Đồ án THiết kế kết cấu bê tông cốt thép l =20m theo 22TCN272 05

Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỀ BÀI: Thiết kế dầm cho cầu dường ô tô nhịp giản đơn,bằng BTCT,thi công phương pháp đúc riêng dầm công trường tải trọng cho trước I.SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp: :l=20(m) Hoạt tải :HL-93 Khoảng cách tim hai dầm ; 210 cm Bề rộng chế tạo cánh :bf = 170cm Tĩnh tải mặt cầu rải đều(DW) N/m Hệ số phân bố ngang tính cho mgM =0,54 mơmen Hệ số phân bố ngang tính cho lực mgQ =0,49 cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ mg =0,5 võng Hệ số cấp đường k=1 Độ võng cho phép hoạt tải 1/800 Vật liệu(cốt thép theo ASTM Cốt thép chịu lực: fy =520MPa 615M): Cốt đai: fy =300Mpa Bê tông fc’ =32MPa Quy trình thiết kế cầu 22TCN272-2005 II YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG A-TÍNH TỐN: Chọn mặt cắt ngang dầm Tính mơmen,lực cắt lớn tải gây Vẽ biểu đồ bao m«men,lực cắt tải gây Tính,bố trí cốt thép dọc chủ mặt cắt nhịp Tinh,bố trí cốt thép đa Tính tốn kiểm sốt nứt Tính độ võng hoạt tải gây Xác đinh vị trí cốt thép,vẽ biểu đồ bao vật liệu B-BẢN VẼ: Thể giấp A1 10.Vẽ mặt dm,v cỏc mt ct i din Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 11.V biu bao vật liệu 12.Bóc tách cốt thép,thống kê vật liệu §å án môn học Kết cấu bê tông cốt thép BàI LµM 1.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM 1.1Chiều cao dầm h Chiều cao dầm h chọn theo điều kiện cường độ điều kiện độ võng,thông thường dầm BTCT chiều cao thỏa mãn điều kiện cường độ đạt yêu cầu độ võng Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm: 1 h =( 10 ÷ 20 )l h =(1÷2)m Chiều cao nhỏ theo quy định ca quy trỡnh: hmin =0,07ì20=1,4(m) Trên sở chn chiều cao dầm h=140(cm) Mặt cắt ngang dầm: 100 200 1700 200 1400 100 200 75 75 350 1.2 Bề rộng sườn dầm bw Tại mặt cắt gối dầm,chiều rộng sườn dầm định theo tính toán ứng suất kéo chủ Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ BT với chất lượng tốt Theo yêu cầu đó,ta chon chiều rộng sườn bw=20 (cm) 1.3Chiều dày cánh hf Chiều dày cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf=20 (cm) 1.4 ChiÒu réng cánh b Theo điều kiện đề cho: b=170 (cm) 1.5Chn kớch thc bu dầm bl,hl: hl=20 (cm) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép bl=35 (cm) 1.6Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: Diện tích mặt cắt dầm A=1700×200+350×200+(1400-200-200) ×200 +75×75+100×100=625625(mm2) Wdc=γ=0,6256 ×24= 15.014(KN/m) Trong γ=24 KN/m3: trọng lượng riêng bê tơng Xác định bề rộng cánh tính tốn: Bề rộng cánh tính tốn dầm bên không lấy trị số nhỏ ba trị số sau: - L= =5 (m) với L chiều dài nhịp hữu hiệu - Khoảng cách tim dầm:210(cm) - 12 lần bề dày cánh bể rộng sườn dầm: 12hf+bw=12×20+20=260(cm) - Và bề rộng cánh tính tốn khơng lớn bề rộng cánh chê tạo bf=170(cm) Vậy bề rộng cánh hữu hiệu b=170(cm) Quy đổi tiết diện tính tốn: - Diện tích tam giác chỗ vát cánh: S1=10× 10 =50(cm) - Chiều dày cánh quy đổi: S1 × 50 h 1qd =hf+ b  b =20+ 170 - 20 = 20.667 (cm)= 206.7(mm) w - Diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm: S2 = 7.5 × 7.5 = 28.125 (cm2) - Chiều cao bầu dầm mới: 2S h 1qd =h1+ b  b = 20 + w × 28.125 = 35  20 23.75 (cm)= 238(mm) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Mt ct ngang tớnh toỏn 206.7 1700 1400 TTH 238 yt 200 350 2.TÍNH TỐN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM Tính m«men tính tốn ứng với trạng thái giới hạn cường độ,tính mặt cắt nhịp: M=  {(1,25  wdc +1,5  wdw ) + mg M [ 1, 75 LLL  1, 75 k LLM (1  IM ) ]} M Trong đó: LLL : Tải trọng rải (9,3KN/m) tan dem LLM = 20.68 : Hoạt tải tương đương xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp (KN/m) truck LLM = 24.76: Hoạt tải tương đương xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp(KN/m) mg M = 0,54: Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen (đã tính cho hệ số xe m) wdc =15.014: Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài (KN/m) wdw =56: Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích cơng cộng đơn vị chiều dài ( tính cho dầm,(KN/m)) (1+IM) : Hệ số xung kích M = 50 : Diện tích đường ảnh hưởng M (m2) k=1 : Hệ số HL-93 Thay số: M=0,95×{(1,25×15.014+1,5×6)+0,54[1,75×9,3+1,75×1×24.76×(1+0,25)]}×50 = 3125.7 (KNm) Giả sử chiều cao hữu hiệu dầm: §å án môn học Kết cấu bê tông cốt thép d=(0,8ữ0,9)h chọn d=0,9×h=0,9 140=126(cm) Chọn d=126 (cm) giả sử: a h f Sức kháng uốn danh định: Mn =0.85 f c' hf b (d - 0,5 h f ) Với: fc’ =32MPa ,hf= 20.67cm , b= 170cm Suy ra: Mn= 10364,098kNm Sức kháng uốn tính tốn: Mf = 0.9 x 10364.098= 9327.688 KNm Thấy: Mf >Mu ( M u - Mô men uốn ngoại lực tác động tiết diện dầm) chiều cao khối ứng suất chữ nhật tương đương nhỏ chiều cao cánh, tức trục trung hòa qua cánh, tính tiết diện chữ nhật * Trình tự tính toán tiết diện chữ nhật sau: Giả sử khai thác hết khả chịu lực tiết diện: Mn = Mu/0.9 = 3125.7 0.9 = 3473KNm ß1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định: = 0.85 28 MPa≥fc’ = 0.85-0.05x(f’c-28)/7 56MPa ≥ fc’ ≥28MPa = 0.65khi f’c ≥ 56MPa Theo điều kiện đầu f 'c =32 MPa nên ta có: 30  28 =0.821 βl=0,85-0,05  μ=2.17÷2.42% chọn μ=2.42% =0.0217x200x1260=5468.4 ( a 5468.4× 420 As max xfy  0.85 x fc xbw 0.85 × 1700 × 32 )=54.68 =49.67 (mm) =3512,2 KN.m Ta thấy Mw-Mu =3512.2-3473=39.2>0  Bố trí cốt thép đơn Sơ đồ chọn thép bố trí thép: Phương án Ft(cm2) S Ft(cm2) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 22 3.87 29 6.45 25 5.10 Từ bảng ta chọn phương án: +Số bố trí:12 +Số hiệu :Φ29 +Tổng diện tích CT thực tế : 77.4(cm2) Bố trí thành hàng cột: 14 12 12 54.18 77.4 61.2 Kiểm tra lại tiết diện: As= 77.4 (cm2) Khoảng cách từ thớ chịu kéo đến trọng tâm cốt thép: Fi y i Fi × 50  × 125  × 20 12 = = dl= 125 (mm)= 12.5 (cm) d:Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo: d=h-dl= 140 – 12.5 = 127.5(cm) Giả sử trục trung hịa qua cánh Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi: a = As f y ' c 0,85 f b 77.4 × 520 = 0.85 × 32 × 170 =8.72(cm) x1=716mm M u =561.3 Kn.m =>x2=955mm -Tại đoạn M u 1, 2M cr ta giữ nguyên biu M u -Trong đoạn 0,9M cr M u 1, 2M cr vÏ ®êng nằm ngang với giá trị 1,2 M cr -Tại đoạn M u 0,9M cr vẽ đường M u '  M u 0,9Mcr=420.98kNm X 1= 716 X 2= 955 Mu' = 1,2Mcr= 561.3 kNm Mu 3Mu Biểu đồ mômen sau ®· hiƯu chØnh hiƯu chØnh Xác định điểm cắt lý thuyết: Điểm cắt lý thuyết mà theo yêu cầu uốn không cần cốt thép dài hơn.Để xác định điểm cắt lý thuyết ta cần vẽ biểu đồ m«men tính tốn Mu xác định điểm giao biểu đồ ΦMn Xác định điểm cắt thực tế: Từ điểm cắt lý thuyết cần kéo dài phía m«men đoạn ll.chiều dài ll lấy trị số lớn trị số sau: -chiều cao hữu hiệu tiết diện:d= h-ds = 1400-125=1275 (mm) -15 lần đường kính danh định:15 29=435 (mm) §å án môn học Kết cấu bê tông cốt thép -1/20 lần nhịp:1/20x20000=1000 (mm) =>chọn ll= 1300 (mm) Đồng thời chiều dài khơng nhỏ chiều dài phát triĨn lực ld.Chiều dài ld gọi chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực đoạn mà ct thộp dớnh bỏm vi bê tông nú t cường độ tính tốn Chiều dài khai triển ld kéo lấy sau: Chiều dài triển khai cốt thép kéo ld,phải không nhỏ tích số chiều dài triển khai cốt thép kéo ldb quy định đây,nhân với hệ số điều chỉnh hệ số quy định quy trình.Chiều dài triển khai cốt thép kéo khơng nhỏ 300mm Chiều dài triển khai cốt thép ldb(mm) sử dụng với cốt thép dọc sử dụng thép sô 29 ldb= 0,02 Ab f y f ' c = 0.02 × 645 × 520 32 =1185.8 (mm) Đồng thời ldb≥0,06× db ×fy=0,06×29 ×520= 904.8 (mm) Trong đó: Ab =645:diện tích số 29 (mm2) fy =520 MPa:cường độ chảy quy định cốt thép f 'c =32 MPa:cường độ chu nộn qu0y nh ca bê tông tui 28 ngày db =29 mm:đường kính thanh(mm) Hệ số điều chỉnh làm tăng ld:1,06 Act 77.33 Hệ số điều chỉnh làm giảm ld: A = =0,9 77.4 tt ld=1185.8×1,4×0,9 = 1494 (mm) Chọn ld=1500 (mm) Với: Act=74.11(cm2): Diện tích cần thiết theo tính tốn Att=77.4(cm2) :Diện tích thực tế bố trí Cốt thép chịu kéo kéo dài cách uốn cong qua thân dầm kết thúc vùng bê tông chu nộn vi chiu di trin khai ld tới mặt cắt thiết kế có the kéo dài liên tục lên mặt đối diện cèt thép 50 1400 300 Mu'=4Mu 50 X2=955 X1=716 1893 D ÐI?M C?T TH?C T? 1.2Mcr = 561.3kNm 0.9Mcr = 420.98kNm D ÐI?M C?T TH?C T? [1175.8] 1400 C C 1954 [2068.2] B B 10300 2051 l d= 1300 l1=1600 [2685.1] A A [3034.7] 4702 Mr 45° 45° [4498.312] [3799.994] [3060.636] [2314.468] (kN.m) (kN.m) [3125.7]Mu Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thÐp 5.TÍNH TỐN CHỐNG CẮT Biểu thức kiểm tốn φVVn > Vu Vn :sức kháng danh định,được lấy giá trị nhỏ Vn=Vc+Vs (N) Hoặc Vn=0,25f 'c bvdv (N) Vc=0,083β f c' dvbv (N) Vs= Av f v d v (cot g  cot g ) sin  (N) s Trong đó: • Chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv,xác định khoảng cách cánh tay đòn nội ngẫu lực Trường hợp tính theo tiết diện chữ nhật cốt thép đơn dv =d  a Đồng thời dv= max{0,9d;0,72h} Vậy dv=max{0,9d;0,72h;d  a } 0,9d=0,9×1275 = 1147.5(mm) 0,72h=0,72×1400 = 1016.4 (mm) d a =1275-87.2= 1187.8(mm) +bv:bề rộng bụng hữu hiệu,lấy băng bụng nhỏ chiều cao dv, Vậy bv=bw=20(cm) Từ ta thấy dv= 1538(mm) +s(mm):bước cốt thép đai +β:Hệ số khả BT bị nứt chéo truyền lực kéo +  :góc nghiêng ứng suất nén chéo + β,  xác định băng cách tra đồ thị tra bảng +α:góc nghiêng cốt thép ngang với trục dọc,bố trí cốt thép đai vng với trục dầm nên α=90  +Hệ số sức kháng ct,vi bê tông thng =0,9 Av:din tớch ct thộp b cắt cự ly s(mm) Vs:Khả chịu lực cắt ca bê tông (N) Vu:Lc ct tớnh toỏn(N) Kim tra điều kiện chịu lực cắt theo khả chịu lực ca bê tông vựng nộn: +Xột mt ct cỏch gi khoảng dv= 1187.8 mm.Xác định nội lực đường bao băng phương pháp nội suy Vu= 554.28(KN) Mu= 810.72(KNm) ΦVn=Φ(0,25f 'c bvdv)=0,9×0,25×32×200×1187.8= 1710.43 (KN) Vu = 554.28(KN) Đạt Tính góc  hệ số β: §å án môn học Kết cấu bê tông cốt thép +Tớnh toán ứng suất cắt Vu V=  d b = v v 554.28 ×10000 =2.592 0.9 ×1187.8 × 200 v (N/mm2) 2.592 +Tính tỉ số ứng suất f ' = 32 =0,081 A vmin = 42.66 (mm2)  Thỏa mãn Kiểm tra khoảng cách tối đa cơt thép đai Ta có: 0,1f 'c ×dv×bv=0,1×32×1187.8×200= 760.192×103(N)>Vu= 554.28×103(N) Nên ta kiểm tra theo điều kiện sau: s≤0,8dv s=200 (mm)≤0,8dv=0,8×1187.8= 950.24 (mm)=>Thỏa mãn s≤600(mm)=>Thỏa mãn Kiểm tra điều kiện đảm bảo cho cốt thép dọc không bị chảy tác dụng tổ hợp cđa m«men,lực dọc trục lực cắt: Khả chịu lực cắt cốt thép đai: Vs= Av  f y cot g s = 142 × 300 × 1187.8 × cotg41.04 = 200 290.634×103 (N) Asfy=3870 300=1161 10 (N) Mu d v 810.72 × 10  Vu     , V  +  = s  cotg   1187.8 × 0.9  554.28 ×1000   0.5 × 290.643 × 1000    + cotg(41.04 o) = 783.146×103(N) Mu V  Asfy > d  +  u  0,5Vs  cotg  =>§ạt   v Sức kháng cắt danh định cốt thép xiên Biểu thức kiểm toán φVVn > Vu Vn :sức kháng danh định,được lấy giá trị nhỏ Vn=Vc+Vs (N) Hoặc Vn=0,25f 'c bvdv (N) Với Vc=0,083β f c' dvbv (N) VS VSV  VSB VS (min) Vn  VC + Sức kháng cắt danh định cốt thép đai: Vsv  Asv f yv d v (cot g  cot g v ).Sin v Sv (12) + Sức kháng cắt danh định cốt thép xiên: Vsb  Asb f yb d v (cot g  cot g b ).Sin b Trong đó: Sb (13)  Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Diện tích cốt thép đai, cốt thép xiên chịu cắt cự ly S v , S b (mm2); f yv , f yb : Cường độ chảy quy định cốt thép đai, cốt thép xiên (MPa); d v : Chiều cao chịu cắt hữu hiệu lấy cự ly đo thẳng góc với trục trung hịa hợp lực kéo lực nén uốn, không cần lấy trị số lớn 0,9.de 0,72.h (mm);  : Góc nghiêng ứng suất nén chéo (độ);  v ,  b : Góc nghiêng cốt thép đai, cốt thép xiên trục dọc (độ); S c , S b : Cự ly cốt thép đai, cự ly cốt thép xiên (mm); Asv , Asb : Sức kháng cắt danh định cốt thép xiên: Vsb  Asb f yb d v (cot g  cot g b ).Sin b Sb Ta có: + Diện tích cốt thép xiên cự ly Sb : 2. d 2.3,14.29 Asb   1320.37 mm 4 + Cường độ chảy cốt thép xiên cấp 420: f yb 420 MPa + Chiều cao chịu cắt hữu hiệu: d v max(0,9.d e ,0,72h) 0.9de=0.9× 1275=1147.5mm( d e chiều cao hữu hiệu tính từ thớ chịu nén ngồi đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo);  0.72h=0.72×1400=1008mm; vậy:dv=1008mm Tính số Lượng thép xiên : Asx = (Vn – Vu)/ fy x sin 45 Asx = (2167.76 103 /0,9 – 978.5 103 ) / 420 x sin 450 = 3836.56mm2 Số lượng a = Asx/ S Φ25 = 3836.56/387 = 7.52(thanh) Vậy tổng số xiên toàn dầm + Khoảng cỏch gia cỏc ct xiờn: Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Sb 2618mm sc khỏng ct danh định cốt thép xiên là: vsb= 1320.37 × 1008 × 520 ×  cotg41.04  cos45 sin 45 =465.451×103 2618 (N) Sức kháng cắt danh định cốt thép đai Vsv = Av  f y cot g s = 142 × 300 × 1187.8 × cotg41.04 = 200 596.02×103 (N) VS VSV  VSB = 1061.471 103 (N) Vậy sức kháng cắt danh định cốt thép xiên Φ Vn = Vc+Vs = 955.323  10 (N) ΦVn=Φ(0,25f 'c bvdv)=0,9×0,25×32×200×1187.8=1710.43×103 N= 2387.7 (KN)  V r = 1288.173  10 (N) VS (min) = 554 × 1000 - 411.750 103 = 203.805×103(N) 0.9 Vsv  VS (min) Mà Không đủ chịu cắt bố trí cốt thép đai , ta phải bố trí cốt thép xiên Tính sức kháng cốt thép xiên hai thang cốt thép chủ Kiểm toán VSV  VSB = 1061.471 103 VS (min) =203.805ì103(N) =>Đt 7.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 : 207.7 1500 1700 TTH 237.5 yt 200 350 Diện tích mặt cắt ngang: .. .Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 11.Vẽ biểu đồ bao vật liệu 12.Bóc tách cốt thép, thống kờ vt liu Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép BàI L? ?M 1.XC NH S B KCH THƯỚC... tớch đờng ảnh hởng lc ct w lQ :din tớch phn ln hn trờn đờng ảnh hởng lc ct LLM:hot ti tng ng vi đờng ảnh hởng mụmen lc ct ti mt ct th i Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép LLQ:hot ti tng ng... 2137.450 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 10 §ah Q0 0,9 §ah Q1 0,1 0,8 §ah Q2 0,2 0,7 §ah Q3 0,3 0,6 §ah Q4 0,4 0,5 §ah Q5 0,5 §å án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Mt cắt xi(m) li(m) 10