Đồ án môn học bê tông cốt thép

Kênh dẫn nước N đi qua vùng trũng. Sau khi so sánh phương án thiết kế đã đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông cốt thép. Dựa vào địa hình, qua tính toán thuỷ lực và thuỷ nông người ta đã xác định được kích thước và mực nước yêu cầu trong cầu máng như sau:

Số nhịp

Kênh dẫn nước N đi qua vùng trũng Sau khi so sánh phương án thiết kế đã

đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông cốt thép Dựa vào địa hình, quatính toán thuỷ lực và thuỷ nông người ta đã xác định được kích thước và mựcnước yêu cầu trong cầu máng như sau:

Cầu máng thuộc công trình cấp III

Dùng bê tông mác M200, cốt thép nhóm CII, dung trọng bê tông b = 25KN/m3

Các chỉ tiêu tính toán tra trong quy phạm như sau:

- Ra = R'a = 2700 (daN/cm2)

- Hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông: mb4 = 0,9

- Hệ số điều kiện làm việc của thép: ma = 1,1

- Hệ số giới hạn: 0 = 0,6  A0 = 0,42

- Mô dun dàn hồi của thép: Ea = 2,1.106 (daN/cm2)

- Mô dun đàn hồi ban đầu của bê tông: Eb = 2,1.105 (daN/cm2)

- n =

b

a E

B TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU MÁNG:

Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản,đặc biệt, trong thời gian thi công Trong phạm vi đồ án này chỉ tính với tải trọng

Chọn bề rộng lề L1 = 0,8 m = 80 cm Chiều dày lề người đi thay đổi dần: h1

= 8  12 cm khi tính toán thì lấy chiều dày trung bình: h = 10 cm

nbt = 1,05 – hệ số vượt tải của tải trọng bản thân lề người đi

nng = 1,2 – hệ số vượt tải của tải trọng người đi

.

h b R m

M n k

n b

c n

8 100 90 1

16080

1 15 , 1

= 0,032   = 1  1  2 A = 0,033

Fa =

a a

n b R m

h b R m

.

. 0

= 1.901.100,1.2700.8.0,033 = 0,79 (cm2)

Bố trí 58/1m ( có Fa = 2,51 cm2) Bố trí thép cấu tạo vuông góc 56/1m

 Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính Qmax = 402 daN)

k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN

kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN

kn.nc Q < k1.mb4.Rk.b.h0  Không cần đặt cốt ngang

 Bố trí thép lề người đi:

Sơ bộ chọn kích thước vách máng như sau:

- Chiều cao vách máng: Hv = Hmax +  = 2,3 + 0,5 = 2,8 m

Trong đó:  = 0,5 m - độ vượt cao an toàn

- Bề dày vách thay đổi dần từ: hV = 12  20 cm

Hình 2-1: Sơ đồ tính vách máng

2.2 Tải trọng tác dụng:

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

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

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: Ml

- Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn

- Áp lực gió ( gồm gió hút và gió đẩy): qg

Các tải trong này gây căng trong và căng ngoài vách máng:

- Các tải trọng gây căng ngoài: Ml, qgd

Mc

l =

2

2 1

- Các tải trọng gây căng trong: Ml, Mng, qn, qgh

= 0,64 (kNm)

Mng = nng Mc

ng = 1,2 0,64 = 0,768 (kNm)Biẻu đồ áp lực nước có dạng hình tam giác:

qc

n max = kd.n.Hmax.1 = 1,3.10.2,3.1 = 29,9 (kN/m)

qnmax = nn.qc

n max = 1.29,9 = 29,9 (kN/m)Trong đó:

Hình 2-2: Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác định nội lực:

2.3.1 Trường hợp căng ngoài:

Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mắt cắt tại chân ngàm)

=

2

8 , 2 96 ,

Hình 2-3: Biểu đồ nội lực vách máng _ căng ngoài

2.3.2 Trường hợp căng trong:

Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mắt cắt tại chân ngàm)

=

2

8 , 2 72 ,

Hình 2-4 : Biểu đồ nội lực vách máng _ căng trong

.

h b R m

M n k n b

c n

18 100 90 1

40500

1 15 , 1

= 0,016   = 0,016

Fa =

a a

n b R m

bh R

= 1.90.1100,1.2700.18.0,016= 0,873 (cm2)Chọn 58/1m ( có F’a = 2,51 cm2)

2.4.2 Trường hợp căng trong (M = 30,4928 kNm):

0

.

.

h b R m

M n k n b

c n

18 100 90 1

304928

1 15 , 1

= 0,12   = 0,128

Fa =

a a

n b R m

bh R

=1.90.1100,1.2700.18.0,128 = 6,98 (cm2)Chọn 612/1m ( có Fa = 6,79 cm2)

2.4.3 Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q:

Kiểm tra cho trường hợp căng trong:

Kiểm tra cho trường hợp căng trong:

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

Với: mh = 1 và  = 1,75

Wqđ =

n

qd x h

.

'

2

0 2

a a

a a

F F n h b

a F n h F n h b

75 , 8 20 100

2 51 , 2 75 , 8 18 79 , 6 75 , 8 2

20

0 2

3 3

) (

) ' ( ' 3

) (

3

.

n a

n a n

x b

3 3

) 65 , 9 18 (

79 , 6 75 , 8 ) 2 65 , 9 ( 51 , 2 75 , 8 3

) 65 , 9 20 (

100 3

+ an1: bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng dài hạn gây ra

+ an2: bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng ngắn hạn gây ra

an1 = k.c1.

a

a E

c dh

= 6260157,79.15,3 = 2504,23 daN/cm2

a2 =

1

.Z F

M a

c ngh

= 6,3462479.15,3 = 333,28 daN/cm2

( Z1 = h.h0 = 0,85.18 = 15,3 cm; _ h: tra bảng 5-1)

an1 = 1.1,3.1 2 , 1 10 6

200 2504,23 

.7.(4 - 100.0,0031) 12= 0,128 mm

an2 = 1.1.1 2 , 1 10 6

200 333,28 

.7.(4 - 100.0,0031) 12 = 0,0057 mmVậy: an = 0,1337 mm < an.gh = 0,24 mm

Kết luận: bề rộng khe nứt đảm bảo điều kiện thiết kế

3 Đáy máng:

3.1 Sơ đồ tính toán:

Cắt 1m dài vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tính như mộtdầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc

Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau:

- Chiều dày bản đáy: hd = 20 cm

- Bề rộng đáy máng: B = 2,9 m

- Chọn bề rộng dầm dọc: b = 30 cm

- Chiều dài nhịp: l = 1,7 m

1,7m 1,7m

= 1,72 = 1,2 m

qc ngh = kd.n.Hngh.1 = 1,3.10.1,2.1 = 15,6 kN/m

qngh = nn qc

ngh = 1.15,6 = 15,6 kN/m

Mc ngh =

6

1

ngh n

®

®

.

h b R m

M n k n b

c n

= 1 90 100 17 2

30498

1 15 , 1

= 0,135

A < A0   = 0,146

 Fa =

a a

n b R m

h b R m

.

. 0

.

h b R m

M n k n b

c n

= 1 90 100 17 2

49200

1 15 , 1

= 0,022

A = < A0 =   = 0,022

 Fa =

a a

n b R m

h b R m

.

. 0

.

h b R m

M n k n b

c n

= 1 90 100 17 2

62050

1 15 , 1

= 0,027

A = < A0   = 0,027

 Fa =

a a

n b R m

h b R m

.

. 0

= 1.901.100,15..270017.0,027 = 1,33(cm2)

Bố trí 510/1m (có Fa = 3,93 cm2)

3.4.4 Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng:

Kiểm tra tại mặt cắt sát vách máng:

Kiểm tra cho hai mặt cắt: mặt cắt sát vách và mặt cắt giữa nhịp

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

c IV

c II

xn =

) ' (

.

' '

2

.

0 2

a a

a a

F F n h b

a F n h F n h

75 , 8 20 100

3 93 , 3 75 , 8 17 65 , 5 75 , 8 2

20

0 2

3 3

) (

) ' ( ' 3

) (

3

.

n a

n a n

3 3

) 3 39 , 10 (

93 , 3 75 , 8 ) 39 , 10 17 (

65 , 5 75 , 8 3

) 39 , 10 20 (

100 3

J

 = 2037219 10,,399 = 3873,03 cm3

Vậy: Mn = 1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.3873,03 = 77944,8 (daNcm)  nc.Mc = 294780 (daNcm) > Mn  Mặt cắt sát vách bị nứt

an1 = k.c1.

a

a E

c dh

= 10260157,39.14,45 = 1732,81 daN/cm2

a2 =

1

.Z F

M a

c ngh = 10,3462439.14,45 = 230,62 daN/cm2

trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.17= 14,45 cm;

an1 = 1.1,3.1 2 , 1 10 6

200 1732,81 

.7.(4 - 100.0,0033) 12= 0,084 mm

an2 = 1.1.1 2 , 1 10 6

200 230,62 

.7.(4 - 100.0,0033) 12= 0,0013 mm

 an = 0,0853 mm < an.gh = 0,24 mmKết luận: Bề rộng khe nứt đảm bảo điều kiện thiết kế

3.5.2 Đối với mặt cắt giữa nhịp:

c VI

c V

c III

c I

Fa = 3,93 cm2, F'a = 5,65 cm2

xn =

) ' (

.

' '

2

.

0 2

a a

a a

F F n h b

a F n h F n h b

75 , 8 20 100

3 65 , 5 75 , 8 17 93 , 3 75 , 8 2

20

0 2

3 3

) (

) ' ( ' 3

) (

3

.

n a

n a n

x b

2 3

3

) 3 95 , 9 ( 65 , 5 75 , 8 ) 95 , 9 17 (

93 , 3 75 , 8 3

) 95 , 9 20 (

100 3

7,5m 7,5m 7,5m 7,5m

58,685kn/m

4.4 Tính toán cốt thép:

Tính thép cho hai mặt cắt có mômen căng trên và căng dưới lớn nhất

4.4.1 Trường hợp căng trên:

.

h b R m

M n k n b

c n

= 1 90 30 76 2

3522700

1 15 , 1

= 0,260

A = 0,260 < A0 = 0,42  α = 0,307

Biểu đồ Mômen M (kNm)

n b R m

h b R m

.

. 0

= 1.901.30,1.2700.76.0,307 = 21,21 (cm2)

.

h b R m

M n k n b

c n

= 1 90 145 76 2

2552200

1 15 , 1

= 0,039

A = 0,039 < A0 = 0,42  α = 0,040

 Fa =

a a

n b R m

h b R m

.

. 0

= 1.90.1145,1.2700.76.0,040= 13,36 (cm2)

Bố trí 230(có Fa = 14,13 cm2)

4.4.3 Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng và tính cốt thép ngang:

( tính theo phương pháp đàn hồi )

- Kiểm tra cho mặt cắt có lực cắt lớn nhất

Tính toán côt ngang:

Theo điều kiện cấu tạo chọn đường kính côt đai d= 8mm  fđ = 0,503 cm2,

số nhánh nđ = 2

Tính khoảng cách giữa các thanh côt đai:

umax =

Q n k

h b R m c n

k b

.

5 ,

) (

8

Q n k

bh R m

c n

k b

2 ) 26704

1 15 , 1 (

76 30 5 , 7 9 , 0 8

= 11,8 cm Chọn u = 10cm

- Tính toán cốt xiên, cốt đai:

qd =

u

f n R

4.6 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt:

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:

J

Kiểm tra cho hai mặt cắt căng trên và căng dưới lớn nhất

4.6.1 Trường hợp căng dưới:

Theo trên thì: M c  2460858 daNcm

Tiết diện hình chữ T có: b = 30 cm, h = 80 cm, b'c = 145 cm, h'c = 20 cm

a = a' = 4 cm, h0 = 76 cm, Fa = 14,13 cm2, F'a = 21,21 cm2

xn =

) ' (

).

(

2 ).

( 2

.

' '

' 0

2 ' '

2

a a c

c

a a

c c

F F n h b b h b

F a n h F n

h b b h b

75 , 8 20 ).

30 145 ( 80 30

4 21 , 21 75 , 8 76 13 , 14 75 , 8 2

20 ).

30 145 ( 2

80

0

3 3

3

) ' ( ' ) (

3

) (

3

) ' )(

h F n x

h b x

h b b

x

b

n a n

a n

n c c

30 3

) 78 , 25 20 )(

30 145 ( 3

78 , 25

 Wqđ =

n

qd x h

M a

c

= 142460858,13.64,6 = 2695,95 daN/cm2 Trong đó: Z1 = .h0 = 0,85.76 = 64,6 cm, : tra bảng 5-1

an = 1.1,3.1 2 , 1 10 6

200 2695,95 

.7.(4 - 100.0,0041) 30 = 0,21 (mm)

an= 0,21 mm < an.gh = 0,24 mm

Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo điều kiện thiết kế

4.6.2 Trường hợp căng trên:

Theo trên ta có: M c =3020900 daNcm

Tiết diện chữ T có: b = 30 cm, h = 80 cm, b'c = 145 cm, h'c = 20 cm

a = a' = 4 cm, h0 = 76 cm, Fa = 21,21 cm2, F'a = 14,13 cm2

xn =

) ' (

).

(

2 ).

( 2

' '

' 0

2 ' '

2

a a c

c

a a

c c

F F n h b b h b

F a n h F n

h b b h b

=

) 13 , 14 21 , 21 (

75 , 8 20 ).

30 145 ( 80 30

4 13 , 14 75 , 8 76 21 , 21 75 , 8 2

20 ).

30 145 ( 2

80

0

3 3

3

) ' ( ' ) (

3

) (

3

) ' )(

h F n x

h b x

h b b

x

b

n a n

a n

n c c

30 3

) 67 , 26 20 ).(

30 145 ( 3

67 , 26

Wqđ =

n

qd x h

M a

Bngh =

adh

a

a F Z h x E



) (

10

) (

5 1 8 , 1

M c n

c

= 115 30 76 2

2444145

= 0,12

13 , 14

' (

h b

F

n h b

21 , 21 15 , 0

75 , 8 20 ).

30 145

) 04 , 1 12 , 0 (

5 1 8 , 1

' ' 1

M a

c

= 2603,88 daN/cm2.Tra phụ lục 16: với n. = 0,047.8,75 = 0,411 và a = 2603,88 daN/cm2 thì:

) 14 , 7 76 (

43 , 66 13 , 14 10 1 ,



= 226225,46.106 daNcm2  Bdh =



ngh B

= 226225,46.1,5 106 = 150816,97.106 daNcm2

2 09 , 302 5 , 7 2

1 4

5 , 7 1 41 , 244 5 , 7 3

2 (

= 0,025 m

 07,025.5 3001   5001

l

f l

f

Kết luận: Độ võng của đầm thoả mãn các yêu cầu thiết kế

Hà Nội, Ngày 25 tháng 11 năm 2010

Người thực hiện

Ngô anh Đức

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP

Sinh viên: Ngô văn Đức: 52KTXDCT GVHD: Lê thị Huệ

15