THiết kế Kết cấu bê tông cốt thép L =19m theo 22TCN27205

ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp N MễN HC KT CU Bấ TễNG CT THẫP * -* -* Giỏo viờn hng dn : Sinh viờn : Lp : BI: Thit k mt dm cho cu dng ụ tụ nhp gin n,bng BTCT,thi cụng bng phng phỏp ỳc rieng tng dm ti cụng trng v ti trng cho trc I S LIU GI NH Chiu di nhp: :l= 19(m) Hot ti :HL-93 Khong cỏch tim hai dm :230 cm B rng ch to cỏnh :bf=170cm Tnh ti mt cu ri u(DW) 5,5KN/m H s phõn b ngang tớnh cho mụmen mgM =0,5 H s phõn b ngang tớnh cho lc ct mgQ =0,7 H s phõn b ngang tớnh cho vừng mg =0,5 H s cp ng K=0,65 vừng cho phộp ca hot ti 1/800 Vt liu(ct thộp theo ASTM 615M): Ct thộp chu lc: fy =420 Mpa Ct ai: fy =420 Mpa Bờ tụng fc =30 MPa Quy trỡnh thit k cu 22TCN-272-2005 II YấU CU V NI DUNG A-TNH TON: Chn mt ct ngang dm Tớnh mụmen,lc ct ln nht ti gõy V biu bao moomen,lc ct ti gõy Tớnh,b trớ ct thộp dc ch ti mt ct gia nhp Tinh,b trớ ct thộp a Tớnh toỏn kim soỏt nt Tớnh vừng hot ti gõy Xỏc inh v trớ ct thộp,v biu bao vt liu B-BN V: Th hin trờn gip A1 10 V mt chớnh dm,v cỏc mt ct i din 11 V biu bao vt liu 12 Búc tỏch ct thộp,thng kờ vt liu XC NH S B KCH THC MT CT DM: ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp 1.1 Chiu cao dm h Chiu cao dm h c chn theo iu kin cng v iu kin vừng,thụng thng i vi dm BTCT chiu cao ó tha iu kin cng thỡ cng ó t yờu cu v vừng Chiu cao dm c chn khụng thay i trờn sut chiu di ca nhp,chn theo cụng thc kinh nghim: 1 h =( ữ )l 10 20 h =(0.95ữ1.9)m Chiu cao nh nht theo quy nh ca quy trỡnh: hmin =0,07x19=1,33(m) Trờn c s ú s b chn chiu cao dm h=140cm Mt ct ngang dm Ghi kớch thc tit kim vy tng font ch lờn em 1.2 B rng sn dm bw Ti mt ct trờn gụi ca dm,chiu rng ca sn dm c nh theo tớnh toỏn v ng sut kộo ch Chiu rng bw ny c chn ch yu theo yờu cu thi cụng cho d BT vi cht lng tt Theo yờu cu ú,ta chon chiu rng sn bw=20cm 1.3 Chiu dy bn cỏnh hf Chiu dy bn cỏnh chn ph thuc vo iu kin chu lc ca v trớ xe v s tham gia chu lc tng th vi cỏc b phn khỏc Theo kinh nghim hf=18cm 1.4 Chiều rộng cánh b Theo ta cú:b=170(cm) 1.5 Chn kớch thc bu dõm bl,hl: hl=19cm bl=33cm 1.6 Tớnh s b trng lng bn thõn ca dm trờn 1(m) di: Din tớch mt ct dm A=1,7x0,18+0,1x0,1 + 0,065x0,065+(1,4-0,18-0,19)x0,2+0,19x0,33=0,589(m2) Wdc=Aì=0,589ì24=14,136 (KN/m) ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp Trong ú =24KN/m3: trng lng riờng bờ tụng Xỏc nh b rng cỏnh tớnh toỏn B rng cỏnh tớnh toỏn i vi dm bờn khụng ly tr s nh nht ba tr s sau: - L==4,75 m vi L l chiu di nhp hu hiu - Khong cỏch tim gia dm:230cm - 12 ln b dy cỏnh v b rng sn dm: 12hf+bw=12x18+20=236cm - V b rng cỏnh tớnh toỏn cng khụng c ln hn b rng cỏnh chờ to bf=170cm Vy b rng cỏnh hu hiu l b=170cm Quy i tit din tớnh toỏn: - Din tớch tam giỏc ti ch vỏt bn cỏnh: 10 ì10 S1= =50 cm 2 - Chiu dy cỏnh quy i: S1 =18+=18,66cm=186,6mm b bw Din tớch tam giỏc ti ch vỏt bu dm: 6,5 S2 = 6,5 ì =21,125cm2 Chiu cao bu dm mi: ì 21,125 2S h 1qd =h + = 19 + =22,25cm=222,5mm 33 20 b1 bw h qd f =h f + - - Mt ct ngang tớnh toỏn TTH ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp TNH TON DIN TCH B TR CT THẫP TI MT CT GIA DM Tớnh moomen tớnh toỏn ng vi trng thỏi gii hn cng ,tớnh ti mt ct gia nhp; M={(1,25ìwdc+1,5ìwdw)+mgM[1,75ìLL1+1,75ìkìLLMì(1+IM)]}ìwM Trong ú: LLL :Ti trng ln ri u (9,3kn/m) LL LL tan dem M truck M =21,745 :Hot ti tng ng ca xe trc thit k ng vi .a.h M ti mt ct gia nhp(KN/m) :Hot ti tng ng ca xe ti thit k ng vi .a.h M ti mt ct gia nhp(KN/m) H s phõn b ngang tớnh cho moomen(ó tớnh c h s ln xe m) :Trng lng dm trờn n v chiu di(KN/m) :Trng lng cỏc lp mt cu v cỏc tin ớch cụng cng trờn n v chiu di(tớnh cho dm(KN/m)) :H s xung kớch : Din tớch ng nh hng M(m2) =25,66 mg m =0,5 Wdc=14,136 Wdw= 5,5 (1+IM)=1,25 M=45,13 K=0,65 :H s ca HL-93 Thay s: M=0,95x{(1,25x14,136 +1,5x5,5)+0,5x[1,75x9,3+1,75x0,65x25,66x(1+0,25)]}x45,13 =2242,29KNm Gi s chiu cao hu hiu ca dm: d=(0,8ữ0,9)h chn d=0,9ìh=0,9x140=126cm) Gi s trc trung hũa i qua dm: ' ' Mn=0,85ìaìbwìf c (d-a/2)+0,85ìl(b-bw)ìhfìf c (d-hf/2) Mu=Mn Trong ú: Mn:Mụ men khỏng danh nh Mu=2242,29 (KNm) :H s khỏng(vi dm chu kộo un ly:=0,9 As:Din tớch ct thộp chu kộo Fy=420Mpa:Gii hn chy ca ct thộp dc ch ' f c =30 Mpa:Cng chu nộn ca BT tui 28 ngy l:H s quy i chiu cao vựng nộn c xỏc nh ' =0,85 28MPa f c ' ' =0,85-0,05x(f c -28)/7 56MPa f c 28MPa ' =0,65 f c 56MPa ' Vy theo iu kin u bi f c =30MPa nờn ta cú l=0,836 hf=0,1866m:chiu dy bn cỏnh sau quy i a=lc:Chiu cao ng sut ch nht tng ng Mu Mf Ta cú a=d ' 0,85 ì f c ì bw ì d ' Vi Mf=0,85ìl(b-bw)ìhfìf c (d-hf/2) ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp Thay cỏc s liu vo ta cú: Mf =0,85x0,836x(1,7-0,2)x0,1866x30x103x(1,26-0,1866/2)=6961,59(KNm) Mu =2242,29 /0,9=2491,43KNmchn ll=1280mm ng thi chiu di ny cng khụng nh hn chiu di phỏt trin lc ld.Chiu di ld gi l chiu di khai trin hay chiu di phỏt trin lc ú l on m ct thộp dớnh bỏm vi BT nú t c cng nh tớnh toỏn Chiu di khai trin ld ca kộo c ly nh sau: Chiu di trin khai ct thộp kộo ld,phi khụng c nh hn tớch s chiu di trin khai ct thộp kộo c bn ldb c quy nh õy,nhõn vi cỏc h s iu chnh hoc h s nh c quy nh ca quy trỡnh.Chiu di trin khai ct thộp kộo khụng c nh hn 300mm Chiu di trin khai ct thộp c bn ldb(mm) c s dng vi ct thộp dc s dng bi l thộp s 22 10 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp 0,02 Ab f y 0,02 ì 387 ì 420 = 593,51 (mm) ldb= = f c' 30 ng thi ldb0,06ìAbìfy=0,06ì2,22x420=559,44(mm) Trong ú Ab =387:din tớch s 25(mm2) fy =420MPa:cng chy c quy nh ca cỏc ct thộp ' f c =30MPa:cng chu nộn quy nh ca BT tui 28 ngy db =22,2mm:ng kớnh thanh(mm) H s iu chnh lm tng ld:1,4 Act 41,87 H s iu chnh lm gim ld: = =0,773 xem li Att 54,18 ld=593,51x1,4x0,773=642,297(mm) Chn ld=650(mm) Vi: Act=41,87(cm2) Din tớch cn thit theo tớnh toỏn Att=54,18(cm2) Din tớch thc t b trớ Ct thộp chu kộo cú th kộo di bng cỏch un cong qua thõn dm v kt thỳc vựng BT chu nộn vi chiu di trin khai ld ti mt ct thit k cú the kộo di liờn tc lờn mt i din cụt thộp E D B C A 50 1506 50 250 1999 3439 3001 28x160 E 20x250 D 838 B C 1475.87 A 1919.66 2172.84 Mu(KNm) 2242.29 0.9 Mcr 1.2 Mcr X1=9540.3 éi?m C?t Th?c T? éi?m C?t Lý Thuy?t X2=12720.4 Mr(KNm) 1145.9 1270 1512.19 Mu' = 34Mu Ld=650 1886.25 2233.6 L1 =1280 Mu 5:TNH TON CHNG CT Biu thc kim toỏn Vn > Vu Vn sc khỏng danh nh,c ly bng giỏ tr nh hn ca 11 2560.19 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp Vn=Vc+Vs (N) ' Hoc Vn=0,25f c bvdv (N) Vc=0,083 Vs= f c' dvbv (N) Av f v d v (cot g + cot g ) sin (N) s Trong ú: Chiu cao chu ct hu hiu dv,xỏc nh bng khong cỏch cỏnh tay ũn ca ni ngu lc Trng hp tớnh theo tit din ch nht ct thộp n thỡ dv =d-a/2.ng thi dv=max{0,9d;0,72h} Vy dv=max{0,9d;0,72h;d-a/2} 0,9de=0,9x1276,4= 1148,76mm 0,72h=0,72x1400=1008mm d-a/2=1276,4- 52,49/2= 1250,16mm +bv:b rng bn bng hu hiu,ly bng bn bng nh nht chiu cao dv,vy bv=bw=20cm T trờn ta thy dv=1250,16 mm +s(mm):bc ct thộp +:H s ch kh nng ca BT b nt chộo truyn lc kộo +:gúc nghiờng ca ng sut nộn chộo + , c xỏc nh bng cỏch tra th v tra bng +:gúc nghiờng ca ct thộp ngang vi trc dc,b trớ ct thộp vuụng vi trc dm nờn =90 +H s sc khỏng ct,vi BT thng =0,9 Av:din tớch ct thộp b ct c ly s(mm) Vs:Kh nng chu lc ct ca BT (N) Vu:Lc ct tớnh toỏn(N) Kim tra iu kin chu lc ct theo kh nng chu lc ca BT vựng nộn: +Xột mt ct cỏch gi mt khong dv=1250,16mm.Xỏc nh ni lc trờn ng bao bng phng phỏp ni suy v Vu=532,46(KN) Mu=551,38(KNm) ' Vn=(0,25f c bvdv)=0,9x0,25x30x200x1250,16=1687,7KN Vu =532,46 t Tớnh gúc v h s : +Tớnh toỏn ng sut ct Vu V= ==2,366 N/mm2 ì d v ì bv v +Tớnh t s ng sut ' = A v =51,95mm2=>tha Kim tra khong cỏch ti a ca cụt thộp ' 0,1f c ìdvìbv=0,1ì30ì1250,16ì200=750,1ì103(N)>Vu=532,46ì103( Ta cúN) *Nờn ta kim tra theo cỏc iu kin sau: s0,8dv s=240mm0,8dv=0,8x1250,16=1000,13mm=>tha Kim tra iu kin m bo cho ct thộp dc khụng b chy di tỏc dng t hp cua mụmen,lc dc trc v lc ct: Kh nng chu lc ct ca ct thộp ai: Av ì f y ì cot g Vs= == 380,1ì103(N) s Asfy=2322 ì 420=975,24 ì 103N 13 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp M u Vu + 0,5Vs cotg =+()cotg(39,26 ) d v =546,65x10 N Asfy > Mu d v Vu + 0,5Vs cotg =>t 4.Kiểm soát nứt Tại mặt cắt tuỳ vào giá trị nội lực bê tông bị nứt hay không Vì để tính toán kiểm soát nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không Để tính toán xem mặt cắt có bị nứt hay không ngời ta coi phân bố ứng suất mặt cắt ngang tuyến tính tính ứng suất kéo f c bê tông Mặt cắt ngang tính toán TTH Diện tích mặt cắt ngang: Ag =18,66x170+(140-18,66-22,25)x20+22,25x33=5888,25 (cm ) Xác định vị trí trục trung hoà: Yt ==93,75 (cm) Mô men quán tính tiết diện nguyên: Ig=12704680,45 (cm ) Tính ứng suất kéo bê tông: f c = =11,56MPa 14 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp Cờng độ chịu kéo uốn bê tông : f r = 0,63 f c ' = 0,63 ì 30 = 3,451MPa f c > 0,8 f r Vậy mặt cắt bị nứt Xác định ứng khả chịu kéo lớn cốt thép trạng thái giới hạn sử dụng Z f sa = ;0,6 f y 1/ (dxA) +Trong đó: d c : chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo cùngcho đến tâm gần nhất, theo bố trí cốt thép dọc ta có d c =40 mm +A : Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thep chủ chịu kéo đợc bao mặt cắt ngang đờng thẳng song song với trục trung hoà chia số lựơng Để tìm A ta giả sử đờng giới hạn miền A sờn dầm Trọng tâm miền A tính nh sau: 19 ì 33 ì 19 / + (33 ì 6,5) ì 6,5 ì (19 + 6,5 / 2) + ì (0,5 ì 6,52 ì (19 6,5 / 3) + 20 ì ì (19 + / 2) yA = 33 ì 19 + 6,52 + (33 ì 6,5) ì 6,5 + 20 ì = 12,36cm y A = y = 12,36cm Giải phơg trinh bậc hai ta tìm đợc = 0,5cm Khi phần bê tông bọc cốt thép cần tìm là: dt A = 33 ì 19 + 6,52 + (33 ì 6,5) ì 6,5 + 20 ì = 809,25cm A= dt A = 5780,36mm 14 15 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp dta=809,25 Z : thông số bề rộng vết nứt sét điều kiện bình thờng Z= 30000 N/mm Z 30000 = = 488,78mm = 488,78MPa 1 => (d c ì A) (40 ì 5780,36) = >0,6 f y = 0,6 ì 420 = 252 MPa f sa =252MPa Tính toán ứng suất sử dụng cốt thép: _Tính diện tích tơng đơng tiết diện bị nứt: E s = 2.10 MPa Ec = 0,043 ì y 1c,5 ì f c' = 0,043 ì 24001,5 ì 30 = 27691,47 MPa - T l mụun n hi gia ct thộp v bờtụng: ì 105 = 7,22 chn n=7 n= 27691,47 - Xỏc nh v trớ trc trung ho da vo phng trỡnh mụmen tnh vi trc trung ho bng khụng: hf h y S = h f ì ( b bw ) ì h y ữ+ bw ì ( h y ) ì ữữ n ì As ì ( y d1 ) S=18.66ì(170-20) ì(140-y-)+20ì-7ì54,18ì(y-12,36)=0 Gii c y=74,53(cm) Tớnh li ch ny Ma ( y d1 ) I cr - Tớnh mụmen quỏn tớnh ca tit din ó b nt: h f bw ( h y ) ( b bw ) h f + h f ( b bw ) h y ữ + + nAs ( y d1 ) Icr = 12 Icr = +18,66ì(170-20) ì(140-74,53-) ++7ì54,18ì(74,53-12,36)2 = 1216,64ì104 cm4 - Tớnh ng sut ct thộp :fs=n fs =ì(745.3-123.6) =56.03N/mm2 =56.03MPa 16 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp fs =56.03 MPa< fsa=252MPa t VII.TNH TON VếNG DO HOT TI GY RA: Xỏc nh v trớ bt li nht ca xe ti thit k: Để tìm vị trí bất lợi ta cần xét nửa nhịp 0 Vy c trc nhp vừng xe ti thit k gõy xỏc nh theo cụng thc: x= P1.(3L2 x x ) P1 (3L2 ( L x 4,3) 4( L x 4,3) ) P2 (3L2 ( L x 8,6) 4( L x 8,6) ) y= + + 48 EI 48 EI 48EI Trong đó: P1 = 0,145 MN P2 = 0,35 MN L - x 4,3 = 7,98m L - x - 8,6 = 3,68m E = Ec=27691,47 Mpa Môđun đàn hồi bêtông Xỏc nh mụmen quỏn tớnh hu hiu I I = min{Ig ; Ie} Ig=1270,468ì104 (cm4 ) : Mụmen quỏn tớnh tit din nguyờn Mcr:Mụmen nt(N.mm) 17 ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp Mcr = fr ì = 4675,32ì106 Nmm = 4675,32 KNm M cr = ()3 =26,586 ữ Ma Ie:Mụmen quán tớnh hu hiu i vi cỏc cu kin ó nt M M cr cr Ie = ữ Ig + 1- ữ I cr M M a a Ie =26.586 ì4675.32ì104 +[1-26.586] ì1216.64ì104=931.69ì106 cm4 => I= Ie =931.69ì106cm4 =931.69 m4 -6 Vậy thay số đ vừng y = 2.646ì10 m Tớnh toỏn vừng ti gia nhp dm gin n hot ti gõy ra: vừng ta va tớnh trờn cha tớnh đến h s phõn b ngang v h s xung kớch.Bõy gi ta phi xột n cỏc h s ny Kt qu tớnh toỏn vừng ch mt mỡnh xe ti thit k: -3 -3 f1 = k.mg.(1+IM).y = 0.65x0.65x1.25x2.646x10 =1.397x10 (mm) vừng ti trng ln: -7 yL = =3.97x10 m vừng 25% xe ti thit k cựng vi ti trng ln thit k: -3 -7 -4 f2 = 0.25mg(1+IM)y+yL = 0.25f1+yL = 0.25x1.397x10 +3.97x10 = 3.496x10 (mm) fmax = max{f1 ; f2} = 1.397x10-3 (mm) fmax < Lx[f\l] =19000x1\800 =23.75 =>t 18 ... trờn .a.h lc ct LL:hot ti tng ng vi .a.h moomen lc ct ti mt ct th i LLQ:hot ti tng ng vi .a.h lc ct ti mt ct th i mgM;mgQ:h s phõn b ngang tinh cho mụmen lc ct LLL=9,3KN/m:ti trng ln ri u (l+ IM):h... hn cng ,tớnh ti mt ct gia nhp; M={(1,25ìwdc+1,5ìwdw)+mgM[1,75ìLL1+1,75ìkìLLMì(1+IM)]}ìwM Trong ú: LLL :Ti trng ln ri u (9,3kn/m) LL LL tan dem M truck M =21,745 :Hot ti tng ng ca xe trc thit k... phớa moomen on l ll.chiu di ll ly bng tr s ln nht cỏc tr s sau: -chiu cao hu hiu ca tit din:d=1276,4mm -15 ln ng kớnh danh nh:15x22=330mm -1/20 ln nhp:(1/20)x19000=950mm =>chn ll=1280mm ng thi