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

Bề rộng sườn dầm:bw Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt ch

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI -TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI-

CƠ SỞ III

……….000………

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên :

Lớp :

Khi in ra mầu đen in rõ nhất

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu đường ôtô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công

bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước

I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH

: bf= 180(cm)

Hệ số phân bố ngang tính cho mômen :mgM=0.7

Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt :mgQ= 0.6

Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg= 0.65

Độ võng cho phép của hoạt tải : 1/800

Khối lượng riêng của bê tong γc=24(kN/m3)

Vật liệu(cốt thép theo ASTM) :Cốt thép chịu lực ƒy=520 MPa

: Cốt đai ƒy= 280MPa: Bêtông ƒc’=30MPa

Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005.

II-YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG:

A-TÍNH TOÁN:

1 Chọn mặt cắt ngang dầm

2 Tính mômen, lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra.

3.Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt do tải trọng gây ra

4 Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp

5 Tính và bố trí cốt thép đai

6 Tính toán kiểm toán nứt

7 Tính độ võng do hoạt tải gây ra

8 Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu

9 Thuyết minh đánh máy trên giấy A4

B-BẢN VẼ:

1 Thể hiện trên khổ giấy A1

2 Vẽ mặt cắt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép

3 Vẽ biểu đồ bao vật liệu

4 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu và ghi chú cần thiết khác

I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM:

1.1 Chiều cao dầm h:

-Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng, thông thường với dầm BTCT khi chiều cao đã thỏa mãn điều kiện cường độ thì cũng đạt yêu cầu về độ võng

- Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp,chọn theo côngthức kinh nghiệm:

1.2 Bề rộng sườn dầm:bw

Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán

và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ

đổ bêtông với chất lượng tốt

Theo yêu cầu đó ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 20(cm)

-Và bề rộng cánh tính toán cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chế tạo:

bf= 180(cm)

Vì thế bề rộng cánh hữu hiệu là b=180(cm)

*Quy đổi tiết diện tính toán:

-diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh :

LLL:Tải trọng làn rải đều(9.3KN/m)

LLMtan dem=21,75: Hoạt tải tương đương của xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M tại mặt cắt t giữa nhịp (KN/m)

LLMtruck=25,66Hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M tại mặt cắtt giữa nhịp (KN/m)

mgM=0,7 :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen(đã tính cho cả hệ số làn xe )

Wdc=15,05 :Trọng lượng dầm trên một đơn vị chiều dài (KN/m)

Wdw=4: Trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài(tính cho một dầm)(KN/m)

-Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm:

φM: hệ số kháng( với dầm chịu kéo khi uốn lấy: φM =0,9)

As :diện tích cốt thép chịu kéo

ƒy=520MPa:Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ

ƒc’=30MPa:Cường độ chịu kéo của bê tông ở tuổi 28 ngày

β1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định:

hf=0,18625mm: Chiều dày bản cánh sau khi quy đổi

a=β1.c :Chiều cao khối ứng suất tương đương

-Giả sử trục trung hoà qua cánh.

-Tính toán chiều cao vùng chịu nén quy đổi: Xem lại As chọn

*Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

= =0,83642.,13959 = 0,037 < 0,42

=>Vậy cốt thép tối đa thoả mãn

*Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

ρ= =626939,76,25 = 0,63%

Tỷ lệ hàm lượng cốt thép ρ=1,02%>0.03 =0.03x

520 30

4,56 3,99 3,04 1,71

3 4 5 6 7 8 9 10

-Các công thức tinh giá trị mômen,lực cắt thứ i theo trang thái giới hạn cường độ.

K: là hệ số hoạt tai HL-93, lấy k=0,5

wdw ,wdc:Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KNm)

wM :Diện tích đường ảnh hưởng mômen tại măt cắt thứ i

wQ :Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt

wlQ :Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh huởng lực cắt

LLM:Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt thứ i

LLQ :Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt thứ i

mgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mômen, lực cắt

LLL=9.3(KN/m):tải trọng dải đều

(1+IM):Hệ số xung kích, lấy bằng 1,25

η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức:

M

(kNm)

sd i

M

(kNm )

-Ta vẽ được biêu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ:

Biểu đồ bao mômem M (KNm)

2 Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện

2363,9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

0.90.1

0.80.2

0.70.3

0.6

0.4

0.50.5

w Q

( / )

truck Qi

IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU

*Tính toán mômen kháng tính toán của dầm khi bị cắt cốt thép

Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớn nhất sẽ lầnlượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen

Tại mỗi mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều cao khối ứng suất tương đương và mômen kháng tính toán

Do đó ta có bảng sau:

Số lần

cắt

Số thanh còn lại

As(cm 2 ) Còn lại

Cắt 3 lần Xem lại chọn As như thế nào Tính lại phần dưới

Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen

Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu:Mr ≥ min{1,2Mcr;1,33Mu}w nên khi

Mu≤0,9Mcr thì điều kiện lượng côt thép tối thiểu là Mr≥ 1,33Mu.Điều này có nghĩa là

khả năng chịu lực của dầm phải bao ngoài đường 34 Mu

244,44 322,53

, 22 33 12

25 , 22 33 12

125 , 109 25 , 22 53 , 95 20 53

, 95 688 , 140 625 , 18 180 12

625 ,

3

2 2

10 67 , 14999612 10

451 , 3

Điểm cắt lý thuyết là điểm mà tại đó theo yêu cầu về uốn không cần cốt thép dài hơn

Để xác định điểm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen tính toán Mu và xác đinh điểm giao biểu đồ ΦMu

f y =520MPa:cường độ chảy được quy định của các thanh cốt thép

ƒc’=30MPa: cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày

-Hệ số điều chỉnh làm tăng ld: 1,4

-Hệ số điều chỉnh làm giảm ld= = 46 , 44

87 , 37

V.TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT :

Biểu thức kiểm toán φMVn > Vu

Vn sức kháng danh định,được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của

d f

+β:Hệ số chỉ khả năng của BT bị nứt chéo truyền lực kéo

+Ө:góc nghiêng của ứng suất nén chéo

+ β, Ө được xác định băng cách tra đồ thị và tra bảng

+α:góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc,bố trí cốt thép đai vuông với trục dầm nên α=90

+Hệ số sức kháng cắt,với BT thường Φ=0,9

Av:diện tích cốt thép bị cắt trong cự ly s(mm)

Vs:Khả năng chịu lực cắt của BT (N)

Vu:Lực cắt tính toán(N)

Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả năng chịu lực của BT vùng nén:

+Xét mặt cắt cách gối một khoảng dv=1255,5 (mm).Xác định nội lực trên đường baobăng phương pháp nội suy

b d V

=

30 867 , 1

=0,0622<0,25+Giả sử trị số góc θ =45 tính biến dạng cốt thép chịu kéo theo công thức

u v

u

A E

g V

Tra bảng ta được θ=29o.30Tính lại εx=0,8x10-3

Tiếp tục tra bảng ta được θ=33,30o.Tính lại εx=0,69x10-3

Tiếp tục tra bảng ta được θ=33,30o Tính lại εx=0,69,x10-3

Giá trị của θ, εx hội tụ

V

g d

f

fy=520MPa :giới hạn chảy quy định với cốt thép đai

θ=33,30o :góc nghiêng ứng với ứng suất nén chéo

dv=1255,5mm

Vs=175,45×γ=0,626925×24=15,05 (KN/m)103 (N)

Av:diện tích cốt thép đai(mm2)

Chọn côt thép đai là thanh số 10,đường kính danh định d=9,5mm,diện tích mặt cắt ngang cốt thép đai là:

Av=2x71=142mm2

Vậy ta tính được Smax= 175 , 45 10 3

30 , 33 cot 5 , 1255 280

Ta chọn khoảng cách bố trí côt đai s=250cm

Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu

Av≥0,083

y v f s b

 cotgθ=>Đạt

- VI:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT:

Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bêtông có thể bị nứt hay không.Vì thế

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 nứt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang là tuyến tính và ứng suất kéo fc của bêtông

, 22 33 12

25 , 22 33 12

125 , 109 25 , 22 125 , 109 20 53

, 95 688 , 140 625 , 18 180 12

625 ,

3

2 2

10 53 , 95 10

67 , 14999612

10 8 ,

+để tìm A giả sử đường giới hạn trên của miền A tại sườn dầm.

Trọng tâm miền A tính như sau:

6,5) /2 (19 20

) 3 / 5 , 6 19 ( 5 , 6 5 , 0 2 ) 2 / 5 , 6 19 ( 5 , 6 ) 5 , 6 2 33 ( 2 / 19

Tính toán ứng suất sử dụng trong cốt thép

- Tính diện tích tương đương của tiết diện khi bị nứt

625 , 18 150

20) - (180

Ma:Mômen tính toán lớn nhất ở trạng thái giới hạn sử dụng (Ma=2166,8 (KN.m)

-Tính mômen quán tính của tiết diện khi đã bị nứt:

Icr= 180

12 625 , 18



 x18,625×γ=0,626925×24=15,05 (KN/m)(150-127,6 ) 2

2 625 , 18

12

) 625 , 18 6 , 127 150 (

10 8 , 2166

8 6

Xác định vị trí bất lợi của xe tải thiết kế :

Xét trường hợp cả 3 trục đều ở trong nhịp Vị trí bất lợi của xe được xá định theo công thức :

7

9 , 184

36L

7

5 , 26810 2

, 10724 2

^ 25 ,

=

7

9 , 184

2 , 10724 2

^ 19 25 ,

điều kiện này thỏa mãn

độ võng do xe tải thiết kế gây ra xác định theo công thức :

y=

EI

X L

P

48

) 3 4 2

L L P

48

) 3 )^

3 , 4 (

4 ) 3 , 4 (

2

^ 3 (

+

EI

X L X

6 , 8 (

4 ) 6 , 8 (

6 , 541 ( 3 = 0,0156

Ie(mm 4 ) moomen hữu hiệu tính theo công thức :

Thay vào tính được Y= 29,1x10 -3 m

Tính toán độ võng do hoạt tải gây ra

Dộ võng ta vừa tính ở trên chưa tính đến hệ số phân bố ngang , hệ số cấp đường và hệ số xung kích khi tính võng Bây giwof ta phải xét các hệ số này.

Kết quả tính toán độ võng chỉ do một mình xe tải thiết kế :



= 6,29x10 -3 m Kết quả tính toán độ võng do 25% xe tải thết kế cùng với tải trọng làn thiết kê :

f 2= 0,25mg(1+IM)y+y L= 0,25f 1 +y L = 0,25x 11,82+ 6,29=9,245mm

f Max = max(f 1 ; f 2 )=11,82mm

f max < Lx[f/l]}w= 19000x

800 1

= 23,75mm => đạt.