ĐỒ án môn học kết cấu bê TÔNG cốt THÉP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A TÀI LIỆU THIẾT KẾ Số liệu riêng: Nhóm Bề rộng B (m) 3.10 Hmax (m) 1.90 Mác bê tông M150 Nhóm thép Số nhịp CI Hình – Mặt cắt dọc cầu máng Thân máng; Trụ đỡ; Nối tiếp Hình – Mặt cắt ngang máng B – Vách máng δ - Lề người – đáy máng – Dầm đỡ dọc máng H 12 Chiều dài L (m) 34 – Khung đỡ (khơng tính tốn đồ án) Số liệu chung: Độ vượt cao an toàn vách máng so với mực nước cao máng: δ = 0,5m Tải trọng gió: qg = 1,2 kN/m2 Gió đẩy: Hệ số kgió đẩy = 0,8 Gió hút: Hệ số kgió hút = 0,6 Cầu máng thuộc cơng trình cấp III Dung trọng bê tông: γ b = 25 kN/m Bề rộng vết nứt giới hạn: angh = 0,24 mm Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500 Tải trọng người đi:qng=200 kG/m2= kN/m2 Từ số liệu cho , tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta có: kn=1,15; Rn=70 daN/cm2; Rk=6.3 daN/cm2 ; Rkc = 9.5daN/cm2 ;Rnc = 85 daN/cm2; mb= 1,15; mb4=0,9; ma=1,1; Ra = R’a = 2100 daN/cm2 ; α0= 0,7 ; A0= 0,455 ;Ea= 2.100.000 daN/cm2 ; Eb= 2.1.105 daN/cm2 ; n=Ea/Eb= 10.0 ; µmin= 0,1 % ; B THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Theo quy phạm , cầu máng cần tính tốn thiết kế ứng với tổ hợp tải trọng : , đặc biệt, thời gian thi công Tuy nhiên, phạm đồ án tính tốn thiết kế phận cầu máng với trường hợp : Tổ hợp tải trọng Trình tự thiết kế phận: Xác định sơ đồ tính tốn phận kết cấu: Cầu máng kết cấu khơng gian có kích thước mặt cắt ngang tải trọng khơng thay đổi dọc theo chiều dòng chảy Do vậy, phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy tính tốn theo tốn phẳng Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính tốn dầm liên tục nhiều nhịp Xác định tải trọng dụng: Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính tốn nội dung trạng thái giới hạn II : Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt tính độ võng Tải trọng tính tốn : qtt = qc.nt (với nt hệ số vượt tải) dùng để tính toán nội dung trạng thái giới hạn I : Tính tốn cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra tính tốn cốt thép ngang bao gồm cốt đai cốt xiên (nếu cần) Xác định biểu đồ nội lực phương pháp tra bảng sử dụng phần mềm tính kết cấu Tính tốn bố trí thép: Cốt thép dọc chịu lực tính tốn mặt cắt có Mmax Đối với phận kết cấu dạng lề (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m Kiểm tra tính tốn cốt ngang bao gồm cốt thép đai cốt thép xiên (nếu cần ) cá mặt cắt có Qmax theo phương pháp trạng thái giới hạn 5 Kiểm tra nứt: Kiểm tra nứt mặt cắt có Mmax Với mặt cắt khơng cho phép xuát khe nứt, bị nứt, cần đề giải pháp khắc phục Với mặt cắt cho phép xuất khe nứt, bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt so sánh đảm bảo yêu cầu a n < angh , an >angh , đưa giải pháp khắc phục Tính đọ võng tồn phần f so sánh đảm bảo f/l < [f/l] Nếu f/l >[f/l] đưa giải pháp khắc phục I LỀ NGƯỜI ĐI 1.1 Sơ dồ tính tốn Cắt 1m dài lề người theo chiều dọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người dầm công xôn ngàm đầu vách máng Chọn bề rộng lề 1m Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm 12 80 cm 80 cm Hình 1.1 – Sơ đồ tính tốn lề người 1.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc lề người đi, tổ hợp tải trọng tác dụng lên lề bao gồm: a Trọng lượng than (qbt): qcbt = γb.h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m b Tải trọng người (qng): qcng = 2.1m = 2kN/m Tải trọng tính tốn tổng cộng tác dụng lên lề người : q = nbt.qcbt + nng.qcng = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m Trong đó: nbt = 1,05; nng = 1,2 – hệ số vượt tải trọng lượng thân tải trọng người theo TCVN 4116-85 1.3 Xác định nội lực 1,608 - M kNm 4,02 q = 5,025 kN/m Q kN Hình 1.2 – Biểu đồ nội lực lề người 1.4 Tính tốn bố trí cốt thép a Tính tốn bố trí cốt thép dọc Tính tốn bố trí cốt thép dọc chịu lực mặt cắt có mơ mêm uốn lớn (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm, h0 = h – a = 8cm A= k n n c M m b R n b.h 02 = = 0.036 A = 0,036 < A0= 0,455 → Tính cốt đơn, α = - Fa = m b R n b.h α m a R a = 1− 2A =0,037 = 1,03 cm2 Chọn bố trí cốt thép chịu lực : 5ϕ8/1m ( 2,51 cm2) theo phương vng góc với phương dòng chảy Chọn bố trí cốt thép cấu tạo vng góc với cốt thép chịu lực :4ϕ6/1m (2,01 cm2) b Tính tốn bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện tính tốn cốt thép ngang mặt cắt có Qmax = 4,02kN = 402 daN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.6,3.100.8 = 3629 daN k1= 0,8 kết cấu bảng kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 => Không cần đặt cốt ngang φ8 a=200 φ8 a=250 Hình 1.3 – Bố trí thép lề người II Vách máng 2.1 Sơ đồ tính tốn Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều dài máng, vách máng tính tốn dầm cơng xơn ngàm đáy máng dầm dọc 12 cm Chiều cao vách: 2,4 Hv = Hmax + δ = 1,9 + 0,5 = 2,4 m δ - độ vượt cao an toàn , lấy δ = 0,5 m Bề dày thay đổi dần : hv = 12 ÷ 20 cm 20 Hình 2.1 – Sơ đồ tính tốn vách máng 2.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc cảu vách máng, tổ hợp tải trọng tác dụng lên vách bao gồm tải trọng sau: - Mô men trung người lề truyền xuống: Mng - Mô men trọng lượng thân lề đi: Mbt - Áp lực nước tương ứng vơi Hmax: qn - Áp lực gió ( gồm gió đẩy gió hút ): qgđ qgh Các tải trọng gây nên trường hợp: Căng căng vách máng a Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng : Mbt , qgđ (gió đẩy, máng khơng có nước khơng có người lê) M c bt = q cbt L2l = 2,5.0.8 = 0,8 kNm; M cbt Mbt = nbt = 1,05.0,8 = 0,84 kNm qcgđ = kgđ.qg.1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m qgđ = ng qcgđ = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m ng = 1,3 – hệ số vượt tải gió M c qgd H v2 c gd = qgd H v2 Mgđ = = = 0,96.2, 42 1, 248.2, 2 = 2,765 kNm = 3,594 kNm b Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng : Mbt , Mng , qgh ,qn ( gió hút, máng có nươc chảy qua với mực nước Hmax trê lề có người đi) M cbt = 0,8 kNm Mbt = 0,84 kNm tính trường hợp căng ngồi M q cng L l c ng = = 2.0,82 M cng = 0,64 kNm; Mng = nng = 1,2.0,64 = 0,768 kNm qcnmax= kđγnHmax1m = 1,3.10.1,9.1 = 24,7 kN/m; qnmax = nn.qcnmax = 1.24,7 = 24,7 kN/m q cn max H 2max M = c n Mn= q n max H 2max = = 24, 7.1,9 24, 7.1,9 = 14,861 kNm; =14,861kNm qcgh = kgh.qg.1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m; qgh = ng qcgh = 1,3 0,72 = 0,936 kN/m c M gh = c qgh H v2 = 0, 72.2, 42 qgh H v2 = 2,074 kNm; Mgh = Kđ - hệ số động, lấy kđ = 1,3 = 0,936.2, 42 = 2,696 kNm max gh q = 24,7kN/m nmax Mng= 0,768 kNm Mbt= 0,84 kNm Mbt= 0,84 kNm H q = 0,936 kN/m qgđ = 1,248 kN/m TH căng TH căng Hình 2.2 – Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác định nội lực a Trường hợp căng + 3,594 0,84 M gd kNm M bt kNm 2,995 Q gd kN Q bt kN Hình 2.3 – Nội lực vách máng trường hợp căng Nội lực mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt ngàm ) M1 = Mgđ + Mbt = 3,594 - 0,84 = 2,754 kNm M1c = Mgđc+ Mbtc = 2,765 – 0,8 = 1,965 kNm M = Mbt + Mgđ = 3,594 – 0,84 = 2,754 kNm Q1 = Qbt + Qgđ = + 2,995 = 2,995 kN b Trường hợp căng Nội lực mặt cắt nguy hiểm ( mặt cắt ngàm ) M2 = Mbt + Mng + Mn + Mgh = 0,84 + 0,768 + 14,861 + 2,696 = 19,165 kNm M2c = Mbtc + Mngc + Mnc + Mghc = 0,8 + 0,64 + 14,861 + 2,074 = 18,375 kNm Qnmax= qn max H max = 24, 7.1,9 =23,465 kN Qgh=qgh.Hv= 0,926.24= 2,246 kN Q2 = Qbt+Qng+ Qn+ Qgh= 23,465 + 2,246 = 25,711 kN - 0,84 0,768 M bt kNm M ng kNm 2,696 M gh kNm 14,861 M nmaxkNm 0 Q bt kN Q ng kN - 1,248 23,465 Q gh kN Q nmaxkN Hình 2.4 – Nội lực vách máng trường hợp căng 2.4 Tính tốn bố trí cốt thép a Tính tốn bố trí cốt thép dọc: Tính tốn bố trí thép dọ chịu lực cho cấu kiện chịu uốn mặt cắt có mơ men uốn lớn ( mặt cắt ngàm ) cho hai trường hợp căng căng Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm Chọn a = cm, h0 = h – a = 18cm Trường hợp căng : M = 2,754 kNm A= k n n c M m b R n b.h 02 = = 0,012 A = 0,012 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = - Fa = m b R n b.h α m a R a 1− 2A = -= 0,012 = = 0,75 cm2 Fa < µminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2 Chọn bố trí thép chịu lực lớp theo cấu tạo 5ϕ 8/1m (2,51cm2) theo phương vng góc với phương dòng chảy Trương hợp căng trong: M = 19,165 kNm A= k n n c M m b R n b.h 02 = = 0,085 A = 0,085 < A0 = 0,42 → Tính cốt đơn, α = - Fa = m b R n b.h α m a R a 1− 2A = 0,089 = = 5.58 cm2 Fa > µminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2 Chọn bố trí thép chịu lực lớp trong 5φ12/1m (5,65 cm2) theo phương vng với phương dòng chảy b Tính tốn bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện cường đọ theo lực cắt Q cho trường hợp căng k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN > kn.nc.Q2 = 1,15.1 2571,1 = 2956,77daN Không cần đặt cốt ngang c Bố trí cốt thép Lớp trong: 5φ12/1m; Lớp ngồi: 5φ8/1m Dọc theo phương dòng chảy bố trí lớp thép cấu tạo 4φ8/1m φ12 a=200 φ8 a=250 φ8 a=200 φ8 a=250 Hình 2.5 – Bố trí thép vách máng 2.5 Kiểm tra nứt Kiểm tra cho trường hợp căng trong: M2c = 18,375 kNm Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc ≤ Mn = γ1.Rkc.Wqđ γ1 = mh.γ = 1.1,75 = 1,75 (mh = 1; γ = 1,75) J qd Wqđ = xn = Jqđ = h − xn b.h + n.Fa h + n.F' a a ' b.h + n (Fa + F'a ) = 100.202 + 10.5, 65.18 + 10.2,51.2 100.20 + 10.(5, 65 + 2,51) b.x 3n b.( h − x n ) + + n.Fa (h − x n ) + n.F'a ( x n − a ' ) 3 = 10,11cm = 100.10,113 100.(20 − 10,11)3 + + 8,75.5,65(18 − 10,11) + 8,75.2,51.(10,11 − 2) 3 = 71213,02cm4 Wqđ = 71213, 02 20 − 10,11 = 7200,5 cm3 Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.7200,5= 144910,06 daNcm nc.Mc = 1.183750 = 183750 daNcm > Mn Kết luận : Mặt cắt sát đáy máng bị nứt Tính tốn bề rộng khe nứt an = an1 + an2 Trong : an1, an2 – Bề rộng khe nứt tải trọng tác dụng ngắn hạn dài hạn gây M c dh = M btc + M nc = 0,8 + 14,861 = c ngh 15,661 kNm = 156610 daNcm c = M ngc + M gh = 0, 64 + 2, 074 = 2, 714 M kNm = 27140 daNcm Tính bề rộng khe nứt an theo công thức kinh nghiệm (TCVN 4116-85): an1 = k.c1.η an2 = k.c2.η σ a1 − σ Ea σa − σ Ea 7.(4 - 100 µ) .7.(4 - 100 µ) d d k – hệ số lấy với cấu kiện chịu uốn c – hệ số xét đến tính chất tác dụng tải trọng, lấy với tải trọng ngắn hạn, 1,3 với tải trọng dài hạn n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy với thép có gờ µ= Fa bh = 5, 65 100.18 M dhc σa1 = Fa Z1 c M ngh σa2 = Fa Z1 = = 0,00314 156610 = 1811, 67 5, 65.15,3 daN/cm2 = 27140 = 313, 957 5, 65.15,3 daN/cm2 Trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.18 = 15,3 cm với η = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH THủy Lợi 1811, 67 − 200 7.(4 − 100.0, 00314) 12 2,1.106 an1= 1.1,3.1 = 0,089 mm 313,957 − 200 7.(4 − 100.0, 00314) 12 2,1.106 an2= 1.1.1 = 0,0049 mm an = 0,089 + 0,0049 = 0,0939 mm < angh = 0,24 mm Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế  ... biểu đồ nội lực phương pháp tra bảng sử dụng phần mềm tính kết cấu Tính tốn bố trí thép: Cốt thép dọc chịu lực tính tốn mặt cắt có Mmax Đối với phận kết cấu dạng lề (lề người đi, vách máng,... Xác định sơ đồ tính tốn phận kết cấu: Cầu máng kết cấu khơng gian có kích thước mặt cắt ngang tải trọng không thay đổi dọc theo chiều dòng chảy Do vậy, phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta cắt... 1.2 – Biểu đồ nội lực lề người 1.4 Tính tốn bố trí cốt thép a Tính tốn bố trí cốt thép dọc Tính tốn bố trí cốt thép dọc chịu lực mặt cắt có mơ mêm uốn lớn (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện