Đồ án kết cấu bê tông cốt thép
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI -TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG-PHÂN HIỆU CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI THÁI NGUYÊN…………….000…………… ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP :LÊ XUÂN QUANG BỘ MÔN: CẦU SINH VIÊN: LÊ VĂN TRUNG GIẢNG VIÊN Lớp: 59CĐB2 THÁI NGUYÊN NGÀY THÁNG NĂM 2010 ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT Giáo viên hướng dẫn :LÊ XUÂN QUANG Sinh viên thực : LÊ VĂN TRUNG Lớp: 59CĐB2 ĐỀ BÀI: Thiết kế dầm cho cầu đường ôtô nhịp giản đơn, BTCT, thi công phương pháp đúc riêng dầm công trường tải trọng cho trước I-SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhịp Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Bề rộng chế tạo cánh Tĩnh tải mặt cầu dải đều(DW) Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng Hệ số cấp đường Độ võng cho phép hoạt tải Khối lượng riêng bê tông Vật liệu(cốt thép theo ASTM) : l= 17 (m) : HL – 93 : 210(m) : bf= 170(cm) : (kN/m) : mgM=0,8 : mgQ= 0.7 : mg= 0.7 : k=0.5 : 1/800 γc=24(kN/m3) :Cốt thép chịu lực ƒy=420 MPa : Cốt đai ƒy=280MPa : Bêtơng ƒc’=30MPa Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 II-U CẦU VỀ NỘI DUNG: A-TÍNH TỐN: Chọn mặt cắt ngang dầm Tính mơmen, lực cắt lớn tải trọng gây 3.Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt tải trọng gây Tính bố trí cốt thép dọc chủ mặt cắt nhịp Tính bố trí cốt thép đai Tính tốn kiểm tốn nứt Tính độ võng hoạt tải gây Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu Thuyết minh đánh máy giấy A4 B-BẢN VẼ: Thể khổ giấy A1 Vẽ mặt cắt dầm, vẽ mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép Vẽ biểu đố bao vật liệu Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu ghi chúa ần thiết khác Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT BÀI LÀM I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1 Chiều cao dầm h: -Chiều cao dầm h chọn theo điều kiện cường độ điều kiện độ võng, thông thường với dầm BTCT chiều cao thỏa mãn điều kiện cường độ đạt yêu cầu độ võng - Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp,chọn theo công thức kinh nghiệm: h= h=0,(m) ÷ 1,7(m) -Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình: hmin =0,07 × l= 0,07 × 17= 1.19 (m) -Trên sở ta chọn chiều cao dầm h =120 (cm) Mặt cắt ngang dầm 1.2 Bề rộng sườn dầm:bw Tại mặt cắt gối dầm, chiều rộng sườn dầm định theo tính tốn ứng suất kéo chủ, nhiên ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bêtông với chất lượng tốt Theo yêu cầu ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 20(cm) Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT 1.3 Chiều dày cánh: hf -Chiều dày cánh phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf= 16(cm) 1.4.Chiều rộng cánh b: -Theo điều kiện đề cho: b=170(cm) 1.5.Chọn kích thước bầu dầm:b1,h1 b1=33 (cm) h1=19 (cm) 1.6.Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: - Diện tích mặt cắt dầm: A=1,7x0,17+0,1x0,1+0,065x0,065+(1,2-0,175-0,19)x0,2+0,19x0,33 =>A = 0,5499(cm2) - Trọng lượng thân dầm mét dài là: Wdc=A x γ=0,5499 x 24=12,72 (kN/m) -Trong đó: γ=24(kN/m3): trọng lượng riêng bê tông *Xác định bề rộng cánh dầm tính tốn: Bề rộng cánh dầm tính tốn dầm bên không lấy trị số nhỏ ba trị số sau: - L= 17 =4,25(m), với L chiều dài nhịp -Khoảng cách tim dầm: 210(cm) -12 lần bề dày cánh cộng bề rộng sườn dầm: 12hf + bw=12x17+20=224(cm) -Và bề rộng canh tính tốn khơng lớn bề rộng cánh chế tạo: bf= 170(cm) Vì bề rộng cánh hữu hiệu b=170(cm) *Quy đổi tiết diện tính tốn: -diện tích tam giác chỗ vát cánh : S1= =50cm2 -Chiều dày cánh quy đổi: hfqd=hf+ =18.667cm=186.67(mm) -diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm: S2= 6,5.6,5=21,125(cm2) -Chiều cao bầu dầm mới: × 21,125 Hfqd=h1+ = 19 + (33 − 20) =22.25 (cm)=195.8 (mm) Mặt cắt ngang tính tốn Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT yt PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI II-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: 1.vẽ đường ảnh hưởng mômen tiết diện -Chiều dài nhịp:l=17m -Chia dầm thành 10 đoạn tương ứng với mặt cắt từ đến 10, đoạn dài 1,7 m -Đường ảnh hưởng mômen tiết diện Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT Ðah M1 Ðah M2 Ðah M3 Ðah M4 Ðah M5 -Các công thức tinh giá trị mômen,lực cắt thứ i theo trang thái giới hạn cường độ Mi=η{(1,25Wdc+1,5Wdw)+mgM[1,75.LLl+1,75.k.LLM.(1+IM)]}WM Qi=η{(1,25.wdc+1,5.wdw)WQ+mgQ[1,75.LLl+1,75.k.LLQ.(1+IM)]wlQ} -Các cơng thức tính tốn trị số mômen lực cắt thứ i theo trạng thái giới hạn sử dụng Mi=1,0{(wdc+wdw)+mgM[LLl+k.LLM(1+IM)]}wM Qi=1,0{(wdc+wdw)wQ+mgQ[LLl+k.LLM(1+IM)]w1Q} Trong đó: K: hệ số hoạt tai HL-93, lấy k=0,5 wdw ,wdc:Tĩnh tải rải trọng lượng thân dầm(KNm) wM :Diện tích đường ảnh hưởng mơmen măt cắt thứ i wQ :Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt wlQ :Diện tích phần lớn đường ảnh huởng lực cắt LLM:Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng mômen mặt cắt thứ i LLQ :Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt thứ i mgM,mgQ :Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen, lực cắt LLL=9.3(KN/m):tải trọng dải (1+IM):Hệ số xung kích, lấy 1,25 η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định công thức: η =ηd.ηR.ηI>0,95 Với đường quốc lộ trạng thái giới hạn cường độ I: ηd=0,95; ηR=1,05; ηI=0,95 Với trạng thái giới hạn sử dụng η=1 Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MƠN HỌC:KCBTCT Bảng giá trị mơmen Mặt cắt xi (m) α 1.7 3.4 5.1 6.8 8.5 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ωMi(m2) LLMitruck LLMitan Micd (KN/m) (KN/m) (KN/m) 13.01 23.12 30.35 34.68 36.13 30.768 29.905 29.305 28.425 27.545 24.93 24.81 24.62 24.37 24.125 783.5 1375.85 1790.97 2021.11 2079.19 Misd (KN/m) 316.15 536.97 689.78 769.85 785.70 -Ta vẽ biêu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: Biểu đồ bao mômem M (KNm) Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tiết diện Mặt xi cắt (m) 0.00 1.7 3.4 5.1 6.8 8.5 li (m) 17.0 15.3 13.6 11.9 10.2 8.5 Bảng giá trị lực cắt ωQ1(m ) ωQ(m2) LLMitruck LLMitan (KN/m) (KN/m) 8.5 8.5 31.9 25.05 6.89 5.44 4.17 3.06 2.13 6.81 5.1 3.4 1.7 0.00 34.6 37.82 41.58 45.97 51.21 27.17 30.96 35.13 40.65 48.26 Qcdi (KN) Qisd (KN) 510.35 422.97 329.32 288.37 204.11 123.18 362.02 302.21 241.27 182.99 125.74 70.39 -Ta vẽ biêu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cường độ: Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT Biểu đồ lực cắt Q (KN) III.TÍNH TỐN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM -Tính mơmen tính tốn ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính mặt cắt nhịp: M= η {(1,25wdc+1,5wdc)+mgM[1,75.LL1+1,75.k.LLM(1+IM)]}wM Trong đó: LLL :Tải trọng rải đều(9.3KN/m) tan dem LLM =24,125: Hoạt tải tương đương xe hai trục thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắt t nhịp (KN/m) LLMtruck=27,545:Hoạt tải tương đương xe tải thiết kế ứng với đ.ả.h M mặt cắtt nhịp (KN/m) mgM=0.8 :Hệ số phân bố ngang tính cho mơmen(đã tính cho hệ số xe ) Wdc=13,2 :Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài (KN/m) Wdw=6 : Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích cơng cộng đơn vị chiều dài(tính cho dầm)(KN/m) (1+IM) :Hệ số xung kích ωM=36,13 : Diện tích đường ảnh hưởng mômem mặt cắt dầm (m2) K=0.5 :Hệ số HL-93 - Thay số vào ta có: M=0.95{(1,25x13,2+1,5x6)+0,8[1,75x9,3+1,75x0,5x27,55(1+0.25)]}x36,13 => M = 2079,19(KN/m) -Giả sử chiều cao hữu hiệu dầm: d=(0,8 ÷ 0,9)h chọn d=0,9h=0,9x120=108(cm) -Giả sử trục trung hồ qua sườn dầm ta có: Trang SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT Mn=0,85.a.bw fc’(d- )+0.85.β1(b-bW)hf fc’(d- ) Mu= φMn Trong đó: Mn:là Mơmen kháng danh định Mu=2079,19(KN.m) φ: hệ số kháng( với dầm chịu kéo uốn lấy: φ =0,9) As :diện tích cốt thép chịu kéo ƒy=420MPa:Giới hạn chảy cốt thép dọc chủ ƒc’=28MPa:Cường độ chịu kéo bê tông tuổi 28 ngày β1: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định: =0.85 28 MPa ≥ƒc’ =0.85-0.05x(ƒ’c-28)/7khi 56MPa ≥ƒ≥28MPa =0.65khi ƒ’c≥56MPa Vì ƒ’c=30MPa nên ta có β1=0,836 hf=0,18667m: Chiều dày cánh sau quy đổi a=β1.c :Chiều cao khối ứng suất tương đương -Ta có :a=d × Với Mf=0.85 × β1(b-bw) × hf × ƒc’ (d- ) Thay số liệu vào ta có Mf=0,85 × 0,836 × (1,7-0,20) × 0,18667 × 30 × 103 × (1,08 – 0,18667 ) =>Mf =5889,55(KN/m) Ta có: = 2079,19 =2310,2(KNm)Mr= 166688604,8(Nmm)=1667 (KNm) =>Như Mr= 1667 (KNm) > Mu=1664,707 (KN.m) → Dầm đủ khả chịu mômen *Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: 5,249 = = 0,836 × 107,64 = 0,058VẬy cốt thép tối đa thoả mãn *Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: 54,18 ρ= = 4810,3 =1,13% Trang 10 SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI Tỷ lệ hàm lượng cốt thép ρ=1,13%>0.03 =0.03 × → Thoả mãn ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT 30 =0,214% 420 IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU *Tính tốn mơmen kháng tính tốn dầm bị cắt cốt thép Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn tính với mặt cắt có mơmen lớn cắt bớt cho phù hợp với hình bao mơmen Tại mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hồ, chiều cao khối ứng suất tương đương mơmen kháng tính tốn Do ta có bảng sau: Số lần ST As(mm2) ds(cm) a(cm) Vị trí TTH Mr(kNm) cắt lại Còn lại 14 5418 12,36 5.25 Qua cánh 1667 12 4644 10.5 4.5 Qua cánh 1527.44 10 3870 9.2 3.75 Qua cánh 1346.74 30.96 8.875 3.0 Qua cánh 1125.09 2322 8.33 2.25 Qua cánh 881.5 -Trong TTH qua cách nên: Mr=φMu=φ a= *Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen: -Do điều kiện lượng cốt thép tối thiểu: Mr ≥ min{1,2mcr;1,33Mu} Nên Mu ≤ 0.9Mcr điều kiện lượng cốt thép tối thiểu Mr ≥ 1.33Mu Điều nàycó nghĩa khả chịu lực dầm phải bao đường Mu Mu ≤ 0.9Mcr -Xác định mômen nứt: Mcr=fr + Diện tích mặt cắt ngang: Ag Ag=18,667x170+(120-18,667-22,25)20+22,25x33=4810.3(cm2) -Vị trí trục trung hồ:yt= yt = 18.667 × 170 × 110,6665 + (120 − 18.667 − 22.25) × 20 × 50.665 + 22.25 × 33 × 11 125 4810,3 =>yt=91.37(cm) -Mơmen qn tính tiết diện ngun: Ig Ig= +170x18,67 × (110,6665-91.37)2 +20x79,083x(22,25+ 79.083 -91.37)2 + 20 × 79.0833 33 × 22.25 + +33x22,25x(91.37-11.125)2 12 12 =>Ig=8240194,023(cm4) -Cường độ chịu kéo uốn bêtơng: fr fr=0.63 =0.63 × 30 =3,451(MPA) =>Vậy momen nứt là: Mcr=ƒr =311,14 (kNm) SV: LÊ VĂN TRUNG Trang 11 GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MƠN HỌC:KCBTCT -Tìm vị trí mà Mu=1.2Mcr Mu=0.9Mcr Để tìm vị trí ta xác định khoảng cách x1,x2 nội suy tung độ biểu đồ momen ban đầu Mu=1.2Mcr= 1.2x311,14=379,824(kNm) ⇒ x2=977.33 (mm) Mu=0.9Mcr=0.9×311.14=280.026(kNm) ⇒ x1=720.54 (mm) -Tại đoạn Mr≥1,2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu -Trên đoạn 0,9Mcr≤Mr≤1,2Mcr vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2Mcr -Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường Mu’= Mu BIỂU ĐỒ BAO MÔMEN SAU KHI Đà HIỆU CHỈNH *Xác định điẻm cắt lý thuyết: Điểm cắt lý thuyết điểm mà theo yêu cầu uốn không cần cốt thép dài Để xác định điểm cắt lý thuyết ta cần vẽ biểu đồ mơmen tính tốn Mu xác đinh điểm giao biểu đồ ΦMu *Xác định điẻm cắt thực tế: -Từ điểm cắt lý thuyết kéo dài phía momen nhỏ đoạn l1 Chiều dài lấy giá trị lớn giá trị sau: +Chiều cao hữu hiệu tiết diện:d=h-ds=1200-123,6=1076,4(mm) +15 lần đừơng kính danh định=15x22=330(mm) +1/20lần chiều dài nhịp= x17000=850(mm) ⇒ Chọn l1=1100mm -Chiều dài phát triển lực ld:Chiều dài không nhỏ tích số chiều dài triển khai cốt thép ldb với hệ số điều chỉnh, đồng thời khơng nhỏ 300(mm).Trong đó, ldb lấy giá trị lon nhat hai giá trị sau: ldb = = 0,02 × 387 × 420 30 =593.51(mm) ldb=0.06xdbxfy=0.06x22x420=559.44(mm) Trong đó:Ab diện tích 22 db đường kính 22 =>Chọn ldb=560(mm) -Hệ số điều chỉnh làm tăng ld: 1,4 -Hệ số điều chỉnh làm giảm ld= 46.88 = 54.18 =0,865 Với Act =46.88(cm2) diện tích cần thiết tính tốn Att =54.18(cm2) thực tế bố trí =>Vậy ld=559.44x1,4x0,865= 718.74(mm) ⇒ Chọn ld=720(mm) Trên sớ ta vẽ biểu đồ bao vật liệu sau: Trang 12 SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU 0,9Mcr Mu(kNm) 1,2Mcr Mu'=4/3Mu Mu V.TÍNH TỐN CHỐNG CẮT : Biểu thức kiểm toán: ϕ Vn>Vu Vn:Sức kháng cắt danh định, lấy giá trị nhỏ của:Vn=Vc+Vs Hoặc Vn=0.25x f c ' xbvxdv(N) Vc=0.083xβx f c ' × bv × d v ( N ) Vs= Av f v d v (cot gθ + cot gα ) sin α S Trong đó: Chiều cao hữu hiệu d v , xác định khoảng cách cánh tay đòn nội ngẫu lực Trường hợp tính theo tiết diện hình chữ nhật cốt thép đơn d v = d − a Đồng thời dv=max{0.9de;0.72h} a Vậy: dv=max{0.9de;0.72h; d − } 0,9d e =0,9x1076,4=968,76 mm 0,72h=0,72x1200=864 mm d− a 52,49 = 1076,4 − = 1050,155mm 2 +bv: Bề rộng bụng hữu hiệu, lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv,vậy bv=bw=20cm Trang 13 SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN QUANG PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT +dv: Chiều cao hữu hiệu Từ ta thấy : d v =1050,155 mm +s(mm): Cự ly cốt thép đai +β: Hệ số khả bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo +θ: Góc nghiêng ứng suất nán chéo + β, θ:đựoc xác định cách tra đồ thị tra bảng +α: Góc nghiêng cốt thép ngang với trục dọc , α =900 +φ: Hệ số sức kháng cắt, với bêtông thường, φ=0.9 +Av: Diện tích cốt thép bị cắt cự ly s (mm) +Vs: Khả chịu lực cắt cốt thép(N) +Vc: Khả chịu lực cắt bêtông(N) +Vu: Lực cắt tính tốn Bước 1:Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv a dv=max{0.9de;0.72h;d- } Ta có bảng sau: Vị trí tính 12 10 thanh de(mm) a(mm) 0.9 de de-a/2 0.72h dv(mm) 885.00 900.00 903.75 910.00 39.53 32.94 26.35 19.76 796.50 810 813.37 819 865.24 883.53 890.58 900.12 720 720 720 720 865.24 883.53 890.58 900.12 Bước 2:Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả chịu lực bêtông vùng nén Xét mặt cắt cánh gối đoạn dv, x ác định nội lực đường bao phương pháp nội suy Điều kiện kiểm tra lực cắt Vu mặt cắt