Đồ án kết cấu bê tông cốt thép

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI -TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢICƠ SỞ THÁI NGUYÊN …………….000…………… ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN MINH ĐỨC Sinh viên : CAO THỊNH TỌA Lớp : 67CCCD31 BÀI LÀM ĐỀ BÀI: Thiết kế dầm cho cầu dường ô tô nhịp giản đơn, BTCT, thi công phương pháp đúc rieng dầm công trường tải trọng cho trước I SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp: Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Bề rộng chế tạo cánh Tĩnh tải mặt cầu rải đều(DW) Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng Hệ số cấp đường Độ võng cho phép hoạt tải Vật liệu(cốt thép theo ASTM 615M): :l=16(m) :HL-93 :240 cm :bf=160cm KN/m mgM =0,5 mgQ =0,6 Mg =0,7 K=0,5 1/800 Cốt thép chịu lực: fy =420 Mpa Cốt đai: fy =420 Mpa Bê tông fc’ =28 MPa Quy trình thiết kế cầu 22TCN-2722005 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 moomen, 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 cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu B-BẢN VẼ: Thể khổ giấp A1 10.Vẽ mặt dầm, vẽ mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép 11.Vẽ biểu đồ bao vật liệu 12.Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu ghi cần thiết khác I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1 Chiều cao dầm h: - Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp, chọn theo công thức kinh nghiệm: h= ()×ltt h= (0,75 �2,3) (m) -Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình: hmin=0,07 �16= 1,12 (m) Trên sở chọn chiều cao dầm h =120(cm) Mặt cắt ngang dầm 1.2 Bề rộng sườn dầm bw Tại mặt cắt gối dầm, chiều rộng sườn dầm định theo tính toán ứng suất kéo chủ, nhiên ta chọn chiều rộng sườn không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bêtơng với chất lượng tốt Theo u cầu ta chọn chiều rộng sườn dầm bw=20(cm) 1.3 Chiều dày cánh hf Chiều dày cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf =18 (cm ) 1.4 Chiều rộng cánh b Theo điều kiện đề cho: b=160(cm) 1.5 Chọn kích thước bầu dầm: b1,h1 b1=33(cm) h1=19(cm) 1.6Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: Diện tích mặt cắt dầm A = 1,6×0,18+0,33×0,19+0,1×0,1+(1,2-0,18-0,19) ×0,2+0,065×0,065 = 0,531(m2) Wdc =A×γ=0,531x24=12,742 (kN/m) Trong đó: γ=24 (kN/m3): trọng lượng riêng bê tơng *Quy đổi tiết diện tính tốn: *Xác định bề rộng cánh tính tốn: Bề rộng cánh tính tốn dầm bên không lấy trị số nhỏ ba trị số sau: L= = (m) với L chiều dài nhịp -Khoảng cách tim hai dầm: 240 (cm) -12 lần bề dày cánh bề rộng sườn dầm:12hf + bw =12 �18+20=236(cm) -Và bề rộng canh tính tốn khơng lớn bề rộng cánh chế tạo: bf = 160 (cm) Vì bề rộng cánh hữu hiệu b = 160 (cm) -Diện tích tam giác chỗ vát cánh: S1=×10×10=50 (cm2) -Chiều dày cánh quy đổi: hfqd= hf +=18+=18,7 (cm)= 187(mm) -diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm: S2=×6,5×6,5=21,125(cm2) -Chiều cao bầu dầm mới: hfqd= h1+= 19+ = 22,25(cm)=222,5(mm) Mặt cắt ngang tính tốn II-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: Vẽ đường ảnh hưởng mômen, lực cắt -Chiều dài nhịp: l=16 -Chia dầm thành 10 đoạn tương ứng với mặt cắt từ đến 10, đoạn dài 1,6(m) Đường ảnh hưởng mơmen tiết diện: Các cơng thức tính tốn giá trị mômen, lực cắt mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường độ: Mi=η{(1,25xwdc+1,5xwdw)+mgM[1,75xLLl+1,75 �k �LLw �(1+IM)]} �wM Qi=η{(1,25xwdc+1,5xwdw)xwq+mgQ[1,75 �LLl+1,75 �k �LLw �(1+IM)] �w1Q} Các công thức tính tốn trị số mơmen lực cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử dụng Mi=1,0 �{(wdc+wdw)+mgM[LLl+k �LLM �(1+IM)]} �wM Qi=1,0 �{(wdc+wdw) �wQ+mgQ[LLl+k �LLM �(1+IM)] �w1Q} Trong đó: wdw ,wdw: Tĩnh tải rải trọng lượng thân dầm(KN.m) wM : Diện tích đ.ả.h mơmen măt cắt thứ i wQ : Tổng đại số diện tích đ.ả.h lực cắt w1Q : Diện tích phần lớn đường ảnh huởng lực cắt LLM:Hoạt tải tương ứng với đừng ảnh hưởng mômen mặt cắt thứ i LLQ :Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h lực cắt mặt cắt thứ i MgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen, lực cắt LLM=9,3(KN/m):tải trọng dải (1+IM)=1,25:Hệ số xung kích η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định cơng thức: η=ηd × ηR × ηI �0,95 Với đường quốc lộ trạng thái giới hạn cường độ: ηd =0,95; ηR =1,05; ηI =0,95 Với trạng thái giới hạn sử dụng η=1 Bảng giá trị mômen Mặt cắt xi (m) 0.0 1,6 3,2 4,8 6,4 8,0 α 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 AMi (m2) 0,00 11,520 20,480 26,880 30,720 32,000 LLMitruck (kN/m) 33,40 32,44 31,47 30,50 29,51 28,53 LLMitandem (kN/m) 26,47 26,33 26,20 25,99 25,72 25,44 Micd (kN.m) 0,00 556,00 978,18 1270,26 1436,02 1479,49 Misd (kN.m) 0,00 387,25 680,49 884,97 1001,94 1033,85 Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: 556,00 978,18 1270,261436,02 1479,49 1436,021270,26 978,18 556,00 Biểu đồ bao M (KN.m) Đường ảnh hưởng lực cắt tiết diện: Bảng giá trị lực cắt Mặt xi cắt (m) 0,00 1,6 3,2 4,8 6,4 8,0 li (m) 16 14,4 12,8 11,2 9,6 8,0 ωQi (m2) 6,48 5,12 3,92 2,88 2,0 ωQ (m2) 6,4 4,8 3,2 1,6 0,0 LLMitruck (KN/m) 33,40 26,26 39,51 43,31 47,67 53,02 LLMitan (KN/m) 26,47 29,31 32,79 37,22 43,07 50,88 Qicd (KN) 430,25 330,09 287,30 218,00 150,19 84,66 Qisd (KN) 294,78 227,34 194,40 145,52 97,54 50,93 Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: 430,25330,09 287,30218,00150,1984,66 84,66 150,19 218,00287,30330,09 430,25 Biểu đồ bao Q (kN) III-TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM: Tính mơmen tính tốn ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính mặt cắt nhịp: M=  {(1,25×wdc+1,5×wdw)+ mgM.[1,75×LLL+1,75× k × LLM× (1+IM)]} × wM Trong đó: LLL : Tải trọng rải đều(9,3KN/m) tan dem LLM =25,44 : Hoạt tải tương đương xe hai trục thiết kế ứng với đương ảnh hưởng M mặt cắt t nhịp (KN/m) LLMtruck= 28,53 : Hoạt tải tương đương củ xe tải thiết kế ứng với đương ảnh hưởng M mặt cắt t nhịp (KN/m) mgM=0,5 : Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen (đã tính cho hệ số xe) wdc=12,7 : Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài (KN/m) wdw=6 : Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích cơng cộng đơn vị chiều dài (tính cho dầm) (KN/m) 1+IM =1,25 : Hệ số xung kích wM = 32 : Diện tích đường ảnh hưởng M (m2) K=0,5 : Hệ số HL-93 Thay số: Mu=0,95× {(1,25×12,7+1,5×6) + 0,5 × [1,75×9,3+1,75×0,5×28,53× (1+0,25)]} ×32 =1479,495 (kN.m) Giả sử chiều cao hữu hiệu dầm: d=(0,8 �0,9)h chọn d=0,9h=0,9×120=108 (cm) Giả sử trục trung hồ qua sườn dầm ta có: Mn = 0,85×a ×bw ×fc’(d-) + 0.85×β1(b-bw)×hf ×fc’(d-) Mu= ΦMn Trong đó: Mn:là Mơmen kháng danh định Mu=1479,495 (KN.m) Φ : Hệ số kháng(với dầm chịu kéo uốn lấy Φ =0.9 ) As :diện tích cốt thép chịu kéo fy=420MPa: Giới hạn chảy cốt thép dọc chủ fc’=28MPa: Cường độ chịu kéo bê tông tuổi 28 ngày  1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén, xác định: =0,85 28 MPa ≥ fc’ Vì f’c=28MPa nên ta có β1=0,85 hf=0,18714m: Chiều dày cánh sau quy đổi a= β1× c :Chiều cao khối ứng suất tương đương Ta có :a=d �(1- ) Với Mf=0,85 �β (b-b) �hf �fc’(d-) Thay số liệu vào ta có Mf=0,85 �0,85 �(1,6 0,2) �0,18714 �28 �103 �(1,08 ) =5046,980 (KN/m) = = 1643,883 (kN.m) < Mf � a Vu Vn : sức kháng danh định, lấy giá trị nhỏ Vn=Vc+Vs (N) Hoặc: Vn=0,25fbvdv (N) Vc=0,083βdvbv (N) Vs= (N) Trong đó: Chiều cao chịu cắt hữu hiệu d v, xác định khoảng cách cánh tay đòn nội ngẫu lực Trường hợp tính theo tiết diện chữ nhật cốt thép đơn dv =d Đồng thời dv= max{0,9d;0,72h} Vậy dv=max{0,9d;0,72h;d} 0,9d=0,9×1066,44= 959,79(mm) 0,72h=0,72×1200=864(mm) d=1066,44- 59,76/2= 1036,56 (mm) + bv: bề rộng bụng hữu hiệu, lấy băng bụng nhỏ chiều cao d v, bv=bw=20(cm) Từ ta thấy dv=1036,56 (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 cách tra đồ thị tra bảng + α: góc nghiêng cốt thép ngang với trục dọc, bố trí cốt thép đai vuông với trục dầm nên α=90 + Hệ số sức kháng cắt, với bê tơng thường Φ=0,9 Av: diện tích cốt thép bị cắt cự ly s (mm) Vs: Khả chịu lực cắt bê tông (N) Vu: Lực cắt tính tốn (N) Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả chịu lực bê tông vùng nén: + Xét mặt cắt cách gối khoảng dv=1039,65mm Xác định nội lực đường bao phương pháp nội suy Vu= 383,50 (KN) Mu = 360,20 (KNm) ΦVn = Φ(0,25fbvdv) = 0,9×0,25×28×200×1036,56=1306,06×103 (N) =1306,07 (KN) Vu = 383,50 (KN) Đạt Tính góc hệ số β: +Tính tốn ứng suất cắt: V == = 2,055(N/mm2) + Tính tỉ số ứng suất ==0.07341< 0,25 + Giả sử trị số góc =45 tính biến dạng cốt thép chịu kéo theo công thức εx= = =1,076x10-3 dv=1036,56 (mm) Es=2.105N/mm2 As= 2322 mm2 (khi kéo gối cắt cũn li thanh) Thay số vào ta đợc: εx= 1,076× Tra bảng ta =38,22 Tính lại εx=1,076× =38,22Tiếp tục tra bảng ta Tính lại εx=1.076× Tiếp tục tra bảng ta =38,22 Tính lại εx=1,076× Giá trị của, εx hội tụ Vậy ta lấy =38,22 Tra bảng ta β= 2,022 Khả chịu lực cắt BT Vc = 0,083×β×dv×bv = 0,083×2,168×200×1036,56 = 197,40×103(N) Yêu cầu khả chịu lực cắt cần thiết cốt thép: Vs= Vn-Vc== 228,71(KN) Khoảng cách bố trí cốt thép đai lớn nhất: Smax= fy= 420MPa: giới hạn chảy quy định với cốt thép đai : góc nghiêng với ứng suất nén chéo dv=1036,56 (mm) Vs= 344,45 ×103(N) Av: diện tích cốt thép đai(mm2) Chọn cốt thép đai số 10, đường kính danh định d=9,5mm, diện tích mặt cắt ngang cốt thép đai là: Av=2×71=142(mm2) Vậy ta tính được: Smax= = 324,44 (mm) Ta chọn khoảng cách bố trí cốt đai S = 30(cm) Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu: Av ≥ 0,083=0,083= 62,74(mm2 )  Mà Av=142mm2 > A= 62,74 (mm2)Thỏa mãn Kiểm tra khoảng cách tối đa cơt thép đai Ta có:0,1f×dv×bv=0,1×28×1036,56×200= 580,47×103(N)>Vu = 383,50×103(N) Nên ta kiểm tra theo điều kiện sau: S ≤0,8dv S =240(mm)≤0,8dv=0,8×1036,56=829,25 (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 mô men , lực dọc trục lực cắt: Khả chịu lực cắt cốt thép đai: Vs=== 284,24×103 (N) Asfy= 2322 420=975,24(N)= 975,24 (KN) +cotg = = 761,09×103(N)= 761,09 (KN) Asfy = 975,24 (KN)> +cotg= 761,09 (KN) => Đạt VI:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT: Tại mặt cắt tuỳ vào giá trị nội lực bêtơng bị nứt hay khơng Vì để tính tốn kiểm tốn nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay khơng Để tính tốn xem mặt cắt có bị nứt hay không người ta coi phân bố ứng suất mặt cắt ngang tuyến tính ứng suất kéo fc bêtơng Mặt cắt ngang tính tốn Diện tích mặt cắt ngang: := 5307,25 (cm) Xác định vị trí trục trung hòa: yt = 82,32 (cm) Mơ men qn tính tiết diện nguyên: Ig=7731168843(cm4) Tinh ứng suất kéo bê tông fc  Ma 1584,15 �10 3 yt  �83, 23 �10 2  16,33( MPa) Ig 8069630,132 �108 = 11,01(MPa) Cường độ chịu kéo uốn bê tông: fr=0,63 0,63 =3,33 (MPa) => fc= 11,01 (MPa) > 0,8fr = 2,66 (MPa) => mặt cắt bị nứt Xác định khả chịu kéo lớn cốt thép trạng thái giới hạn sửa dụng Trong đó: + dc: Chiều cao phần bê tơng tính từ thớ chịu kéo tâm gần nhất, theo bố trí cốt thép dọc ta có dc=50mm + A: Diện tích phần bê tơng có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo bao mặt cắt ngang đường thẳng song song với trục trung hồ chia số lượng Để tìm A ta giả sử đường giới hạn miền A sườn dầm Trọng tâm miền A tính sau: =13,357 Giải phương trình bậc ta tìm Khi phần bê tơng bọc cốt thép cần tìm là: dtA=33×19+6.52+(33-2×6.5)×6.5+20×0,875 =816,75 (cm2) A= 65 e e dtA=816,75cm2 190 190 133,57 330 330 Z thông số bề rộng vết nứt,xét điều kiện bình thường Z=30000 (N/mm2) ffa= 0,6 �fy=0,6 �420=252(MPa) Ta lấy giá trị sa = 252 (Mpa) Tính tốn ứng suất sử dụng cốt thép: +tính diện tích tương đương tiết diện bị nứt Es= Ec== 0,043×24001,5× =26752,50 (MPa) n= chọn n=7 Xác định vị trí trục trung hòa dựa vào phơng trình mômen tĩnh với trục trung hòa không: S Thay số vào ta đợc: (120 y) 2 S= 18,014× (160-20) × (120 – y - )+20× -7×54,18 (y-13,357)=0 Giải gia ta được: y=22,51(cm) Tính ứng suất cốt thép fs= TÝnh øng suÊt cèt thÐp =n(y-d) Tính mômen quán tính tiết diện nøt: Icr= = 329,29×104(cm4) fs== =184,9 ( Mpa) fs=184,9 Mpa < fsa=252Mpa đạt 133,57 VII.TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI GÂY RA: Xác định vị trí bất lợi xe tải thiết kế: Để tìm vị trí bất lợi ta cần xét nử nhịp 0