Đồ Án Môn Học Bê Tông Cốt Thép Thiết kế Cầu Máng Thầy Vũ Hoàng Hưng Đai Học Thủy Lợi

Đồ Án Môn Học Bê Tông Cốt Thép Thiết Kế Cầu Máng Thầy Vũ Hoàng Hưng Đai Học Thủy Lợi Thiết kế Cầu Máng :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: Chiều dài máng: L = 26 (m) Bề rộng máng: B = 3,3 (m) Cột nước lớn nhất trong máng: Hmax = 1,9 (m)Vùng xây dựng công trình có cường độ gió qg = 1,2 (KNm2), hệ số gió đẩy kgđ = 0,8 hệ số gió hút kgh = 0,6. Cầu máng thuộc công trình cấp III. Dùng bê tông mác M150, cốt thép nhóm CI. Dung trọng bê tông thiết kế: b = 25 (KNm3). Độ vượt cao an toàn là: = 0,5 (m), tải trọng người đi q= 2 KNm2 số nhịp cầu máng n= 6 nhịp. * dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Vũ Hoàng Hưng Trường Đại Học Thủy Lợi sinh viên thực hiện : Trần Nguyên Hiếu 53CTL1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BÊ TÔNG CỐT THÉP

A TÀI LIỆU THIẾT KẾ:

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

Vùng xây dựng công trình có cường độ gió qg = 1,2 (KN/m2), hệ số gió đẩy kgđ = 0,8

hệ số gió hút kgh = 0,6 Cầu máng thuộc công trình cấp III Dùng bê tông mác M150, cốtthép nhóm CI Dung trọng bê tông thiết kế: b = 25 (KN/m3) Độ vượt cao an toàn là: 

= 0,5 (m), tải trọng người đi q= 2 KN/m2 số nhịp cầu máng n= 6 nhịp

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

B TÍNH TOÁN 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,trong thời gian thi công Trong phạm vi đồ án này chỉ tính toán cho một trường hợp tổ hợptải trọng cơ bản

1 Thiết kế lề người đi:

1.1 Sơ đồ tính toán:

Cắt 1m dài theo chiều dọc máng xem như một dầm công xôn ngàm tại đầu váchmáng Chọn bề rộng lề L1 = 0,8 m = 80 cm Chiều dày lề thay đổi dần: h1 = 8  12 cm.Trong tính toán lấy chiều dày trung bình h = 10 cm

Hình 3: Sơ đồ tính toán lề người đi

1.2 Tải trọng tác dụng:

a- Trọng lượng bản thân (qbt):

qc bt = b h b = 25 0,1 1 = 2,5 (kN/m) b- Tải trọng người (qng):

qc

ng = q b = 2 1 = 2 (kN/m)Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi:

qtc = nbt qbt + nng qng = 1,05 2,5 + 1,2 2 = 5,025 (kN/m) Trong đó: nbt= 1,05 và nng= 1,2 hệ số vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người

A = 02

h b R m

M n k

n b

c n

=

4

2

1,15.1.1, 608.101.70.100.8 = 0,041 < A0

  = 1 1 2.A = 0,042 <  = 0.70

 Tính cốt đơn

Fa = a a

n b

R m

h b R m

=

1.70.100.8.0,0421,1.2100 = 1,02 (cm2)

100.8 = 0,1275% > 

min =0,1% (TM) Bố trí cốt thép

Chọn và bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 58/1m (2,51 cm2) theo phương vuônggóc với dòng chảy

Chọn và bố trí thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực 46/1m (1,13 cm2)

1.5 Tính toán khối lượng thép lề đi.

luon= 60 mm

lneo= 120mm

lthanh=2.luon+lneo+800-20-20=2.60+120+800-20-20=1000mm=1 m

Bảng tính khối lượng thép lề đi

Số

Hiệu Hình dạng kích thước đườngkính(

mm)

Chiều dài1thanh(m)

Số thanh Tổng

chiềudài(m)

Tổngkhốilượng(kg)

- Chiều cao vách: Hv = Hmax +  = 1,9 + 0,5 = 2,4 m

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

Hình 6: Sơ đồ tính toán 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: M ng c

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M bt c

- Áp lực tương ứng với Hmax: q n c

- 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 : M bt c , qgđ (gióđẩy,máng không có nước và không có lề đi trên đường)

- Bản thân lề đi: M bt c =

2 1.2

c bt

q L

= 2

8,0.5,

= 0,8 (kNm)Theo tính toán

=

20,96.2, 4

=

2

1, 248.2, 4

2 = 3,59 ( kNm)STT Loại tải trọng Giá trị tiêuchuẩn

b Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : Mbt , M ng , q n,

q gh.(gió hút, trong máng dẫn nước với mực nước H max và trên lề có người đi)

Mc bt = 0,8 kNm; Mbt = 0,84 (kNm)

Mc ng = 2

2 1

L

q ng

= 2

8,0

c n

=

224,7.1,9

6 = 14,86 (kNm)

Mn = nn Mc n = 1 14,86 = 14,86 kNm

=

20,72.2, 4

2 = 2,074 ( kNm)

Mgh = ngh Mc gh = 1,3 2,074 = 2,696 ( kNm)

STT Loại tải trọng Giá trị tiêu

chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tínhtoán

Hình 8: Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài)

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)

M1 = Mgđ + Mbt = 3,59-0,84 = 2,75 (kNm)

M1c = Mgđc + Mbtc = 2,76-0,8= 1,96 ( kNm)

b Trường hợp căng trong:

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)

Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mômen uốn lớn nhất (mặt cắt ngàm) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài.

Tiết diện tính toán hình chữ nhật: b=100cm, h=20

Chọn a = 2 cm, h0 = h - a = 18 cm

1 Trường hợp căng ngoài: M = 2,75 ( kNm)

A = 02

h b R m

M n k

n b

c n

=

4 2

1,15.1.2, 75.101.70.100.18 = 0,014 < A0 = 0,42   = 0,014  Fa = a a

0 n b

Rm

bhR

=

1.70.100.18.0, 0141,1.2100 = 0,76 (cm2)

 Fa = µmin .b.h0 =0.001.100.18=1.8 (cm2 )

Chọn và bố trí cốt thép chịu lực lớp ngoài theo cấu tạo 58/1m (Fa = 2,51 cm2)

2 Trường hợp căng trong: M = 19,164 kNm

Trường hợp này khi tính cốt thép trong cần kể đến lượng côt thép ở bên ngoài với ( Fa =2,51cm2)

,) 0 , , (

bh R m

a h F R m M n k

n b

a a a c

h

a

4.2

= 0,22 > 

, 0 R h a m

M n k

a a

c n

41,15.1.19,164.101,1.2100.16 = 5,96 ( cm2) Kiểm tra :

Chiềudài 1thanh(m)

Sốthanh

Tổngchiềudài

Tổngkhốilượng(kg)

, , 0

d E

d E

M

F Z =

415,66.106,16.15,3 = 1661,6 daN/cm2

 = 2 1

c ngh

a

M

F Z =

42,714.106,16.15,3 = 287,96 daN/cm2

( Z1=.h0 0,85.18 15,3 cm ;  tra bảng 5 - 1 )

a n1 = 1.1,3.1 6

1661,6 200

.7.(4 100.0,0034) 142,1.10





=0,004 mm

-chiều dày bản đáy hđ= 20 (cm)

-bề rộng đáy máng B= 3,3 (m)

-chiều dài nhịp: l=

4

22

c

3 áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm H ngh :

Cột nước nguy hiểm Hngh là cột nước gây mô men uốn căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa

ngh

q H

=3,744 ( KN.m)

a) Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống (q đ M bt)

Biểu đồ số I

b) Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước H max (q nmax M nmax )

Biểu đồ số II

c) Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm H ngh (q ngh M ngh )

e) Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (M gd M gh )

Biểu đồ VI

g) nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (M gh M gd )

F

b h =

1, 29100.17 100% = 0.076% < µmin =0.1%

Chiềudài 1thanh(m)

Sốthanh

Tổngchiều dài(m)

Tổng khốilượng

5 Kiểm tra nứt.

Kiểm tra tại 2 mặt cắt : mặt cắt sát vách và giữa nhịp

Điều kiện cấu kiện không bị nứt :

d E

d E

M

F Z =

415,66.106,16.15,3 = 1661,6 daN/cm2

 = 2 1

c ngh

a

M

F Z =

42,714.106,16.15,3 = 287,96 daN/cm2

( Z1=.h0 0,85.18 15,3 cm ;  tra bảng 5 -1 )

a n1 = 1.1,3.1 6

1661,6 200

.7.(4 100.0,0034) 142,1.10





=0,004 mm

an = 0,087 +0.004 = 0,091 mm < an.gh

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

5.2.đối với mặt cắt giữa nhịp.

Mc = 0,73 +1.88 +0,058 +1.3 =3,968 (kNm) Tiết diện hình chữ nhật: b =100 cm

h = 20 cm , Fa = 2,51 cm2 , Fa’ = 6,16 cm2

2

, , 0

2 =1,65 (m)=165 (cm)

Hình 13:sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa

Hình 14: Biểu đồ nội lực của dầm đỡ giữa

1,15.1.106, 43.101.70.30.76 =0,101→α= 1 – √1−2.0,101=¿0,107α<α0 → tính cốt đơn

Hình 15 : Tính cốt thép cho trường hợp căng trên.

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

Mmax=78,88 (kN) Tính toán như tiết diện chữ T cánh nén

b=30cm ,h=80cm b c,=165cm ,h c,=20cm

Chọn a=a,=4cm→h0= h – a = 76 cm

Kiểm tra ví trí trục trung hòa

, , ,( )

2



= 17532900 (daNcm)

knncM=1,15.1.78,88.104 =907120 daNcm<Mc→trục trung hòa đi qua cánh(x≤hc)

Tính toán cốt thép tương tự như đối với tiết diện chữ nhật b c,.h=100.80 cm

Hình 16: Tính cốt thép cho trường hợp căng dưới.

1,15.70.165.76.0,0121,1.2100

k1.mb4.Rkbh0< knncQ<0,25.mb3.Rnbh0→bố trí cốt ngang

Tính toán cốt đai không cốt xiên:

Theo điều kiện cấu tạo chọn đường kính cốt đai d=8mm → Diện tích một nhánh đai

uct=h/3=80/30=26 cm

2

4 0 2

8.0,9.6,3.30.76 1,15.1.14188 =55,54 cmchọn u=25 cm

Chiềudài 1thanh(m)

Sốthanh

Tổngchiềudài

Tổngkhốilượng(kg)

5 kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt.

Kiểm tra nứt tại 2 mặt cắt có mô men căng trên và căng dưới lớn nhất

Điều kiện để dầm không bị nứt tại các tiết diện trên:

= h – a = 76cm, Fa= 5,65 cm2, F a ' = 7,69 cm2, γ1 = mh.γ = 1.1,75 = 1,75

Fqđ = bh (b b)h n(Fa F'a)

' c '

= 5233.4 cm2

Sqđ =

'2 2

 Trục trung hòa của tiết diện quy đổi đi qua sườn

Hình 18 : Kiểm tra nứt trường hợp căng dưới.

 Tại mặt cắt giữa dầm không bị nứt

5.2.Trường hợp căng trên.

Mc

max = 0,1053.qc.l2 = 0,1053.53,505.(26/6)2 = 105,8 kNm

Tiết diện chữ T cánh kéo: b= 30cm, h= 80 cm, bc= 165cm, hc= 20 cm, a= a’ = 4cm, h0

/ 2

 Trục trung hòa của tiết diện quy đổi đi qua sườn

Hình 19 : Kiểm tra nứt trường hợp căng trên.

Jqđ =

2 0 2

' 3 3

3

)(

)'(

3

))(

(3

)(

c n c

n c

aF Z ( h x ) E

10

L T n

c

bhR

M

782700 85.30.76 = 0,053

' '

) ' (

bh

F

n h b

0,1530.76

 = 1 -

0,7100.0,0025 1 = 0,44

' ' 1

2

h0 = (1 -

2

0, 26.1,18 0,0372(1,18 0,037)

M

=

7827005,65.66, 23 = 2091,7 daN/cm2

Tra phụ lục 16: có a = 0,4 (với '= 1,18 n  = 10.0.0025 = 0,025 và a=2091,7 daN/cm2)

 = 0,6Thay các giá trị vào công thức tính độ cứng Bngh của dầm ta có:

Bngh = a

0 1 a

aF Z ( h x ) E





=

62,1.10 5,65.66, 23(76 6,39)

f = Mp M k =

0

1

k b dh

y

B 

 : diện tích của biểu đồ mô men uốn Mb p

y k0 : tung độ biểu đồ M k trên hệ cơ bản ứng với vị trí trọng tâm của biểu đồ Mp

Hình 20 : Biểu đồ mô men cuối cùng vè biểu đồ mô men trên hệ cơ bản.

Dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêshagin, ta tính được độ võng tại mặt cắt giữa nhịpbiên

Hình 21 – Cách nhân biểu đồ.

f=Mp.M k =

0

1

k b dh