Đồ án Kết cấu Bê tông Cốt thép Cầu Máng

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT THIẾT KẾ CẦU MÁNG A TÀI LIỆU THIẾT KẾ Kênh dẫn nước qua vùng trũng Sau tính tốn so sánh phương án: xi phông, kênh dẫn, cầu máng… chọn phương án xây dựng cầu máng BTCT Dựa vào điều kiện địa hình, tính tốn thủy lực thủy nơng, người ta xác định kích thước cầu máng mức nước yêu cầu cầu máng sau: Chiều dài máng L = 26 m Bê tông M150 Bề rộng máng B = 3,2 m Loại cốt thép CI Cột nước lớn máng Hmax = 2,0 m Số nhịp n = Hình – Mặt cắt dọc cầu máng Thân máng; Trụ đỡ; Nối tiếp B  H Hình – Cắt ngang máng – Lề người – Vách máng – Đáy máng – Dầm đỡ dọc máng – Khung đỡ (khơng tính tốn đồ án) Độ cao an toàn vách máng so với mực nước cao máng Theo biểu đồ phân vùng áp lực gió, vùng xây dựng cơng trình có cường độ gió kN/m 2, hệ số gió đẩy , hệ số gió hút lấy trường hợp coi vách máng thẳng đứng Tải trọng người = Cầu máng thuộc cơng trình cấp III Dung trọng bê tông thiết kế Tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép – ĐH Thủy Lợi, ta số liệu sau: ;; ;; ; ; ; = 10; Bề rộng vết nứt giới hạn Độ võng cho phép [f/L] = 1/500 B THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Theo quy phạm, cầu máng cần tính tốn thiết kế ứng với tổ hợp tải trọng: bản, đặc biệt, thời gian thi công Tuy nhiên, phạm vi đồ án môn học, cần tính tốn thiết kế phận cầu máng với trường hợp: Tổ hợp tải trọng Trình tự thiết kế phận: Chọn kích thước Xác định sơ đồ tính tốn 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 người đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m 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 tác dụng Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính tốn nội dung TTGH II: Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt độ võng Tải trọng tính tốn qtt= qc.nt (với nt – hệ số vượt tải) dùng để tính tốn nội dung TTGH I: Tính tốn cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai cốt thép xiên (nếu cần) Xác định nội lực (bằng tính tốn, phương pháp tra bảng sử dụng phần mềm tính tốn kết cấu) Tính tốn bố trí cốt thép: Cốt thép dọc chịu lực tính tốn mặt cắt có M max.Đối với phận kết cấu dạng (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m Theo phương vng góc với cốt thép chịu lực, bố trí cốt thép cấu tạo 4÷5 thanh/1m Kiểm tra tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt thép đai cốt thép xiên (nếu cần) mặt cắt có Qmax theo phương TTGH Kiểm tra nứt: Kiểm tra nứt mặt cắt có M max.Với mặt cắt không cho phép xuất khe nứt, bị nứt, cần đề giả pháp khắc phục Với mặt cắt cho phép xuất khe nứt, bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng vết nứt so sánh đảm bảm yêu cầu , , đưa giải pháp khắc phục (khơng u cầu tính lại từ đầu) Tính độ võng tồn phần f so sánh đảm bảo f/l [f/l], đưa giải pháp khắc phục I.LỀ NGƯỜI ĐI 1.1 Sơ đồ tính tốn Cắt 1m dài lề theo dọc máng (chiều dòng chảy), coi lề dầm công xôn ngàm đầu vách máng Chọn bề rộng lề thay đổi dần 8÷12cm Trong tính tốn, lấy chiều dày trung bình cm 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 hệ bao gồm: a Trọng lượng thân (qbt): kN/m b Tải trọng người (qng):kN/m Tải trọng tính tốn tác dụng tổng cộng lên lề người đi: kN/m Trong đó: = 1,05; = 1,2 – hệ số vượt tải trọng lượng thân tải trọng người theo TCVN 4116-85 STT Tên lực Tải trọng thân Tải trọng người Giá trị tiêu chuẩn 2,5 Hệ số vượt tải 1,05 1,2 Giá trị tính tốn 2,625 2,4 1.3 Xác định nội lực -1.61 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 mômen uốn lớn (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: chọn Tra bảng: ; Ta có: Tính cốt đơn Ta có: Chọn Chọn bố trí thép chịu lực theo cấu tạo: /1m (3,93 cm2) theo phương vng góc với phương dòng chảy Chọn bố trí thép cấu tạo vng góc với cốt thép chịu lực (2,01 cm2) 10 a=200 8 a=250 Hình 1.3 – Bố trí thép lề người THỐNG KÊ THÉP THÉP CHỊU LỰC → Chọn đoạn uốn là: ln = cm lneomin = 25d = 25.10 = 250 mm → Chọn lneo = 22 cm l1thanh = 6.2 + 22 + (80 – – 2) ) = 110 cm THÉP CẤU TẠO l1thanh = 2600 cm ST T Hình dáng Đường kính (mm) Chiề u dài (cm) Số than h Tổng chiều dài (m) 10 110 262 288.2 2600 104 II VÁCH MÁNG 2.1 Sơ đồ tính tốn Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều dài máng tính tốn dầm cơng xơn ngàm đáy máng dầm dọc Chiều cao vách: Hv = Hmax + δ = 2,0+ 0,5 = 2,5 m δ -Độ vượt cao an toàn, lấy δ= 0,5 m Bề dày vách thay đổi dần 12 ÷ 20 cm 2.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc vách máng, tổ hợp tải trọng tác dụng lên vách bao gồm tải trọng sau: - Mô men tập trung người lề truyền xuống: Mô men trọng lượng thân lề : Mbt Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn Áp lực gió (gồm gió đẩy gió hút): qgđ qgh Các tải trọng gây 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 lề) Mbtc = (qbtc.L12)/2 =(2,5 0,82)/2= 0,8 kNm Mbt = nbt.Mbtc = 1,05.0,8= 0,84 kNm qgđc = kgđ.qgc.1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m qgđ = ng.qgđc = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m b Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng: Mbt, Mng, qn, qgh (gió hút, máng dẫn nước với mực nước Hmax lề có người đi) , Mbt tính TH hệ số động, lấy Mng= 0,768 kNm Mb = 0,84 kNm t q gh= 0,936kN/m Mb = 0,84 kNm max t H qgd= 1,248 kN/m qn= 26,0 kN/m TH căng ngồi TH căng Hình 2.2 – Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác đinh nội lực (mm) (cm) dài (m) 14 2200 262 576,4 10 1500 262 393,0 III ĐÁY MÁNG 3.1 Chọn sơ kích thước đáy máng sơ đồ tính tốn Cắt 1m dài vng góc với chiều dòng chảy, đáy máng tính dầm liên tục nhịp có gối đỡ dầm dọc Sơ chọn kích thước đáy máng sau: Chiều dày đáy hd = 25 cm Bề rộng đáy máng B = 3,5 m Bề rộng dầm đỡ bd = 30cm Chiều dài nhịp l: l = (B + 2h3 - bd) / = (3,2 + 2.0,2 – 0,3)/2 = 1,65 m B =3,2 m 20 cm 20 30 l =1,65 m 1,65 m Hình 3.1- Sơ đồ tính toán đáy máng 3.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc đáy máng, tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy máng bao gồm tải trọng sau: a Tải trọng thân: + Tải trọng thân lề đi: + Tải trọng thân đáy máng: ;; b Tải trọng người đi: c Tải trọng gió Gió đẩy: ; Gió hút: ; ; d Tải trọng nước trường hợp cột nước Hmax: + Áp lực nước lên vách máng truyền xuống đáy máng: ; + Áp lực nước lên đáy máng: e Tải trọng nước trường hợp cột nước nguy hiểm Hngh: 3.3 Xác định nội lực Sử dụng phần mềm SAP 2000, vẽ biểu đồ nội lực ứng với tải trọng tác dụng lên đáy máng, sau tổ hợp lại thành trường hợp tải trọng gây bất lợi cho ba mặt cắt cần tính tốn bố trí cốt thép: mặt cắt sát vách, mặt cắt nhịp mặt cắt gối 3.3.1 Nội lực tải trọng thân đáy máng tải trọng trọng lượng thân lề truyền xuống (qbt, Mbt): c Mbt=0,8 kNm c qbt=5,0 kN/m c Mbt 1,361 0,840 0,681 4,015 4,647 0,840 M kNm 0,681 + + Q kN - - 4,015 4,647 3.3.2 Nội lực tải trọng người lề bên trái truyền xuống (Mng): c M ng=0,640 kNm 0,768 0,578 0,186 M kNm 0,113 + - Q kN 3.3.3 Nội lực tải trọng người lề bên phải truyền xuống (Mng): c Mng=0,640 kNm 0,768 0,186 M kNm 0,093 0,113 + 0,578 Q kN - 3.3.4 Nội lực tải trọng gió thổi từ trái sang phải (Mgđ, Mgh): c Mgh=2,250 kNm c Mgd=3,000 kNm 2,925 0,236 3,900 2,507 M kNm 1,832 - Q kN - 1,630 3.3.5 Nội lực tải trọng gió thổi từ phải sang trái (Mgđ, Mgh): c c Mgd=3,000 kNm Mgh=2,250 kNm 2,925 0,236 M kNm 3,900 1,832 1,630 2,507 Q kN + + 3.3.6 Nội lực tải trọng nước trường hợp cột nước Hmax (Mnmax, qnmax): c c Mnmax Mnmax =17,330 kNm qnmax =26,0 kN/m c 17,330 17,330 0,023 31,73 0,363 0,023 M kNm 11,17 + + - 11,17 Q kN - 31,73 3.3.7 Nội lực tải trọng nước trường hợp cột nước Hngh (Mnngh, qnngh): c Mnngh qcnngh =15,21 kN/m 3,470 c Mnngh =3,47 kNm 3,441 3,470 M kNm 1,706 12,57 1,706 12,53 + + - - 12,53 Q kN 12,57 Các trường hợp tải trọng gây nội lực bất lợi ba mặt cắt cần tính tốn bao gồm: Trường hợp tải trọng gây mô men căng lớn mặt cắt sát vách: M1 = M3.3.1 + M3.3.2 + M3.3.5 + M3.3.6 = 0,84+ 0,768+2,925 + 17,330 = 21,863 kNm Trường hợp tải trọng gây mô men căng lớn mặt cắt nhịp: M2 = M3.3.1 + M3.3.3 +M3.3.4 + M3.3.7 = 0,681+ 0,093 + 1,832 + 1,706 = 4,321 kNm Trường hợp tải trọng gây mô men căng mặt cắt gối giữa: M3 = M3.3.1 + M3.3.3 + M3.3.6 = 2,297 + 4,618 + 0,306 = 7,221 kNm M3 = M3.3.1 + M3.3.4 + M3.3.5 + M3.3.7 = 1,361 + 0,236 + 0,236 + 3,441 = 5,274 kNm 3.4 Tính tốn bố trí cốt thép đáy máng 3.4.1 Tính tốn cốt thép dọc chịu lực Trường hợp gây mômen căng lớn M1 mặt cắt sát vách: Tính tốn cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật b = 100cm; h = 20cm; chọn a = cm; h0 = h – a = 18cm → = 0,118 < 0,7 = 0→ Tính cốt đơn Fa >µminbh0 → Chọn bố trí cốt thép chịu lực 514/1m (7,69 cm2) theo phương vng góc với phương dòng chảy Trường hợp gây mô men căng lớn M2 mặt cắt nhịp: Tính tốn cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật b = 100cm; h = 20cm; chọn a = 2cm; h0 = h – a = 18 cm → = 0,022 < 0,7 = → Tính cốt đơn Fa µminbh0 → Chọn bố trí cốt thép chịu lực (7,6 cm2) cho lớp theo chiều dọc máng b Trường hợp căng lớn mặt cắt nhịp biên (x/l = 0,5) Mmax = 80,29 kNm Do mặt cắt nhịp, mơmen uốn căng nên tính cốt thép với tiết diện chữ T cánh nén, b = 30cm; h = 80cm; = 160cm; = 20cm Chọn a = a’ = 4cm → h0 = h – a = 76cm Xác định vị trí trục trung hòa: knncM = 1,15.1.80,29.104 = 0,92.106 daNcm knncM< Mc→ Trục trung hòa qua cánh Tính tốn cốt thép tương tự tiết diện chữ nhật xh = 160x80 cm → = 0,012 < 0,7 = → Tính cốt đơn µminbh0 = 0,1%.30.76 = 2,28 cm2 Fa > µminbh0 → Chọn bố trí cốt thép (5,09 cm2) theo chiều dọc máng 2.4.2 Tính tốn cốt thép ngang Kiểm tra cường độ mặt cắt nghiêng cho mặt cắt có lực cắt lớn (mặt cắt bên trái gối thứ hai): Qmax = 143,40 daN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,6.0,9.6,3.30.76 = 7756,56 daN knncQ = 1,15.1.143,40.102 = 16491 daN 0,25mb3Rnbh0 = 0,25.1.70.30.76 = 39900 daN Ta có: k1mb4Rkbh0< knncQ < 0,25mb3Rnbh0 → Cần đặt cốt ngang Tính tốn cốt đai: Chọn nhóm cốt thép CI, đường kính cốt đai d = 8mm → Diện tích nhánh đai fd = 0,503cm2 Số nhánh đai n = Tính khoảng cách vòng cốt đai: Ta có: Chọn khoảng cách vòng cốt đai thiết kế utk = 25 cm Tính tốn cốt xiên: knncQ = 16491 daN knncQ < Qdb→ Không cần đặt cốt xiên 2.4.3 Bố trí thép dầm Ngồi thép chịu lực cốt đai, chiều cao dầm lớn (h= 80 cm) nên ta cần bố trí thêm dầm 22 10 10 a250 Hình 4.3 – Bố trí thép dầm TÍNH TỐN CHIỀU DÀI THÉP: - Thanh : l1thanh= 2(3d+2,5d) + 3200 = 3235 cm - Thanh : l1thanh= 2(3d+2,5d) + 3200 = 3231 cm - Thanh : l1thanh= 2(3d+2,5d) + 3200 = 3228 cm - Thanh : l1thanh= 2(24+72) + 2.7 = 206 cm