THiết kế kết cấu bê tông cốt thép l =15m 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: Hot ti Khong cỏch tim hai dm B rng ch to cỏnh Tnh ti mt cu ri u(DW) H s phõn b ngang tớnh cho mụmen H s phõn b ngang tớnh cho lc ct H s phõn b ngang tớnh cho vừng H s cp ng vừng cho phộp ca hot ti Vt liu(ct thộp theo ASTM 615M): :l=15 (m) :HL-93 :230 cm :bf = 190 cm 5N/m mgM =0,75 mgQ =0,56 mg =0,5 k=0,65 1/800 Ct thộp chu lc: fy = 300 MPa Ct ai: fy =250 Mpa Bờ tụng fc =34MPa 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 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 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 =(0,75ữ1,5)m Chiu cao nh nht theo quy nh ca quy trỡnh: hmin =0,07ì15=1,05(m) Trên sở chn chiu cao dm h=120(cm) Mt ct ngang dm: 100 200 1900 200 1200 100 200 70 70 340 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) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 1.4 Chiều rộng cánh b Theo điều kiện đề cho: b=190(cm) 1.5Chn kớch thc bu dầm bl,hl: hl=20 (cm) bl=34 (cm) 1.6Tớnh s b trng lng bn thõn ca dm trờn 1(m) di: Din tớch mt ct dm A=1,9ì0,2+0,1ì0,1+0,07ì0,07+(1.2-0.2-0.20)ì0,20+0,20ì0,34=0,6229 (m2) Wdc=Aì=0,6229ì24=14.9 (KN/m) 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: - 15 L= =3.75(m) vi L l chiu di nhp hu hiu 4 - Khong cỏch tim gia dm:230(cm) - 12 ln b dy cỏnh v b rng sn dm: 12hf+bw=12ì20+20=260(cm) - V b rng cỏnh tớnh toỏn cng khụng c ln hn b rng cỏnh chờ to bf=190(cm) Vy b rng cỏnh hu hiu l b=190(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 =20+ w ì 50 = 20.6(cm)= 206(mm) 190 20 - Din tớch tam giỏc ti ch vỏt bu dm: S2 =7ì =24.5(cm2) - Chiu cao bu dm mi: 2S 2 ì 24.5 h 1qd =h1+ b b =20+ =23,5(cm)=235 (mm) 34 20 w Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Mt ct ngang tớnh toỏn 208 1900 TTH 23,5 yt 1200 200 340 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 = 29.57 : Hot ti tng ng ca xe hai trc thit k ng vi ..h M ti mt ct t gia nhp (KN/m) truck LLM = 26.99: Hot ti tng ng ca xe ti thit k ng vi ..h M ti mt ct t gia nhp(KN/m) mg M = 0,75 : H s phõn b ngang tớnh cho mụmen (ó tớnh cho c h s ln xe m) wdc = 14.9 : Trng lng dm trờn mt n v chiu di (KN/m) wdw = : Trng lng cỏc lp mt cu v cỏc tin ớch cụng cng trờn mt n v chiu di ( tớnh cho mt dm,(KN/m)) (1+IM) : H s xung kớch M = 28.13 : Din tớch ng nh hng M (m2) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép k=0,5 : H s ca HL-93 Thay s: M=0,95ì{(1,25ì14.9+1,5ì5)+0,75x[1,75ì9,3+1,75ì0,5ì29.57ì(1+0,25)]}ì28.13 = 2074.114 (KNm) Gi s chiu cao hu hiu ca dm: d=(0,8ữ0,9)h chn d=0,9ìh=0,9 ì 120=108 (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= 1644.87(KNm) :H s khỏng(vi dm chu kộo un ly:=0,9 As:Din tớch ct thộp chu kộo fy=300Mpa:Gii hn chy ca ct thộp dc ch f 'c =34 Mpa:Cng chu nộn ca bê tông tui 28 ngy :H s quy i chiu cao vựng nộn c xỏc nh nh sau: =0,85-0,05x(f 'c -28)/7 56MPa f 'c 28MPa Theo iu kin u bi f 'c =34 MPa nờn ta cú: l=0,85-0,05 ì 34 28 =0,807 hf =0,2067: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 =0,85ì0,807ì (1.9-0,20) ì0, 2067ì34ì103ì (1,08-0,2067/2)=7206.8859 (KNm) M u 1866.702 = 0,9 = 2074.114(KNm)chn ll=1100 (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 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Chiu di trin khai ct thộp c bn ldb(mm) c s dng vi ct thộp dc s dng bi l thộp sụ 25 ldb= 0,02 Ab f y f ' c = 0, 02 ì 510 ì 300 = 525 (mm) 34 ng thi ldb0,06ì db ìfy=0,06ì25.4ì300=342(mm) Trong ú: Ab =510:din tớch s 25(mm2) fy =300MPa:cng chy c quy nh ca cỏc ct thộp f 'c =34MPa:cng chu nộn quy nh ca bê tông tui 28 ngy db =25.4 mm:ng kớnh thanh(mm) H s iu chnh lm tng ld:1,4 Act 65.09 H s iu chnh lm gim ld: A = =0,916 71.4 tt ld= 525ì1,4ì0,916=670.26 (mm) Chn ld= 700 (mm) Vi: Act= 65.09(cm2): Din tớch cn thit theo tớnh toỏn Att= 71.4(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 1200 5.TNH TON CHNG CT E E 1.2Mcr = 383.049kNm X2=907.6 D D [744.93] 681 27@100=2700 0.9Mcr = 287.286kNm 1145 X1=680.7 Mu'=3/4 Mu 300 50 50 1668 éi?m c?t lý thuy?t [744.93] C éi?m c?t th? c t? 1100 C 7800 Ld=700 l 1=1100 [744.93] B B 25@200=5000 [744.93] 2905 A A [744.93] [2038.68] [1781.93] [1506.33] [1229.72] [985.19] (kN.m) Mr (k N.m) Mu Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 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=0,9ì10764= 969(mm) 0,72h=0,72ì1200=864(mm) a d =1076.4 39 = 1057.5 (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= 1057.5 (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= 1057.5 mm.Xỏc nh ni lc trờn ng bao bng phng phỏp ni suy Vu= 398.1(KN) Mu= 505.98(KNm) Vn=(0,25f 'c bvdv)=0,9ì0,25ì35ì200ì1057.5 =1617.97ì103 N= 1617.97 (KN) Vu = 398.1 (KN) t Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Tớnh gúc v h s : +Tớnh toỏn ng sut ct Vu 398.1ì103 V= ì d ì b = =2.091N/mm2) 0,9 ì 1057.5 ì 200 v v v 2.091 +Tớnh t s ng sut f ' = =0,06151< 0,25 34 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= 1057.5 (mm) Es=2.105N/mm2 As=3060mm2 (khi kộo v gi ct cũn li thanh) Thay số vào ta đợc: x= 1.33ì 103 Tra bng ta c = 36.536 o Tớnh li x=1,46ì 10 Tip tc tra bng ta c =35.598o Tớnh li x=1.42 ì 103 Tip tc tra bng ta c = 35.597 o Tớnh li x=1.556ì 103 Giỏ tr ca , x hi t Vy ta ly = 35.597 o Tra bng ta c =2.22 Kh nng chu lc ct ca BT Vc=0,083ì f c' ìdvìbv=0,083ì2.22ì 34 ì200ì1057.5 =227.24ì103(N) Yờu cu v kh nng chu lc ct cn thit ca cụt thộp: Vs=Vn-Vc= 398.1ì103 227.24 ì103 =215.098ì103(N) 0,9 Khong cỏch b trớ ct thộp ln nht: Smax= Av ì f y ì d v ì cot g Vs fy=250 MPa:gii hn chy quy nh vi cụt thộp = 35.597o :gúc nghiờng vi ng sut nộn chộo dv=1057.5 (mm) Vs=215.098ì103(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 250 ì 1057.5 ì cot g 35.597o Vy ta tớnh c: Smax= = 243.81 (mm) 215.098 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 = 77.44(mm2 ) 250 M Av=142mm2 > A vmin = 77.44(mm2) Tha Av0,083 f c' f =0,083 34 y Kim tra khong cỏch ti a ca cụt thộp Ta cú: 0,1f 'c ìdvìbv=0,1ì34ì1057.5 ì200= 719.096ì103(N)>Vu= 398.1ì103(N) Nờn ta kim tra theo cỏc iu kin sau: s0,8dv s=200(mm)0,8dv=0,8ì1057.5 = 842.4 (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 d v ì f y ì cot g 142 ì 250 ì 1057.5 ì cot g (35.597 o ) Vs= = = 262.17ì103 (N) s 200 ì Asfy=3060 250=765 ì 10 (N) M u Vu 505.98 ì105 398.1ì 103 0,5Vs cotg = 0,5 ì 262.17 ì 103 ữ ì cotg(35.597o ) + + d v 0,9 1057.5 ì 0, = 966.4ì103(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 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Mặt cắt ngang tính toán : 208 1900 TTH 23,5 yt 1200 200 340 Diện tích mặt cắt ngang: Ag =20,8ì190+(120-20.8-23.5)ì20+23,5ì34= 6231 (cm ) Xác định vị trí trục trung hoà: yt = 20.8 ì190 ì109.6 + (120 20.667 23.5) ì 20 ì 61.35 + 23,5 ì 34 ì 11, 75 = 85.39 (cm) 6231 Mô men quán tính tiết diện nguyên: 75.7 190 ì 20,83 Ig = +190ì20,8ì (109.6 85.39 ) +20ì75.7ì (23.5 12 20 ì 75, 73 34 ì 23,53 + + 34 ì 23,5 ì (85.39 11, 75) = 8419863.96(cm ) 85.39 ) + 12 12 Tính ứng suất kéo bê tông : fc = Ma 1262.65 ì 103 yt = ì 85.39 ì 102 = 12.8 MPa Ig 8419863.96 ì 10 Cờng độ chịu kéo uốn bê tông : f r = 0, 63 f c ' = 0, 63 34 = 3, 67( 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 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 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 =50 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: yA = 20 ì 34 ì 20 / + (34 ì 7) ì ì (20 + / 2) + 2(0, ì ì (20 + / 3)) + 20 ì ì (20 + / 2) 34 ì 20 + + (34 ì 7) ì + 20 ì y A = y = 12.36 cm Giải phơng trình bậc hai ta tìm đợc = -0,86 (cm) Khi phần bê tông bọc cốt thép cần tìm là: dt A = 34 ì 20 + + (34 ì 7) ì + 20 ì = 851,8cm 69,14 200 340 yA 20.2 200 123.6 dt A= 851,8 m 340 dt A= A = 6084,8mm 14 Z : thông số bề rộng vết nứt sét điều kiện bình thờng Z= 30000(N/mm) Z 30000 = = 446, 25 N / mm = 446, 25MPa 1/3 1/3 (d c A) (50 ì 6084, 28) 0, f y = 0, ì 300 = 180 MPa => f sa = 180 MPa 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 yc1,5 f 'c = 0, 043 ì 24001,5 34 = 29479.82( MPa) Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép ì105 = 6.686 Chọn n =7 n= 29479.82 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 ) (h y ) nAs ( y d1 ) Thay số vào ta đợc: S= 20,8ì (180-20) ì (120-y- 20,8 (120 y ) ) +20ì ì 71.4 ì (y-12.36)=0 2 Giải ta đợc y= 108.65 (cm) Tính ứng suất cốt thép f s =n Ma (y-d ) I cr Tính mômen quán tính tiết diện nứt: 190 ì 20,83 20,8 + 190 ì 20,8 ì 120 108.65 I cr = ữ 12 + 20 ì ( 120 108.65 20,8 ) 20 ì ( 120 108.65 20,8 ) + 12 2 +7 ì 39.76 ì ( 108.65 12.36 ) = 641.3 ì10 ( cm ) ì1011.05 ì 106 ì (108.65 123.6) = 173.9( MPa ) fs= 641.3 ì108 f s = 173.9(Mpa) < f sa = 180(Mpa) Đạt 7.Tính độ võng Xác định vị trí bất lợi xe tải thiết kế Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 145KN 145KN 4,3m x 35KN 4,3m L/2 L/2 L Đ ah y1/2 L 48EI Xét trờng hợp ba trục nhịp Vị trí bất lợi xe đợc xác định theo công thức : 36L-184,9 1056,25L2 -10724,2L+26810,5 x= 7 x= 36 ì 15-184,9 1056,25 ì152 -10724,2 ì15+26810,5 = 4.746m 7 Kiểm tra điều kiện trục xe trọng nhịp : x = 4.746m < L / = 7.5m L x 8, = 1.654 > 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 = 5.954m L x 8, = 1.654m E = Ec = 27691, 47 MPa Xác định mô men quán tính hữu hiệu: I = min{ I g ; I e } I g = 8419863.96 ì104 cm : Mô men quán tính tiết diện nguyên Mô men nứt : Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép Ig 8419863.96 ì104 M cr = f r = 3, 67 ì = 361.88 ì 106 Nmm = 361.88 KNm yt 816 ( M cr 361.88 ) =( ) = 0, 02354 Ma 1262.65 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, 03147 ì 8419863.96 + [ 0, 03147 ] ì 641.3 ì 10 = 621.11ì10 cm I = I e = 621.11ì 104 cm = 6.2111ì102 m Thay vào tính đợc y=.35.75 103 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 = 0, 65 ì 0,5 ì1, 25 ì 35.75 = 14.52mm Độ võng tải trọng làn: ( 0, 65 ì 0, 0093 ) ì154 5qL4 yL = = = 2.99103 m 384.E c I 384 ì 29479.82 ì 6.211.10 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 ì14.52 + 2.99 = 6.62mm f max = max { f1 ;f } = 14.52mm f f max < L ì l = 15000 ì 800 = 18.75mm Đạt Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép ... 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... học Kết cấu bê tông cốt thép Đờng ảnh hởng l c cắt tiết diện: 10 Đ ah Q0 0,9 Đ ah Q1 0,1 0,8 Đ ah Q2 0,2 0,7 Đ ah Q3 0,3 0,6 Đ ah Q4 0,4 0,5 Đ ah Q5 0,5 Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép. .. 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 = 29.57 : Hot ti tng ng ca xe hai trc thit k ng vi ..h M ti mt ct t gia nhp (KN/m) truck LLM =