THiết kế kết cấu bê tông cốt thép l =24m theo 22TCN272 05

Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép N MễN HC KT CU Bấ TễNG CT THẫP BI: Thit k mt dm cho cu dng ụ tụ nhp gin n,bng BTCT,thi cụng bng phng phỏp ỳc riờng tng dm ti cụng trng v ti trng cho trc I.S LIU GI NH Chiu di nhp: :l=24(m) Hot ti :HL-93 Khong cỏch tim hai dm ; 220 cm B rng ch to cỏnh :bf = 180cm Tnh ti mt cu ri u(DW) 6.0 N/m H s phõn b ngang tớnh cho mgM =0,63 mụmen H s phõn b ngang tớnh cho lc mgQ =0,71 ct H s phõn b ngang tớnh cho mg =0,75 vừng H s cp ng k=1 vừng cho phộp ca hot ti 1/800 Vt liu(ct thộp theo ASTM Ct thộp chu lc: fy =420MPa 615M): Ct ai: fy =240Mpa Bờ tụng fc =30 MPa Quy trỡnh thit k cu 22TCN272-2005 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 mômen,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 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 11.V biu bao vt liu 12.Búc tỏch ct thộp,thng kờ vt liu Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép BàI LàM 1.XC NH S B KCH THC MT CT DM 1.1Chiu 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: h =( 1 ữ )l 10 20 h =(1.2ữ2.4)m Chiu cao nh nht theo quy nh ca quy trỡnh: hmin =0,07ì24=1,68(m) Trên sở chn chiu cao dm h=170(cm) Mt ct ngang dm: 100 200 1800 200 1700 100 200 75 75 350 1.2 B rng sn dm bw Ti mt ct trờn gi 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=20 (cm) 1.3Chiu 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=20 (cm) 1.4 Chiều rộng cánh b Theo điều kiện đề cho: b=180 (cm) 1.5Chn kớch thc bu dầm bl,hl: Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép hl=20 (cm) bl=35 (cm) 1.6Tớnh s b trng lng bn thõn ca dm trờn 1(m) di: Din tớch mt ct dm A=1,8ì0,2+0,1ì0,1+0,075ì0,075+(1,7-0.2-0,2)x0.2 +0,2ì0,35=0,679625(m2) Wdc=Aì=0,679625 ì24= 16.311(KN/m) Trong ú =24 KN/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: - 24 L= =8 (m) vi L l chiu di nhp hu hiu 4 - Khong cỏch tim gia dm:220(cm) - 12 ln b dy cỏnh v b rng sn dm: 12hf+bw=12ì20+20=258(cm) - V b rng cỏnh tớnh toỏn cng khụng c ln hn b rng cỏnh chờ to bf=180(cm) Vy b rng cỏnh hu hiu l b=180(cm) Quy i tit din tớnh toỏn: - Din tớch tam giỏc ti ch vỏt bn cỏnh: S1=10ì 10 =50(cm) - Chiu dy cỏnh quy i: S1 h 1qd =hf+ b b =18+ w ì 50 = 23.75 (cm)= 237.5 (mm) 180 20 - Din tớch tam giỏc ti ch vỏt bu dm: S2 = 7.5 ì 7.5 = 28.125 (cm2) - Chiu cao bu dm mi: 2S 2 ì 28.125 h 1qd =h1+ b b = 20 + = 23.75 (cm)= 237.5(mm) 35 20 w Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Mt ct ngang tớnh toỏn 237.5 1800 TTH 237.5 yt 1700 200 350 2.TNH TON DIN TCH B TR CT THẫP TI MT CT GIA DM Tớnh mômen tớnh toỏn ng vi trng thỏi gii hn cng ,tớnh ti mt ct gia nhp: M= {(1,25 ì wdc +1,5 ì wdw ) + mg M [ 1, 75 ì LLL + 1, 75 ì k ì LLM ì (1 + IM ) ]} ì M Trong ú: LLL : Ti trng ln ri u (9,3KN/m) tan dem LLM = 17.42 : Hot ti tng ng ca xe hai trc thit k ng vi ..h M ti mt ct t gia nhp (KN/m) truck LLM = 21.17: Hot ti tng ng ca xe ti thit k ng vi ..h M ti mt ct t gia nhp(KN/m) mg M = 0,63: H s phõn b ngang tớnh cho mụmen (ó tớnh cho c h s ln xe m) wdc =16.331: Trng lng dm trờn mt n v chiu di (KN/m) wdw = 6.0 : Trng lng cỏc lp mt cu v cỏc tin ớch cụng cng trờn (1+IM) M = 72 k=1 mt n v chiu di ( tớnh cho mt dm,(KN/m)) : H s xung kớch : Din tớch ng nh hng M (m2) : H s ca HL-93 Thay s: M=0,95ì{(1,25ì16.331+1,5ì6.5)+0,63[1,75ì9,3+1,75ì1ì21.17ì(1+0,25)]}ì72 = 4200.102 (KNm) Gi s chiu cao hu hiu ca dm: Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép d=(0,8ữ0,9)h chn d=0,9ìh=0,9 ì 170=153 (cm) 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:Mụmen khỏng danh nh Mu=4200.102 (KNm) :H s khỏng(vi dm chu kộo un ly:=0,9 As:Din tớch ct thộp chu kộo fy=420 Mpa:Gii hn chy ca ct thộp dc ch f 'c =30Mpa:Cng chu nộn ca bê tông tui 28 ngy :H s quy i chiu cao vựng nộn c xỏc nh nh sau: Theo iu kin u bi f 'c =30MPa nờn ta cú: l=0,85-0,05 ì 30 28 =0.836 hf = 0,2375 (m):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) Thay cỏc s liu vo ta cú: Mf =0,85ì0,836ì(1.8-0,2) ì23.75ì30ì103ì (1,53-0,2375 /2)= 1196.563 (KNm) M u 4200.102 = 0,9 = 4666.78 (KNm)chn ll= 1600 (mm) ng thi chiu di ny cng khụng nh hn chiu di phỏt triển 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 bê tông 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 sụ 29 ldb= 0,02 Ab f y f ' c = 0, 02 ì 645 ì 420 =915.809 (mm) 30 ng thi ldb0,06ì db ìfy=0,06ì28.7 ì420= 630 (mm) Trong ú: Ab =645:din tớch s 29 (mm2) fy =420 MPa:cng chy c quy nh ca cỏc ct thộp f 'c =30 MPa:cng chu nộn qu0y nh ca bê tông tui 28 ngy db =28.7 mm:ng kớnh thanh(mm) H s iu chnh lm tng ld:1,4 Act 74.11 H s iu chnh lm gim ld: A = =0,95 77.4 tt ld=915.809ì1,4ì0,95 = 1227.702 (mm) Chn ld=1300 (mm) Vi: Act=74.11(cm2): Din tớch cn thit theo tớnh toỏn Att=77.4(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 bê tông chu nộn vi chiu di trin khai ld ti mt ct thit k cú the kộo di liờn tc lờn mt i din cốt thộp Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 1700 E X2=1235 X1=926 D 1400 D éI? M C? T Lí THUY? T [1549.354] éI? M C? T TH? C T? 1.2Mcr = 797.167kNm 0.9Mcr = 597.875kNm 1893 E 44@100=4400 C C 1954 45 Mu'=4Mu 300 50 50 [2738.014] 12300 B 2051 B 45 Ld=1300 l 1=1600 [3571.925] A A 39@200=7800 4702 [4057.149] [4530.29] [3823.472] [3094.582] [2333.526] (kN.m) Mr Mu (k N.m) [4200.102] Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 5.TNH TON CHNG CT Biu thc kim toỏn Vn > Vu Vn :sc khỏng danh nh,c ly bng giỏ tr nh hn ca Vn=Vc+Vs (N) Hoc Vn=0,25f 'c bvdv (N) Vc=0,083 f c' dvbv (N) Vs= 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 a dv =d ng thi dv= max{0,9d;0,72h} a Vy dv=max{0,9d;0,72h;d } 0,9d=0,9ì1580 = 1450.125(mm) 0,72h=0,72ì1700 = 1244 (mm) a d =1580 64.3 = 1516 (mm) +bv:b rng bn bng hu hiu,ly bng bn bng nh nht chiu cao dv, Vy bv=bw=20(cm) T trờn ta thy dv= 1516(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 bê tông thng =0,9 Av:din tớch ct thộp b ct c ly s(mm) Vs:Kh nng chu lc ct ca bê tông (N) Vu:Lc ct tớnh toỏn(N) Kim tra iu kin chu lc ct theo kh nng chu lc ca bê tông vựng nộn: +Xột mt ct cỏch gi mt khong dv= 1516mm.Xỏc nh ni lc trờn ng bao bng phng phỏp ni suy Vu= 600.569(KN) Mu= 978.5(KNm) Vn=(0,25f 'c bvdv)=0,9ì0,25ì30ì200ì1516=2387.7ì103 N= 2387.7 (KN) Vu = 987.5(KN) t Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Tớnh gúc v h s : +Tớnh toỏn ng sut ct Vu 987.5 ì 103 V= ì d ì b = =2.445 (N/mm2) 0, ì 1516 ì 200 v v v 2.445 +Tớnh t s ng sut f ' = =0,0669 < 0,25 30 c +Gi s tr s gúc =45 tớnh bin dng ct thộp chu kộo theo cụng thc Mu + 0,5 ì Vu ì cot g dv E s ì As x= dv= 1516 (mm) Es=2.105 N/mm2 As=3780 mm2 (khi kộo v gi ct cũn li thanh) Thay số vào ta đợc: x= 1,22ì 10 Tra bng ta c =37.86o Tớnh li x=1.33 ì 10 Tip tc tra bng ta c =38.8 o Tớnh li x=1.32ì 10 Tip tc tra bng ta c =38.66 o Tớnh li x=1.56ì 10 Giỏ tr ca , x hi t Vy ta ly =38.66 o Tra bng ta c =2.1 Kh nng chu lc ct ca BT Vc=0,083ì f c' ìdvìbv=0,083ì2.1ì 30 ì200ì1516 =312.651ì103(N) Yờu cu v kh nng chu lc ct cn thit ca cụt thộp: Vs=Vn-Vc= 600.569 ì103 - 312.651 ì103 = 354.647ì103(N) 0,9 Khong cỏch b trớ ct thộp ln nht: Smax= Av ì f y ì d v ì cot g Vs fy=240MPa:gii hn chy quy nh vi cụt thộp = 38.66 o :gúc nghiờng vi ng sut nộn chộo dv= 1516 (mm) Vs= 354.647ì103(N) Av:din tớch ct thộp ai(mm2) Chn cụt thộp l s 10,ng kớnh danh nh d=9,5mm,din tớch mt ct ngang ct thộp l: Av=2ì71=142(mm ) 142 ì 420 ì 1516 ì cot g 38.66o Vy ta tớnh c: Smax= = 318.68 (mm) 354.647 ì103 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Ta chn khong cỏch b trớ cụt s=20 (cm) Kim tra lng ct thộp ti thiu: bv s 200 ì 200 = 46.75 (mm2 ) 420 M Av=142 mm2 > A vmin = 46.75 (mm2) Tha Av0,083 f c' f =0,083 30 y Kim tra khong cỏch ti a ca cụt thộp Ta cú: 0,1f 'c ìdvìbv=0,1ì30ì1516ì200= 954.905ì103(N)>Vu= 600.569ì103(N) Nờn ta kim tra theo cỏc iu kin sau: s0,8dv s=200 (mm)0,8dv=0,8ì1516= 1212.8 (mm)=>Tha s600(mm)=>Tha Kim tra iu kin m bo cho ct thộp dc khụng b chy di tỏc dng t hp mômen,lc dc trc v lc ct: Kh nng chu lc ct ca ct thộp ai: Av ì f y ì cot g 142 ì 240 ì 1516 ì cot g (38.66o ) Vs= = = 565.085ì103 (N) s 200 ì Asfy=3780 240=1587.6 ì 10 (N) M u Vu 978.5 ì105 600569 ì 103 0,5Vs cotg = 0,5 ì 565.085 ì103 ữ ì cotg(38.66 o ) + + d v 0,9 1516 ì 0, = 1198.29ì103(N) M V u Asfy > d + u 0,5Vs ì cotg =>Đt v 6.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 : Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 237.5 1800 1700 TTH 237.5 yt 200 350 Diện tích mặt cắt ngang: Ag =23.75ì180+ (170-23.75-23.75 )ì20+23.75ì35 = 7073.75 (cm ) Xác định vị trí trục trung hoà: yt = 23.75 ì 180 ì155.125 + (170 23.75 23.75) x 20 ì 849.985 + 23.75 ì 35 ì 11,875 = 118.14 7073.75 cm Mô men quán tính tiết diện nguyên: 180.0 ì 23.753 +180ì23.75ì (155.125-118.14 ) +20ì122.5ì 12 122.5 (23.75+ -118.14 ) + 20 ì 122.53 35 ì 23.753 + + 35 ì 23.75 ì (118.4 11,875) = 2.106 ì107 (cm ) 12 12 Ig = Tính ứng suất kéo bê tông : fc = Ma 2923.632 ì103 yt = ì118.14 ì 102 = 16.04 MPa Ig 2.106 ì10 ì10 Cờng độ chịu kéo uốn bê tông : f r = 0, 63 f c ' = 0, 63 30 = 3, 73( MPa) 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) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép +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 =50mm +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: yA = 20 ì 35 ì 20 / + (35 ì 7.5) ì 7.5 ì (7.5 + 7.5 / 2) + ì (0,5 ì 7.52 ì (20 + 7.5 / 3)) + 20 ì ì (20 + / + 7.5) 34 ì 20 + + (34 ì 7) ì + 20 ì y A = y = 12cm Giải phơng trình bậc hai ta tìm đợc = 0.76cm Khi phần bê tông bọc cốt thép cần tìm là: dt A = 34 ì 24+7 +(34- ì 7) ì 7+20 ì 0.76= 828.1 (cm ) 70 200 350 A= yA 7.76 200 120 dt = 828.1 cm A 350 dt A = 5974.64 mm 12 Z : thông số bề rộng vết nứt sét điều kiện bình thờng Z= 30000(N/mm) Z 30000 = = 483.426 N / mm = 483.426 MPa 1/3 1/3 (d c A) (50 ì 5974.64) 0, f y = 0, ì 420 = 252 MPa => f sa = 252 MPa Tính toán ứng suất sử dụng cốt thép: -Tính diện tích tơng đơng tiết diện bị nứt: E s = 2.10 ( MPa) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Ec = 0, 043 yc1,5 f 'c = 0, 043 ì 24001,5 30 = 29910.202( MPa) n= ì105 = 6.687 Chọn n = 29910.202 Xác định vị trí trục trung hòa dựa vào phơng trình mômen tĩnh với trục trung hòa không: S = h f (b bw ) ( h y hf ) + bw (h y ) Thay số vào ta đợc: (h y ) ữ nAs ( y d1 ) S= 23.75 ì (170-20) ì (170-y- 23.75 (170 y ) ) +20ì ì 77.4 ì (y 12)=0 2 Giải ta đợc y= 140.89 (cm) Tính ứng suất cốt thép f s =n Ma (y-d ) I cr Tính mômen quán tính tiết diện nứt: 180 ì 23.753 23.75 + 180 ì 23.75 ì 170 140.89 I cr = ữ 12 + 20 ì ( 170 140.89 23.75 ) 20 ì ( 170 140.89 23.75 ) + 12 2 4 +7 ì 71.4 ì (140.89 12) = 9.9857 ì10 ( cm ) fs= ì 2923.632 ì106 ì (1181.4 120) = 186.4( MPa) 9.9857 ì 108 f s = 186.4 (Mpa) < f sa = 252 (Mpa) Đạt 8.Tính độ võng Xác định vị trí bất lợi xe tải thiết kế 145KN 145KN 4,3m x 35KN 4,3m L/2 L/2 L L 48EI Đ ah y1/2 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Xét trờng hợp ba trục nhịp Vị trí bất lợi xe đợc xác định theo công thức : x= 36L-184,9 1056,25L2 -10724,2L+26810,5 7 x= 36 ì 24-184,9 1056,25 ì 242 -10724,2 ì 24+26810,5 = 9.203m 7 Kiểm tra điều kiện trục xe trọng nhịp : x = 9.203m < L / = 12m L x 8, = 6.917 > Điều kiện thoả mãn Độ võng xe tải thiết kế gây xác định theo công thức : y= ( P1 3L2 x 4x 48EI + ) + P ( 3L ( L x 4,3) ( L x 4,3) 48EI ( P2 3L2 ( L x 8,6 ) ( L x 8,6 ) 3 ) ) 48EI P1 = 0,145MN P2 = 0, 035MN L x 4,3 = 11.217m L x 8, = 6.917m E = Ec = 29910.202 MPa Xác định mô men quán tính hữu hiệu: I = min{ I g ; I e } I g = 2.106 ì 107 cm Y : Mô men quán tính tiết diện nguyên Mô men nứt : M cr = f r ( Ig yt = 3, 73 ì 2.106 ì107 = 664.38 ì106 Nmm = 664.38 KNm 1181.4 M cr 664.38 ) =( ) = 0, 227 Ma 2923.63 I e (mm ) : mô men hữu hiệu, tính theo công thức : M M I e = ( cr )3 I g + cr Ma M a I cr I e = 0, 227 ì 2.106 ì104 + [ 0, 227 ] ì 9.8857 ì 10 = 101.157 ì10 cm Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép I = I e = 101.175 ì104 cm = 1.10175 ì102 m Thay vào tính đợc y=40.52 x 103 m Tính toán độ võng hoạt tải gây Độ võng ta vừa tính cha tính đến hệ số phân bố ngang, hệ số cấp đờng hệ số xung kích tính võng Bây ta phải xét hệ số Kết tính toán độ võng xe tải thiết kế: f1 = kmg ( + IM ) y = 1ì 0.75 ì1, 25 ì 40.52 = 17.73mm Độ võng tải trọng làn: yL = ( 0, 65 ì 0, 0093) ì 24 5qL4 = = 10.497 m 384.E c I 384 ì 29910.202 ì1.10175 ì10 Kết tính toán độ võng 25% xe tải thiết kế với tải trọng thiết kế: f = 0, 25mg ( + IM ) y + y L = 0, 25f1 + y L = 0, 25 ì17.73 + 10.497 = 14.92mm f max = max { f1 ;f } = 17.73mm f f max < L ì l = 24000 ì 800 = 30mm Đạt  ...Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 11.V biu bao vt liu 12.Búc tỏch ct thộp,thng kờ vt liu Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép BàI L M 1.XC NH S B KCH THC MT CT DM... tớch đờng ảnh hởng lc ct w lQ :din tớch phn ln hn trờn đờng ảnh hởng lc ct Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép LLM:hot ti tng ng vi đờng ảnh hởng mụmen lc ct ti mt ct th i LLQ:hot ti tng ng... vị trí bất l i xe tải thiết kế 145KN 145KN 4,3m x 35KN 4,3m L/ 2 L/ 2 L L 48EI Đ ah y1/2 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Xét trờng hợp ba trục nhịp Vị trí bất l i xe đợc xác định theo công