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
GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 ĐỒ ÁN MƠN HỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP A TÀI LIỆU THIẾT KẾ: Kênh dẫn nước N qua vùng trũng Sau so sánh phương án thiết kế tới kết luận cần xây dựng máng bê tông cốt thép Dựa vào địa hình, qua tính tốn thuỷ lực thuỷ nơng người ta xác định kích thước mực nước yêu cầu cầu máng sau: - Chiều dài máng: L = 26 (m) - Bề rộng máng: B = 3,3 (m) - Cột nước lớn máng: Hmax = 1,9 (m) Hình 1: Sơ đồ cầu máng Hình 2: Mặt cắt ngang cầu máng 1:lề 2:vách máng 3:đáy máng 4:dầm Đồ án: Kết Cấu Bê tơng cốt thép GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Vùng xây dựng cơng 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 cơng trình cấp III Dùng bê tơng mác M150, cốt γ δ thép nhóm CI Dung trọng bê tông thiết kế: b = 25 (KN/m3) Độ vượt cao an toàn là: = 0,5 (m), tải trọng người q= KN/m2 số nhịp cầu máng n= nhịp Tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép số liệu sau: f l - kn = 1,15 - nc = - Rn = 70 (daN/cm2) - Rk = 6,3 (daN/cm2) 500 = - ma = 1,1 (giả sử số < 10) - mb = - Rad = 1700 (daN/cm2) c k - R = 9.5 (daN/cm2) c n - R = 85 (daN/cm2) - Ra = R'a = 2100 (daN/cm2) - mb4 = 0,9 - α0 = 0,7 - A0 = 0.455 - Ea = 2,1.106 (daN/cm2) - Eb = 2,1.105 (daN/cm2) Ea Eb -n= = 10 - µmin = 0,1% - an.gh = 0,25 (mm) B TÍNH TỐN KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG: Tính nội lực phận cầu máng với tổ hợp tải trọng: bản, đặc biệt, thời gian thi công Trong phạm vi đồ án tính tốn cho trường hợp tổ hợp tải trọng Thiết kế lề người đi: 1.1 Sơ đồ tính tốn: Cắt 1m dài theo chiều dọc máng xem dầm công xôn ngàm đầu vách máng Chọn bề rộng lề L1 = 0,8 m = 80 cm Chiều dày lề thay đổi dần: h = ÷ 12 cm Trong tính tốn lấy chiều dày trung bình Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép h = 10 cm GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Hình 3: Sơ đồ tính tốn lề người 1.2 Tải trọng tác dụng: a- Trọng lượng thân (qbt): c bt q = γb h b = 25 0,1 = 2,5 (kN/m) b- Tải trọng người (qng): qcng = q b = = (kN/m) Tải trọng tính tốn tổng cộng tác dụng lên lề người đi: qtc = nbt qbt + nng qng = 1,05 2,5 + 1,2 = 5,025 (kN/m) Trong đó: nbt= 1,05 nng= 1,2 hệ số vượt tải trọng lượng thân tải trọng người theo TCVN 4116-85 1.3 Xác định nội lực: q =5,025 kN/m Q =4,02 kN Q M =1,608 kNm M Hình 4: Biểu đồ nội lực lề người ST T Tên lực Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép Giá trị tiêu chuẩn kN/m Hệ số vượt tải Giá trị tính tốn( kN/m ) GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Trọng lượng thân 2,5 1,05 2,625 Trong lượng người 1,2 2,4 1.4 Tính tốn, bố trí cốt thép: a Tính tốn bố trí cốt thép dọc: • Tính tốn bố trí cốt thép dọc chịu lực mặt cắt có momen uốn lớn (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm Tiết diện chữ nhật b = 100 cm, h = 10 cm Chọn a = cm, h0 = h- a = cm A= k n nc M mb Rn b.h02 1,15.1.1, 608.10 1.70.100.82 = − − A →α= → Tính cốt đơn Fa = µ mb Rn b.h0 α ma Ra Fa bh0 = 0,041 < A0 α0 = 0,042 < = 0.7 1.70.100.8.0, 042 1,1.2100 = 1,02 (cm2) = 1,02 100% 100.8 µ → = = = 0,1275% > =0,1% (TM) Bố trí cốt thép Chọn bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5φ8/1m (2,51 cm2) theo phương vng góc với dòng chảy Chọn bố trí thép cấu tạo vng góc với cốt thép chịu lực 4φ6/1m (1,13 cm2) b Tính tốn bố trí cốt thép ngang • Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Qmax = 402 daN) k1 mb4 Rk b h0 = 0,8 0,9 6,3 100 = 3628,8 (daN) k1= 0,8 kết cấu dạng kn nc Q = 1,15 402 = 462,3 (daN) kn nc Q < k1 mb4 Rk b h0 → Không cần đặt cốt ngang Đồ án: Kết Cấu Bê tơng cốt thép GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 • Bố trí thép lề người đi: Hình 5: Bố trí thép lề người 1.5 Tính tốn khối lượng thép lề 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 Số Hiệu Hình dạng kích thước Chiều dài thanh(m) Số Tổng chiều dài(m) Tổng khối lượng(kg) đường kính(m m) ∅8 260 260 102,7 ∅6 26 208 46,176 II THIẾT KẾ VÁCH MÁNG: 2.1 Sơ đồ tính toán: Cắt 1m theo chiều dài máng Vách máng tính tốn dầm cơng xơn ngàm đáy máng dài dọc dầm dọc Sơ chọn kích thước vách máng: - Chiều cao vách: Hv = Hmax + δ = 1,9 + 0,5 = 2,4 m - Bề dày vách thay đổi dần từ: hV = 12 ÷ 20 cm Đồ án: Kết Cấu Bê tơng cốt thép GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Hình 6: Sơ đồ tính tốn vách máng 2.2 Tải trọng tác dụng: Do điều kiện làm việc vách máng nên tải trọng tác dụng gồm: c M ng - Mô men tập trung người lề truyền xuống: - Mô men trọng lượng thân lề đi: M btc qnc - Áp lực tương ứng với Hmax: - Áp lực gió (gồm gió đẩy gió hút): qgđ qgh Các tải trọng gây trường hợp căng căng vách máng a Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng : đẩy,máng khơng có nước khơng có lề đường) qbtc L12 2,5.0,8 c M bt 2 - Bản thân lề đi: = = = 0,8 (kNm) Theo tính tốn Mbt = nbt M c bt M btc , qgđ (gió = 1,05 0,8 = 0,84 (kNm) c gd - Áp lực gió đẩy: q Theo tính tốn = kgđ.qg.1 = 0,8.1,2.1 = 0,96 (kN/m) c gd qgđ = ng.q = 1,3.0,96 = 1,248 (kN/m) ng = 1,3 - hệ số vượt tải gió c q gd H v2 0,96.2, 42 c gd M = q gd H Mgđ = Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép = v = 1, 248.2, 42 = 2,76 ( kNm) = 3,59 ( kNm) GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 STT Loại tải trọng Lề (Mbt) Giá trị tiêu chuẩn kNm 0,8 Gió đẩy (qgd) 0,96 Hệ số vượt tải Giá trị tính tốn 1,05 0,84 1,3 1,248 b Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng : Mbt, Mng, qn, qgh.(gió hút, máng dẫn nước với mực nước Hmax lề có người đi) M c bt = 0,8 kNm; Mbt = 0,84 (kNm) q ng L12 2.0,8 c ng M = = = 0,64 (kNm) c ng Mng = nng M q c n max = 1,2 0,64 = 0,768 (kNm) = kđ γn Hmax = 1,3 10 1,9 = 24,7 (kN/m) c n max n max q = nn q = 24,7= 24,7(kN/m) Trong đó: kđ hệ số động, lấy kđ = 1,3 c n M = qnc.max H max = 24,7.1,92 = 14,86 (kNm) c n Mn = nn M = 14,86 = 14,86 kNm c gh q = kgh qg = 0,6 1,2 = 0,72 (kN/m) c gh qgh = ngh q = 1,3 0,72 = 0,936 (kN/m) c q gh H v2 0, 72.2, 42 c gh M = = = 2,074 ( kNm) c gh Mgh = ngh M STT Loại tải trọng Lề ( Mbt) Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép = 1,3 2,074 = 2,696 ( kNm) Giá trị tiêu chuẩn 0,8 Hệ số vượt tải 1,05 Giá trị tính tốn 0,84 GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Gió hút (qgh) 0,72 1,3 0,936 Người lề (Mng) 0,64 1,2 0,768 Áp lực nước (qn) 24,7 24,7 Hình 7: Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác định nội lực:: a, Trường hợp căng ngồi: Hình 8: Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài) Nội lực mặt cắt nguy hiểm (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: Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Nội lực mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt ngàm) M2 = Mbt + Mng + Mn + Mgh = 0,84 + 0,768 + 14,86 + 2,696= 19,164 ( kNm) M2c = Mbtc + Mngc + Mnc + Mghc = 0,8 + 0,64 + 14,86 + 2,074= 18,374 (kNm) Q = Qle + Qng + Qn + Qgh Qle = , Qng= qn max H max 24, 7.1,9 2 Qn = = =23,465 (kN) Qgh=qgh.Hv =0,936.2,4=2,25 (kN) Q= 25,715 (kN) Hình 9: Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng trong) 2.4 Tính tốn bố trí thép a Tính tốn, bố trí cốt thép dọc: Tính tốn bố trí cốt thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn mặt cắt có mơmen uốn lớn (mặt cắt ngàm) cho hai trường hợp căng căng ngồi Tiết diện tính tốn hình chữ nhật: b=100cm, h=20 Chọn a = cm, h0 = h - a = 18 cm Trường hợp căng ngoài: M = 2,75 ( kNm) A= k n nc M mb Rn b.h02 → Fa = Kiểm tra : → µ= = 1,15.1.2, 75.10 1.70.100.182 mbR nbh0α maR a Fa b.h0 = 0,76 100.18 = = 0,014 < A0 = 0,42 → α = 0,014 1.70.100.18.0, 014 1,1.2100 = 0,76 (cm2) 100% = 0.042% < µmin =0.1% Fa = µmin b.h0 =0.001.100.18=1.8 (cm2 ) Chọn bố trí cốt thép chịu lực lớp theo cấu tạo 5φ8/1m (Fa = 2,51 cm2) Trường hợp căng trong: M = 19,164 kNm Trường hợp tính cốt thép cần kể đến lượng cơt thép bên ngồi với ( F a = 2,51cm2) Đồ án: Kết Cấu Bê tơng cốt thép GVHD: Vũ Hồng Hưng A= Nhóm: DA04 kn nc M − ma Ra, Fa, ( h0 − a ,) mb Rnbh02 1,15.1.19,164.10 − 1,1.2100.2, 51(18 − 2) 1.70.100.182 → = = 0,056 = 0,057< α0= 0,7 α Ta có: Fa = 2a , h0 = 18 = 0,22 > α k n nc M ma Ra ( h0 − a , ) = 1,15.1.19,164.104 1,1.2100.16 = 5,96 ( cm2) Kiểm tra : Fa > µminb.h0 = 0,001.100.18 = 1,8 (cm2) Chọn bố trí cốt thép chịu lực lớp 4φ14/1m (Fa = 6,16 cm2) theo phương vng góc với dòng chảy b.tính tốn bố trí thép ngang Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q cho trường hợp căng trong: k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.6,3.100.18 = 8164,8 (daN) kn.nc.Q = 1,15.1.2571,5 = 2957 ( daN) kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 Khơng cần đặt cốt ngang • Bố trí cốt thép: Lớp trong: 4φ14/1m Lớp ngồi: 5φ8/1m Dọc theo phương dòng chảy bố trí lớp thép cấu tạo 5φ8/1m Hình 10: Bố trí thép vách máng 10 Đồ án: Kết Cấu Bê tơng cốt thép 10 GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Kiểm tra nứt Kiểm tra mặt cắt : mặt cắt sát vách nhịp Điều kiện cấu kiện không bị nứt : γ = mb γ nc M ≤ M n = γ R Wqd c c k ;Wqd = J qd h − xn ( mb = γ =1,75) 5.1.đối với mặt cắt sát vách Mc = 0,8 +14,86 +0,64 +2,074 =18,374 (kNm) Tiết diện hình chữ nhật: b =100 cm h = 20 cm , Fa = 6,16 cm2 , Fa’ = 2,51 cm2 100.202 b.h , , + 10.6,16.17 + 10.2,51.3 + n.Fa h0 + n.Fa a 2 xn = b.h + n( Fa + Fa, ) 100.20 + 10.(6,16 + 2,51) = =10,12 (cm) 3 b.x b(h − xn ) jqd = n + + n.Fa ( h0 − xn ) + n.Fa, ( xn − a , ) 3 = 100.10,123 100.(20 − 10,12) + + 10.6,16(17 − 10,12) + 10.2,51(10,12 − 3) 3 =34548+32148+2916+1272=70884( J qd cm4 ) 70884 20 − 10,12 h − xn Wqđ = = =7174,49 cm3 Mn = γ1.Rkc.Wqđ= 1,75.9,5.7174,49=119276 (daNcm) nc.Mc = 183740 (daNcm) > Mn → mặt cắt có xuất vết nứt Tính tốn bề rộng khe nứt an= an1 + an2 Trong an1, an2 – Bề rộng khe nứt tải trọng tác đụng dài hạn ngắn hạn gây M c dh c l c n =M + M = 0,8 + 14,86 =15,66 (kNm) c ngh c ng c gh M = M + M = 0,64 + 2,074 = 2,714 (kNm) Tính bề rộng khe nứt theo cơng thức kinh nghiệm : σ a1 − σ 7.(4 − 100 µ ) d η Ea an1= k.c1 an2 = k.c2 σ a2 −σ 7.(4 − 100 µ ) d Ea η 21 Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép 21 GVHD: Vũ Hoàng Hưng σ a1 = σ a2 ( Z1= M dhc 15, 66.104 Fa Z1 6,16.15,3 = c M ngh Fa Z1 Nhóm: DA04 = 1661,6 daN/cm2 2, 714.104 6,16.15,3 = 287,96 daN/cm2 η cm ; tra bảng -1 ) 1661, − 200 7.(4 − 100.0, 0034) 14 2,1.106 = = η h0 = 0,85.18 = 15,3 an1 = 1.1,3.1 =0,087 mm 287, 96 − 200 7.(4 − 100.0, 0034) 14 2,1.106 an2 = 1.1.1 =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 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 100.202 b.h , , + 10.2,51.17 + 10.6,16.3 + n.Fa h0 + n.Fa a 2 xn = b.h + n( Fa + Fa, ) 100.20 + 10.(2,51 + 6,16) = =9,88 (cm) 3 b.x b(h − xn ) jqd = n + + n.Fa (h0 − xn ) + n.Fa, ( xn − a , ) 3 = 100.9,883 100.(20 − 9,88)3 + + 10.2,51(17 − 9,88) + 10.6,16(9,88 − 3) 3 =32148+34548+1272+2916=70884( J qd h − xn cm4 ) 70884 20 − 9,88 Wqđ = = =7004,35 cm3 Mn = γ1.Rkc.Wqđ= 1,75.9,5.7004,35=116447 (daNcm) nc.Mc = 39680 (daNcm) < Mn → mặt cắt không xuất vết nứt IV Dầm đỡ Sơ đồ tính tốn: Đáy máng bố trí dầm ( dầm bên,1 dầm giữa) hai dầm bên phai chịu tải trọng từ vách máng phần lề người truyền xuống chịu tải trọng nước tải trọng thân 22 Đồ án: Kết Cấu Bê tơng cốt thép 22 GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 dầm Do vậy, ta tính tốn bố trí cốt thép cho dầm giữa, bố trí thép tương tự cho dầm bên Tách dầm mặt cắt dọc máng.Tiết diện chữ T sơ đồ tính dầm liên tục nhịp có gối tựa trụ đỡ Chiều dài nhịp :lnhip=L/6 =26/6=4.33 (m) Chọn kích thước dầm: -Chiều cao dầm hd=80(cm) -Bề rộng sườn b=30(cm) -Bề rộng cánh dầm : B = 3,3 =1,65 (m)=165 (cm) Hình 13:sơ đồ tính tốn dầm đỡ Tải trọng tác dụng: Do điều kiện làm việc dầm đỡ giữa,tổ hợp tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm tải trọng sau: tải trọng thân: qdc =γb.Fđ.1=25 c d 1,65.0, + ( 0,8 − 0, ) 0,3 =12,75 (KN/m) q qd =nđ =1,05.12,75=13,39 ( KN/m) áp lực nước(tương ứng với cột nước Hmax) c n q =kđ γn.(B/2)Hmax=1,3.10.1,65.1,9=40,755 (KN/m) qn=nn qnc =1.40,755=40,755 (KN/m) 23 Đồ án: Kết Cấu Bê tông cốt thép 23 GVHD: Vũ Hồng Hưng Nhóm: DA04 Tải trọng tính tốn tổng cộng: c tc qdc c n q = + q = 12,75 +40,755= 53,505 (kN/m) qtc = qđ + qn = 13,39 + 40,755 = 54,145 (kN/m) Bảng 13: Bảng thống kê lực dầm đỡ STT Tên lực Tải trọng thân Tải trọng nước Giá trị tiêu chuẩn (kN/m) 12,75 40,755 Hệ số vượt tải 1,05 Giá trị tính tốn (kN/m) 13,39 40,755 3.Xác định nội lực: Tra phụ lục 18 (giáo trình bê tơng cơt thép ) vẽ biểu đồ nội lực M,Q dầm đỡ giữ sau: Hình 14: Biểu đồ nội lực dầm đỡ Tính tốn cốt thép a Tính tốn cốt thép dọc chịu lực: Tính tốn cốt thép dọc chịu lực cho mặt cắt có momen uốn căng căng lớn Trường hợp căng lớn mặt cắt gối thứ 2: ( mặt cắt có x/l = 1) Mmax=106,43 (kN.m) Do mặt cắt gối, mô men uốn căng nên tiết diện T cánh kéo tính tốn tiết diện chữ nhật bxh = 30x80 cm Chọn a=a,=4cm h0= h – a = 76cm kn nc M 1,15.1.106, 43.10 mb Rnbh02 1.70.30.76 A= = =0,101→α= – 0,107 α