dầm btct thường tiết diện chữ t chiều dài 13m( có file cad đính kèm)

dầm btct thường tiết diện chữ T chiều dài 13m( có file cad đính kèm) 1. Chọn mặt cắt và xác định sơ bộ kích thước dầm 2. Xác định nội lực 3. Tính tiết diện cốt thép dọc chủ cần thiết ứng với mặt cắt giữa nhịp 4. Bố trí cốt thép đai theo yêu cầu cấu tạo và xác định diện tích cần thiết của các lớp cốt xiên 5. Bố tri cốt thép cho toàn dầm Bố trí cốt thép dọc chủ Bố trí cốt thép xiên Tính và bố trí cốt thép bản cánh dầm Bố trí cốt thép trên toàn dầm (Tính toán cắt cốt thép dọc chủ,uốn cốt thép dọc chủ lên làm cốt xiên, bố trí cốt thép dọc thi công...) Vẽ hình bao vật liệu 6. Tính toán dầm theo trạng thái giới hạn cường độ 7. Tính toán dầm theo trạng thái giới hạn về võng và nề nứt 8. Thống kê vật liệu cốt thép và bê tông cần thiết cho một dầm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNGTVT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG TRÌNH ĐỘC LẬP–TỰ DO –HẠNHH PHÚC

ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

A SỐ LIỆU CHO TRƯỚC

- Tĩnh tải rải đều tiêu chuẩn tác dụng lên dầm : DW = 4.5 (kN/m)

- Trọng lượng bản thân dầm trên một mét dài : DC = 11,6 (kN/m)

- Hệ số tải trọng của trọng lượng bản thân dầm : γDC = 1,25

- Hệ số tải trọng của tải trọng phần trên : γDW = 1,5

B NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thuyết minh tính toán

1 Chọn mặt cắt và xác định sơ bộ kích thước dầm

2 Xác định nội lực

3 Tính tiết diện cốt thép dọc chủ cần thiết ứng với mặt cắt giữa nhịp

4 Bố trí cốt thép đai theo yêu cầu cấu tạo và xác định diện tích cần thiết của các lớp cốt xiên

5 Bố tri cốt thép cho toàn dầm

- Bố trí cốt thép dọc chủ

- Bố trí cốt thép xiên

- Tính và bố trí cốt thép bản cánh dầm

- Bố trí cốt thép trên toàn dầm (Tính toán cắt cốt thép dọc chủ,uốn cốt thép dọc chủ

lên làm cốt xiên, bố trí cốt thép dọc thi công )

- Vẽ hình bao vật liệu 6 Tính toán dầm theo trạng thái giới hạn cường độ 7 Tính toán dầm theo trạng thái giới hạn về võng và nề nứt 8 Thống kê vật liệu cốt thép và bê tông cần thiết cho một dầm Bản vẽ (khổ A1 ) - Mặt chính dầm (có thể vẽ 1/2 dầm) có thể hiện đầy đủ cốt thép dọc chủ,cốt thép xiên,cốt thép đai và cốt thép cấu tạo - Các mặt cắt dầm có thể hiện thứ tự cho cốt thép dọc chủ và đầy đủ cốt thép cần thiết - Khai triển đầy đủ các loại cốt thép có trong dầm - Các chi tiết neo uốn nối cốt thép - Bảng thông kê vật liệu thép, bê tông và các ghi chú cần thiết khác Lưu ý: - Hạn nộp bài ngày …… tháng … năm 2017 - Nếu hoàn thành không đúng thời hạn sẽ không được bảo vệ đồ án

NHẬN XÉT PHÊ DUYỆT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………

………

………

………

………

………

………

………

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM.

1.1 Chiều dài dầm (L) và chiều dài nhịp tính toán (l):

L = l + (0,5÷0,6) m Với chiều dài nhịp tính toán l = 13 m Ta có chiều dài dầm như sau:

L = 13+ 0,5 =13,5 m

1.2 Chiều cao dầm h:

- Chiều cao dầm chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng Chiều cao có thể chọn sơ bộ theo các công thức sau:

13 0,65 1,3

h= ÷ × =l  ÷ × = ÷ m

- Đối với cầu dầm giản đơn bêtông cốt thép thường thì chiều cao dầm không được nhỏ hơn 0,07l Sau đó ta chọn h chẵn đến 5cm

h ≥ 0,07 ×

l = 0,07 ×

13 = 0.91m

- Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp Nên chọn:

h = (65÷130) cm

- Ở đây chọn chiều cao dầm: h = 120 cm

1.3 Bề rộng sườn dầm (b w ):

- Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm

- Đối với dầm giản đơn nhịp nhỏ (l≤20m)

, có thể chọn bề rộng sườn dầm:

bw = ( 18 ÷ 23 ) cm

- Chọn bề rộng sườn dầm:= 20 cm

1.4 Chiều dày bản cánh (h f ):

- Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác, khi cầu không có dầm ngang thì bản cánh nên chọn dầy hơn Đối với dầm đúc tại chỗ chiều dầy bản cánh không nhỏ hơn 1/20 lần khoảng cách trống giữa các đường gờ, nách dầm hoặc sườn dầm còn đối với dầm đúc sẵn thì không được nhỏ hơn 50mm Theo 22TCN-272-05 thì hfmin=

h = ( 17,5 ÷ 20) cm

- Khoảng cách tim giữa hai dầm.

- Bề rộng cánh tính toán của dầm biên lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm trong

kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của:

- Chiều dài của phần cánh hẫng

- Khi tính bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu, chiều dài nhịp hữu hiệu có thể lấy bằng khẩu

độ tính toán đối với các nhịp giản đơn và bằng khoảng cách giữa các điểm thay đổimômen uốn (điểm uốn của biểu đồ mômen) của tải trọng thường xuyên đối với các nhịpliên tục, thích hợp cả mômen âm và dương

- Ở đây, ta lấy: Chiều rộng bản cánh b= 120 cm

Chiều rộng hữu hiệu bản cánh bf = 60 cm

1.6 Chọn kích thước bầu dầm (b 1 ,h 1 ):

- Kích thước phần bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắt dầm

để quyết định (số lượng thanh, khoảng cách các thanh) Tuy nhiên khi chọn sơ bộ banđầu ta chưa biết cốt thép chủ là bao nhiêu nên phải tham khảo các đồ án điển hình vànên đảm bảo kích thước sao cho bề rộng bầu phải bố trí được tối thiểu 4 cột cốt thép

và chiều cao bầu phải bố trí được tối thiểu 2 hàng cốt thép

- Có thể chọn:

+ Bề rộng bầu dầm: b1 = (30÷60)cm

+ Chiều cao bầu dầm (h1): Đối với dầm đúc tại chỗ thì chiều cao phần bầu dầm khôngđược nhỏ hơn 14 cm và 1/16 khoảng cách trống giữa các đường gờ hoặc khoảng cáchgiữa các dầm ngang Đối với dầm đúc sẵn thì chiều cao phần bầu dầm không được nhỏhơn 125 mm Có thể chọn: h1 = 15÷30 cm

120cm 20cm 19cm

120cm

Hình 1 Quy đổi tiết diện

- Chiều dày cánh dầm mới: f

Hình 2 Tiết diện sơ bộ Hình 3 Tiết diện tính toán

1.8 Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài:

- Diện tích mặt cắt ngang dầm:

= 0,2×1,2 + 0,3×0,2525 + (1,2 - 0,2 - 0,2525) × 0,2= 0,467 ()

- Trọng lượng bản thân của dầm trên 1 mét dài là:

DC = γc.Ac = 25 ×0,467 = 11,6 (kN/m)

- Ở đây lấy trọng lượng thể tích của bê tông :

3

25 /

1.9 Tĩnh tải rải đều tiêu chuẩn trên một mét dài của dầm

Theo nhiệm vụ thiết kế đã cho: DW = 4,5 (kN/m)

1.10 Tải trọng làn dải đều

Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiềungang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm Khi xác định ứnglực của tải trọng làn thiết kế, không xét đến lực xung kích

Theo tiêu chuẩn TCN 22 272 -05  PLL = 9,3(KN/m)

1.11 Hoạt tải tập trung của bánh xe

Hoạt tải trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93, là tổ hợp tải trọngcủa:

• Xe tải thiết kế (TruckLoad) và tải trọng làn thiết kế (LaneLoad), hoặc

• Xe hai trục thiết kế (TandemLoad) và tải trọng làn thiết kế (LaneLoad)

Mỗi làn thiết kế được xem xét phải được bố trí gồm xe tải thiết kế hoặc xe hai trụcthiết kế cộng tác dụ ng với tải trọng làn khi áp dụng được, tải trọng làn được giả thiếtchiếm 3000mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế

a.Xe tải thiết kế (TruckLoad):

Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết kế phải lấy theo Hình

3 Cự ly giữa 2 trục 145KN phải thay đổi giữa 4300 và 9000mm để gây ra ứng lực lớnnhất

Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác địnhtải trọng trục nhân với hệ số hệ số cấp đường 0,50 hoặc 0,65

b Xe hai trục thiết kế (TandemLoad): Xe hai trục gồm một cặp trục 110KN

cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm Đối vớicác cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng

xe hai trục nói trên nhân với hệ số cấp đường: 0,50 hoặc 0,6

 Mô hình tổng hoạt tải tác dụng lên dầm cầu:

4,3m 4,3m

1,2m 110kN 110kN

2.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

2.1 Xác định mô men.

2.1.1 Vẽ đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện :

- Chiều dài nhịp của dầm: l = 13m

- Chia dầm thành 10 đoạn ứng với các mặt cắt đánh số từ 0 đến 10, mỗi đoạn dài 1,3m

- Đường ảnh hưởng mômen tại các tiết diện:

15m

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Dah M2

1,35 2,4

Hình 4 Đường ảnh hưởng mômen

2.1.2 Tính toán:

- Để tính mômen tại mặt cắt nào đó, ta tiến hành xếp tải bất lợi nhất lên đường ảnhhưởng mômen tại mặt cắt ấy Tính diện tính đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọngrải đều và tính tung độ đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọng tập trung

a- Đối với TTGH cường độ, mômen M tại mặt cắt thứ (i) nào đó của dầm được xác

định theo công thức sau:

TandemLoad

TandemLoad DW

DC 1,35 1,23 0,92 0,49

y 1= y 4 y 5 y 2

y 3

Dah M2

Hình 5 Xếp tải lên đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt 1

-Mô men uốn tại mặt cắt 1:

Dah M2

1,2m 110kN 110kN

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

DC 2,4 2,16 1,54 0,68

y 1= y 4 y 5

y 2

y 3

Hình 6 Xếp tải lên đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt 2

-Mô men uốn tại mặt cắt 2:

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

DC 3,15 2,79 1,86 0,57

y 1= y 4 y 5

y 2

y 3

Hình 7 Xếp tải lên đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt 3

-Mô men uốn tại mặt cắt 3:

Dah M4

1,2m 110kN 110kN

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

DC 3,6 3,12 1,88

y 1= y 4 y 5

y 2

1,02

y 3

Hình 8 Xếp tải lên đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt 4

-Mô men uốn tại mặt cắt 4:

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

DC 3,75 3,15 1,6

y 1= y 4 y 5

y 2

1,6

y 3

Hình 9 Xếp tải lên đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt 5

-Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt 5:

==1078.87kN.m

==696.41kN.m

= 1064.73

i cd M

tan ,

dem

i sd

M kNm

Vẽ được biểu đồ bao mômen cho dầm ở TTGH cường độ:

2.2.1 Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện:

Dah V4Dah V5

10,10,90,20,80,30,70,40,60,50,5

15m

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Dah V0Dah V1Dah V2Dah V3

Hình 11 Đường ảnh hưởng lực cắt

2.2.2 Tính toán:

- Để tính lực cắt tại mặt cắt nào đó, ta tiến hành xếp tải bất lợi nhất lên đường ảnhhưởng lực cắt tại mặt cắt ấy Tính diện tính đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọngrải đều và tính tung độ đường ảnh hưởng tương ứng dưới tải trọng tập trung

a- Đối với TTGH cường độ, lực cắt V tại mặt cắt thứ (i) nào đó của dầm được

xác định theo công thức sau:

==234.59kN

Dah V0 1

1,2m 110kN 110kN

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

DC 0,92 0,71 0,43

y 1= y 4 y 5 y 2 y 3

Hình 13 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 1

+Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 1:

Dah V1

1,2m 110kN 110kN

Hình 13 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 1

+Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 2

-Lực cắt tại mặt cắt 2:

=274.16

=171.42

= 255.56kN

== 160.79 kN

0,2 0,8

Dah V2

1,2m 110kN 110kN

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

DC

Hình 14 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 2

+Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 3:

LaneLoad

TandemLoad

TandemLoad DW

Hình15 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 3

+Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 4:

-Lực cắt tại mặt cắt 4:

= = 152.14kN

= = 91.85kN

= 148.85kN

TandemLoad

TandemLoadDW

Hình 16 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 4

+Xếp tải lên ĐAH lực cắt tại mặt cắt 5:

y2

y1=y4 y5

Hình 17 Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 5

Để tiện tính toán ta có thể lập bảng theo mẫu sau:

( )

V m

tan ,

dem

i cd V

,

truck

i sd V

tan ,

dem

i sd V kN

3 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM

- Đây chính là bài toán tính AS và bố trí của dầm tiết diện chữ T đặt cốt thép đơn, biết:

h= 1300 mm; chiều rộng hữu hiệu bf= 1500 mm; bw =200 mm; hf =207 mm; fy =400Mpa; fc' = 35 Mpa, Mu =Mu max = 1078.87kN.m

- Chiều cao có hiệu (chiều cao làm việc) của dầm có thể lấy:

- Lấy de=1000 mm

Giả sử: a= hf

Sức kháng uốn danh định:

- Sức kháng uốn danh định tính toán theo tiết diện hình chữ nhật.

* Trình tự tính toán tiết diện chữ nhật như sau:

Giả sử khai thác hết khả năng chịu lực của tiết diện:

Từ phương trình cân bằng mômen xác đình chiều cao vùng bê tông chịu nén

Khi đó phương trình xác định chiều cao vùng nén :

1198,74 10

33578,15

2 0,85 0,85 35 1200

n e

c

M a

'

280,85 0,05 khi 28 MPa f 56MPa

7

35 28 =0,85-0,05 0,8

7

c f

c s

13 3 4

1 2 2

141

* Kiểm tra lại tiết diện:

Kiểm tra tiết diện:

- Ta có As = 3408 mm2

-s y

' c

- 1

40, 09

50,11 0,8

a

β

*Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

Đối với các cấu kiện không có cốt thép dự ứng lực thì lượng cốt thép tối thiểu coi là thoả mãn:

- Cường độ quy định của bê tông ở 28 ngày

fy - Cường độ chảy dẻo của thép chịu kéo

Trường hợp chung, tại bất kỳ mặt cắt nào của dầm thì lượng cốt thép phải đủ để tiết diện có

y

If

M =

(2.28)Trong đó :

fr - Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông, có thể lấy:

'

63,

f =

(2.29)

yt - Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo ngoài cùng

Ig - Mô men quán tính mặt cắt nguyên của bê tông xung quanh trục trọng tâm

* Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

=> Đảm bảo hàm lượng cố thép tối đa.

4 VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU:

- Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớn nhất sẽlần lượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen Tại mỗi vị trí tiết diện có số

thanh thép cắt bớt đi, phải luôn đảm bảo điều kiện: M r ≥M u

- Số thanh thép cắt bớt đi luôn đảm bảo tính đối xứng và phù hợp với yêu cầu cấu tạo.

Có ít nhất 1/3 số thanh cốt thép chủ được kéo về neo ở gối Không được cắt hoặc uốn

cốt thép ở góc cốt thép đai Không được cắt 2 thanh cạnh nhau trên cùng mặt cắt

- Tại mỗi mặt cắt phải xác định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều caokhối ứng suất tương đương và mômen kháng tính toán tại tiết diện có cắt thép

• Tính chiều cao vùng nén quy đổi :

s y ' c

13 3 4

1 2 2

1 4 1

1 4

1 4 1

thép

còn lại

As(mm2) Còn lại

de

(mm) a (mm)

Vịtrí TTH Mr (kN.m)

*Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen:

- Lượng cốt thép tối thiểu phải thỏa mãn:M r ≥{1, 2M cr;1,3M u}

- Tại đoạn Mr ≥ 1,2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu.

- Trong đoạn 0,9Mcr ≤ Mr ≤ 1,2Mcr vẽ đường nằm ngang với giá trị 1,2Mcr

- Tại đoạn Mu ≤ 0,9 Mcr vẽ đường Mu’ = Mu.

Trên cơ sở đó ta vẽ được biểu đồ bao mô men sau khi đã hiệu chỉnh như sau:

*Xác định điểm cắt lý thuyết:

- Điểm cắt lý thuyết là điểm mà tại đó theo yêu cầu về uốn không cần cốt thép dài hơn

Để xác định điểm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ biểu đồ mômen tính toán Mu và xác địnhđiểm giao biểu đồ ΦMu

1830,971422,47

812,15830

= 0,85Với Act = 2903,6 (mm2) là diện tích cần thiết khi tính toán.

Att = 3408 (mm2) là thực tế bố trí

⇒

ld = 481,32×1×0,85 = 409,122(mm) > 300 (mm)

Chọn l d = 481,32 (mm).Từ điểm kéo dài về phía mômen nhỏ hơn một đoạn l1 = 1000

mm ta lại kéo ngược về phía mômen lớn hơn một đoạn ld = 409,122 mm Điểm nàychính là điểm cắt thực tế

Trên cơ sở đó ta vẽ biểu đồ bao vật liệu như sau:

-24-1060 1060

705 705

AB

AB

C

Mu (kN.m)

2120,7 2068,92

1830,97 1422,47

812,15

2088,73 1750,74

5 TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT :

- Biểu thức kiểm toán: φ ×Vn > Vu

Vn - Sức kháng cắt danh định, được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của:Vn = Vc + Vs

+β: Hệ số chỉ khả năng của bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo

+θ: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo

+ β, θ:được xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng

+α: Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc , α = 900

+φ: Hệ só sức kháng cắt, với bêtông thường, φ = 0,9

+Av: Diện tích cốt thép bị cắt trong cự ly s (mm)

+Vs: Khả năng chịu lực cắt của cốt thép (N)

+Vc: Khả năng chịu lực cắt của bêtông (N)

+Vu: Lực cắt tính toán (N)

+fv = fy: Cường độ chảy dẻo của thép

Bước 1: Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv

c(mm)

de

(mm)

a(mm) 0.9de 0.72h ds-a/2 dv (mm)

0 12 3408 50,11 1050 40,09 945 864 1029.955 1029.955

1 10 2840 41,76 1070 33,41 963 864 1053.295 1053.295

2 8 2272 33,41 1075 26,72 967.5 864 1061.64 1061.64

Bước 2: Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả năng chịu lực của bêtông vùng nén.

- Xét mặt cắt cách gối một đoạn dv, xác định nội lực trên đường bao bằng phương pháp

- Tại mỗi mặt cắt cách gối một đoạn dv tương ứng,giả sử góc nghiêng của ứng suât nén

chính θ và tính biến dạng dọc trong cốt thép chịu uốn:

- Giả sử trị số góc θ = 45o tính biến dạng cốt thép chịu kéo

0.5 cot

0,002

u

u v

x

M

V g d

Es As

θε

và εx

xác định θ bằng cách tra bảng rồi so sánh với giá trị θ giả

định Nếu sai số lớn tính lại εx

và lại xác định θ đến khi θ hội tụ thì dừng lại.Sau đóxác định hệ số biểu thị khả năng truyền lực kéo bêtông β

Bước 5: Tính bước cốt đai S (mm)

Trong đó:Av:diện tích cốt đai trong cự li s(mm2)

f'y:là giới hạn chảy quy định của cốt thép đai (f’y = 350 MPa)

Chọn cốt thép đai số 10,d = 10mm

- Diện tích mặt cắt ngang một thanh là: Av = 2 ×71 = 142(mm2)