (cm) Mômen quán tính tiết diện nguyên: Ig Ig= 9283328.767(cm Ứng suất kéo bê tông: Cường độ chịu kéo uốn bêtông: fr fr=0.63 =0.63 =3.451(MPa) => Vậy momen nứt là: Kiểm tra bề rộng vết nứt Điều kiện kiểm tra: fs