ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉPĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉPĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉPĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉPĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉPĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CÁU BÊ TÔNG CỐT THÉP

THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

GVHD: Hồng Tiến Thắng SVTH: Nguyễn Thế Thắng

Mã SV: 1051011498 Lớp: 52C-TL2 ( Nhóm DA03)

Mã đề: 47

0

Hà Nội 2/2013

A Tài liệu thiết kế

Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng.Sau khi tính toán và so sánh các phương án:xiphông,kênh dẫn,cầu máng… chọn ra phương án xây dựng một cầu máng bê tông cốtthép.Dựa vào điều kiện địa hình,tính toán thủy lực và thủy nông,người ta xác định được cáckích thước cơ bản và mức nước yêu cầu trong máng như sau:

Theo biểu đồ vùng phân gió,vùng công trình xây dựng có cường độ gió qg =1,2kN/m2,

hệ số kgđ=0,8,hệ số kgh=0,6.Cầu máng thuộc công trình cấp III

Dùng bê tông mác M200,cốt thép nhóm CII.Dung trọng bê tông gb = 25 kN/m3

Tra phụ lục trong giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép được các số liệu sau:

kn = 1,15; nc = 1;Rn = 90daN/cm2; Rk=7,5daN/cm2; Rkc =11,5 daN/cm2; Rnc = 115daN/cm2;

Ra=Ra’=2700daN/cm2;Rad = 2150daN/cm2; ma = 1,1; mb4=0,9; α0=0,6; A0=0,42;

Ea=2,1.106daN/cm2; Eb=240.103daN/cm2;n=Ea/Eb = 8,75; angh = 0,24 mm; µ=0,1%;

[f/l]=(1/500)

2

B. Tính toán thiết kế kết cấu các bộ phận cầu máng

Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng :cơ bản,đặc biệt,,trongthời gian thi công.Trong phạm vi đồ án này chỉ tính toán cho một trường hợp tổ hợp tảitrọng cơ bản

Trình tự thiết kế các bộ phận:

1 Xác định sơ đồ tính toán các bộ phận của kết cấu

Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thayđổi dọc theo dòng chảy.Do vậy đối các bộ phận:lề người đi,vách máng,đáy máng ta cắt1m dài theo chiều dòng chảy và tính toán với bài toán phẳng.Đối với dầm đỡ,sơ đồ tínhtoán là dầm liên tục nhiều nhịp

3 Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kếtcấu

4 Tính toán và bố trí cốt thép:

Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có Mmax.Đối với các bộ phận kếtcấu dạng bản(lề người đi,vách máng,đáy máng)ta bố trí 4-5thanh/m.Theo phương vuônggóc với cốt thép chịu lực,bố trí cốt thép cấu tạo 4-5thanh/m

Kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm thép đai và thép xiên (nếu cần) tại cácmặt cát có Qmax theo phương pháp trạng thái giới hạn

5 Kiểm tra nứt:

Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có Mmax.Với các mặt cắt không cho phép xuất hiệnkhe nứt,nếu bị nứt chỉ cần đề ra biện pháp khắc phục.Với những mặt cắt cho phép xuấthiện khe nứt,nếu bị nứt ta tiếp tục tính toán bề rộng vết nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu

an<angh,nếu an>angh,đưa ra các giải pháp khắc phục(không yêu cầu tính lại)

6 Tính độ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l<[f/l].Nếu f/l>[f/l],đưa ra các giải phápkhắc phục

I LỀ NGƯỜI ĐI

1 Sơ đồ tính toán

Cắt 1m chiều dài theo chiều dọc máng xem như một đàm công xôn ngàm tại đầu váchmáng.Chọn bề rộng lề 0,8m.Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm.Trong tính toán,lấy chiềudày trung bình h = 10cm

chuẩn Hệ sốvượt tải Giá trị tínhtoán

1 Tải trọng bản thân 2,5 1,05 2,625

3 Xác định nội lực ( Sử dụng SAP 2000)

4

n c

b n

k n M A

Chọn và bố trí thép cấu tạo 4ϕ6/1m(1,13cm2) theo phương vuông góc với cốt thép chịu lực

*Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Qmax=4,02kN=420daN)

k1mb4Rkbh0= 0,8.0,9.7,5.100.10=5400 (daN.)

knncQ < k1mb4Rkbh0.Không cần đặt cốt ngang

*Sơ đồ bố trí thép lề đi

II Vách máng

1 Sơ đồ tính toán

Cắt 1m dài dọc theo chiều dài máng.Vách máng được tính toán như một dầm công xônngàm tại đáy máng và dầm dọc.Sơ bộ chọn các kích thước máng:

-Chiều cao vách : Hv = Hmax +δ = 2,3 + 0,5 = 2,8m (δ:độ cao an toàn)

-Bề dày vách thay đổi dần hv =12 ÷ 20cm

Hình 2-1 Sơ đồ tính toán vách máng

2 Tải trọng tác dụng

Do điều kiện làm việc của vách máng nên tải trọng tác dụng bao gồm:

-Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống:Mng:

-Mô men do trọng lượng bản của lề đi:M1;

-Áp lực nước tương ứng với Hmax:qn;

-Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút):qgđ và qgh;

Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp:căng trong và căng ngoài vách máng

a Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng:M1,qgđ.

2 2,5.0,82

0,8

c l l l

b Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng:Ml,Mng,qn,qgh(gió hút,trongmáng dẫn nước với mực nước Hmax và trên lề có người đi)

Giá trị tínhtoán

I Tải trọng gây căng ngoài

q H

M = 4,9 – 0,84 = 4,06 kNm

Hình 2-3.Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài)

b Trường hợp căng trong

n c

b n

k n M A

b n a

2 2 0

1,15.1.316500

0,161.70.100.18

n c

b n

k n M A

b n a

Tính toán với tiết diện chữ nhật b = 100cm; h = 20cm; a = a’ = 2 cm; h0 = 18cm;

Fa = 10,05 cm2; F’a = 3,93 cm2:

' ' 0

a a

bh

nF h nF a x

k- hệ số,lấy bằng 1 đối với cấu kiện chịu uốn

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng,lấy bằng 1 đối với tải trọng ngắnhạn, 1,3 đối với tải trọng dài hạn

η – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép,lấy bằng 1 với cốt thép có gờ

0

10,05

0,0056100.18

1

271600

1766,33 /10,05.15,3

c dh a

1

34600

225,02 /10,05.15,3

c ngh a

1 6

1766,33 2001.1,3.1 .7.(4 100.0,0056) 14 0,07

Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế

1 Sơ đồ tính toán

Cắt 1m dài vuông góc với chiều dài dòng chảy,đáy máng đươc tính như một dầm liêntục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc

Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau:

-Chiều dày bản đáy hđ = 25cm

1 Tải trọng bản thân đáy máng

4 Tải trọng ứng với mực nước

cột nước nguy hiểm Hngh

5 Tải trọng gió đẩy (qgđ)

Tải trọng gió hút (qgh)

4,043,03

1,31,3

5,253.94

Hình 3-2.a Nội lực đáy máng

b Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước Hmax

Hình 3-2.e Nội lực đáy máng

f Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mgđ,Mgh)

Hình 3-2.f Nội lực đáy máng

g Nội lưc do áp lực gió thổi từ phải sang trái (Mgđ,Mgh)

Hình 3-2.g Nội lực đáy máng

4 Tính toán bố trí thép

1 Trường hợp tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax, người đi bên lề trái hoặc cả 2 bên, có gióthổi từ phải sang trái

M1 = Ma + Mb + Md + Mg = 0,84 + 29,95 + 0,77 + 3,94=35,5kNm

M1 = 355000daNcm

Tính toán như cấu kiện chịu uốn,tiết diện tính toán hình chữ nhật: b = 100cm,

h = 25cm, a = 3cm, h0 = h-a = 22cm

n c

b n

k n M A

b n a

2 Trường hợp tải trọng gây mômen căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh, có người đi trên lề phải và có gió thổi từ tráisang phải

n c

b n

k n M A

b n a

3 Trường hợp tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại gối giữa

Dẫn nước trong máng với chiều cao cột nước Hngh, không có người đi trên lề và gióthổi từ phải sang trái ( hoặc ngược lại )

n c

b n

k n M A

b n a

Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng tại mặt cắt sát vách trong trường hợpmáng dẫn nước với mực nước Hmax, người đi cả hai bên lề, gió thổi từ phải sang trái.

Kiểm tra nứt tại hai mặt cắt sát vách và giữa nhịp

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

2 2

' ' 0

a a

bh

nF h nF a x

k- hệ số,lấy bằng 1 đối với cấu kiện chịu uốn

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng,lấy bằng 1 đối với tải trọngngắn hạn, 1,3 đối với tải trọng dài hạn

η – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép,lấy bằng 1 với cốt thép có gờ

0

5, 65

0,0026100.22

1 6

2910, 42 2001.1,3.1 .7.(4 100.0,0026) 12 0,15

Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế

2 Đối với mặt cắt giữa nhịp

a a

bh

nF h nF a x

Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng.Tiết diện dầm chữ T Sơ đồ tính là dầm liêntục 4 nhịp có các gối tựa là cá trụ đỡ.

Chiều dài nhịp

26 6,5 4

-Tải trọng nước (tương ứng với cột nước Hmax )

STT Tải trọng tác dụng Giá trị tiêu

chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tínhtoán

Tính toán cho 2 mặt cắt có mômen căng trên và căng dưới lớn nhất

1 Trường hợp căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối thứ hai

n c

b n

k n M A

m R bh

A < A0 → α = 0,264

0 1.90.30.76.0, 264

17, 451,15.2700

b n a

Chọn và bố trí thép chịu lực 3 ϕ28(Fa = 18,47 cm2) theo chiều dọc máng

Hình 4-3 Bố trí thép trường hợp căng trên

2 Trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp (x/l =0,4)

Mmax = 0,0771.68,53.6,52 = 223,23 kNm = 2232300 daNcmTiết diện tính toán chữ T cánh nén

0

25( ) 1.90.170.25.(76 ) 24288750

knncM < Mc → Trục trung hòa đi qua cánh (x ≤ hc )

Tính toán cốt thép như đối với tiết diện chữ nhật b’

n c

b n c

k n M A

b n c a

Hình 4-4 Bố trí thép trường hợp căng dưới

b Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng và bố tính toán cốt thép ngang.Kiểm tra cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất (Qmax = 270,43kN = 27043daN)

b k m

n c

m R bh u

a ad d d

knncQ < Qdb → Không cần đặt cốt xiên.

5 Kiểm tra nứt và tính toán bề rộng khe nứt

Kiểm tra nứt tại hai mặt cắt có mômen căng trên và căng dưới lớn nhất

Điều kiện để dầm không bị nứt:

b b nF h nF a x

n

b h x

+ nF h a( 0  x n)2 + nF x a'( n a' 2)

28

k- hệ số,lấy bằng 1 đối với cấu kiện chịu uốn.

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng,lấy bằng 1 đối với tải trọngngắn hạn, 1,3 đối với tải trọng dài hạn

η – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép,lấy bằng 1 với cốt thép có gờ

0

9,82

0,00430.76

a

F bh

   

2 1

2205000

3475,88 /9,82.64,6

c a

Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế

b Trường hợp căng trên

Mcmax = 0,1071 qc l2 = 0,1071 67,79 6,52 = 306,3kNm = 3063000daNcm

Tiết diện tính toán chữ T: b = 30cm; h = 80cm; b’c = 170cm; h’c = 25cm; a = a’ = 4cm; h0 = 76cm; Fa = 18,47 cm2; F’a = 9,82cm2.

' 2

b b h h nF h nF a x

0.7.(4 100 ).

a n

k- hệ số,lấy bằng 1 đối với cấu kiện chịu uốn

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng,lấy bằng 1 đối với tải trọngngắn hạn, 1,3 đối với tải trọng dài hạn

η – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép,lấy bằng 1 với cốt thép có gờ

0

18,07

0,00830.76

a

F bh

   

2 1

3063000

2567,13 /

18, 47.64,6

c a

B B

d



1( 0 )

a a ngh

a

E F Z h x

-Tính x̅ theo quan hệ:

0,71

100 1

x x

10

x

L T h

c c n

M L

R bh

' '(1 )2

T g  d

' ' ' '

0

8, 75(170 30).25 18, 47( )

0,15 2,0130.76

c c a

n

b b h F

v bh

0

250,3376

40,033 0, 053

76

a h



  

2 1

2205000

3522.22 /9,82.63, 75

c a



     

32

Thay các giá trị vào công thức tính độ cứng Bngh của dầm ta có:

6

1( 0 ) 2,1.10 9,82.63, 75.(76 6, 24)

152850, 26.100,6

a a ngh

ngh dh

Ωp - Diện tích của biểu đồ mômen uốn Mp.p - Diện tích của biểu đồ mômen uốn Mp.

y̅0k – Tung độ biểu đồ M̅0k trên hệ cơ bản ứng với vị trí trọng tâm của biểu đồ Mp Dùng phương pháp nhân biểu đồ Verêshagin,ta tính được độ võng tại mặt cắt giữa nhịp:

1

6,5 2,17

l

1 1

.1,56 2,17.1,56

0,873,9 3,9

x

2

6,5 3,15

l

2 2

.1,56 3,15.1,56

1, 263,9 3,9

   

1

1007,825.0,87 1567, 71.1, 26 0,011 101900,17

C. Tài Liệu Tham Khảo

1. Nhà xuất bản xây dựng – Giáo trình Bê tông cốt thép.Trường đại học Thủy lợi

2. Nhà xuất bản xây dựng – Bài tập và Đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép.Trường đại học Thủy lợi

MỤC LỤC

A Tài liệu thiết kế ……… 1

B Tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng ……… 3

I Lề người đi ……… 4

II Vách máng ……… 6

III Đáy máng ……… 12

IV Dầm đỡ giữa ……… 23

C Tài liệu tham khảo ………34

36