ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CN GIAO THƠNG CƠ SỞ THÁI NGUN …………….000…………… Đồ Án Mơn Học KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Lê Xuân Quang SINH VIÊN: Phạm Văn Thiện LỚP: 65DCCD31 Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31 ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP  Giáo viên hướng dẫn :Lê Xuân Quang  Sinh viên thực : Phạm Văn Thiện  Lớp: 65DCCD31 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 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 Vật liệu(cốt thép theo ASTM) :l= 23(m) :HL – 93 : bf= 170(cm) :6(kN/m) :mgM=0,8 :mgQ= 0,7 : mg= 0,7 :k=065 : 1/800 :Cốt thép chịu lực ƒy=420 MPa : Cốt đai ƒy=420MPa : Bêtông ƒc’=28MPa Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 II-YÊU 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 bố trí cốt thép xiên Tính tốn kiểm tốn nứt Tính độ võng hoạt tải gây Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu 10 Thuyết minh đánh máy giấy A4 B-BẢN VẼ: 10 Thể khổ giấy A1 11 Vẽ mặt cắt dầm, vẽ mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt thép Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31 12 Vẽ biểu đố bao vật liệu 13 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu ghi chúa ần thiết khác BÀI LÀM I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: 1.1Chiều cao dầm h Chiều cao dầm h chọn theo điều kiện cường độ điều kiện độ võng,thông thường 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 =( 1 ÷ )l 20 h =(0,75÷1,875)m Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình: hmin =0,07x23=1,61(m) Trên sở sơ chọn chiều cao dầm h=170cm Mặt cắt ngang dầm Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31 100 1100 100 180 1500 190 65 65 200 330 1.2 Bề rộng sườn dầm bw Tại mặt cắt gối dầm,chiều rộng sườn dầm định theo tính tốn ứng suất kéo chủ Chiều rộng b w chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ BT với chất lượng tốt Theo yêu cầu đó,ta chon chiều rộng sườn bw=20cm 1.3Chiều dày cánh hf Chiều dày cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf=18cm 1.5Chọn kích thước bầu dâm bl,hl: hl=19cm bl=33cm 1.6Tính sơ trọng lượng thân dầm 1(m) dài: Diện tích mặt cắt dầm A=2,3×0,18+0,1×0,1+0,065×0,065+(1,7-0,18-0,19)×0,2+0,19×0,33=0,7569(m2) Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31 Wdc=γ=0,7569×24=18,1662(KN/m) Trong γ=24KN/m3: trọng lượng riêng bê tông Xác định bề rộng cánh tính tốn Bể rộng cánh tính tốn dầm bên không lấy trị số nhỏ ba trị số sau: - L=5,75m với L chiều dài nhịp hữu hiệu - 12 lần bề dày cánh bể rộng sườn dầm: 12hf+bw=12×18+20=236cm - Và bề rộng cánh tính tốn khơng lớn bề rộng chế tạo cánh bf=150cm Vậy bề rộng cánh hữu hiệu b=150cm Quy đổi tiết diện tính tốn: - Diện tích tam giác chỗ vát cánh: S1=1/2x(10x10)=50cm2 - Chiều dày cánh quy đổi: S1 �50 2S 2 �21,125 h 1qd =hf+ b  b =18+ =18,769cm=187,69mm 150  20 w - Diện tích tam giác chỗ vát bầu dầm: S2 =(6,5×6,5)/2=21,125cm2 - Chiều cao bầu dầm mới: h 1qd =h1+ b  b =19+ =22,25cm=222,5mm 33  20 w Mặt cắt ngang tính tốn Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31 187,69 1500 1100 TTH 222,5 yt 200 330 II.TÍNH TỐN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM Tính moomen tính tốn ứng với trạng thái giới hạn cường độ,tính mặt cắt nhịp; M=η×{(1,25×wdc+1,5×wdw)+mgM ×[1,75×LL1+1,75×k×LLM×(1+IM)]}×wM Trong đó: LLL :Tải trọng rải (9,3kn/m) tan dem LL M =26,99 :Hoạt tải tương đương xe trục thiết kế ứng với đ.a.h M mặt cắt nhịp(KN/m) mgM=0,8 LL truck =29,57 :Hoạt tải tương đương xe tải thiết kế ứng với đ.a.h M M mặt cắt nhịp(KN/m) Wdc=18,1662 :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)=1,25 Hệ số xung kích ωM=28,125 :Diện tích đ.a.h M(m2) K=0,65 :Hệ số HL-93 Thay số: Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 65DCCD31 M=0,95×{(1,25×18,1662+1,5×6)+0,8×[1,75×9,3+1,75×0,65×29,57×(1+0,25)]}x66,12 = 3115KNm Giả sử chiều cao hu hiu ca dm: d=(0,8ữ0,9)h chn d=0,9ìh=0,9x170=153cm Gi s trc trung hòa qua sườn dầm: a  Mn Mn=0,85×a×bw×f 'c (d- )+0,85×βl(b-bw)×hf×f 'c (dMu= hf ) Trong đó: Mn:Mơ men kháng danh định Mu=3115(KNm)  :Hệ số kháng(với dầm chịu kéo uốn lấy:  =0,9 As:Diện tích cốt thép chịu kéo Fy=420Mpa:Giới hạn chảy cốt thép dọc chủ f 'c =28Mpa:Cường độ chịu nén BT tuổi 28 ngày  =0,85: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định: =0.85 28 MPa>fc’ =0.85-0.05x(f’c-28)/7khi 56MPa >f>28MPa =0.65khi f’c>56MPa Vậy theo điều kiện đầu f 'c =28MPa nên ta có βl=0,85 hf=0,18769m:chiều dày cánh sau quy đổi a=βlc:Chiều cao khối ứng suất chữ nhật tương đương  Mu   Mf   Ta có a=d 1   0,85  f c' bw d    hf ' Với Mf=0,85×βl(b-bw)×hf×f c (d-        ) Thay số liệu vào ta có: Mf=0,85 �0,85 �(2,3-0,2) �0,18769×28 �(1,53Mu  = 0,18769 ) �1000 =11451 (KN/m) (KN/m) a=1,53x � � 0,9 �0,85 �35 �103 �1,5 �0,99 � � Thay số vào ta a=0,03076m=3,076cm0,03× f =0,03× =0,25%(thỏa mãn) 420 y III-XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: 1.71/Tính tốn momen lực cắt vị trí Vẽ đ.a.h moomen lực cắt + chiều dài nhịp:l=15m + chia dầm thành 10 đoạn ứng với mặt cắt từ đến 10,mỗi đoạn dài 1,5m Đường ảnh hưởng mômen tiết diện: Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 10 65DCCD31 389.9 318.9 257.1 196.8 137.8 81.9 81.9 137.8 196.8 257.1 318.9 389.9 Biểu đồ bao Q(kN) IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU :  Tính tốn mơmen kháng tính tốn dầm bị cắt uốn 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 mômen kháng tính tốn Kết tính tốn thể bảng sau: Số Số Diện tích As d Vị trí trục lần a(cm) Mr(KNm) trung hòa (cm) cắt lại lại(mm ) 12 4644 10,5 4,37 Qua cánh 1386,20 10 3870 9,6 2,96 Qua cánh 1159,32 3096 9,25 2,36 Qua cánh 927,172 2322 8,67 1,77 Qua cánh 697,476 Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 15 65DCCD31 � � � a� 0.85abf c ' � de  � Trong TTH qua cách nên Mr = φMu = φ � � � A= � 2� � As f y 0.85bf c ' *Hiệu chỉnh biểu đồ bao mômen: Do điều kiện lượng cốt thép tối thiểu: Mr �min{1.52mcr;1.33Mu } Nên Mu �0.9Mcr điều kiện lượng cốt thép tối thiểu M r � 1.33Mu Điều nàycó nghĩa khả chịu lực dầm phải bao đường 4/3M u Mu � 0.9Mcr +Xác định mơmen nứt: Mcr = fr Ig yt Diện tích mặt cắt ngang:Ag Ag = 18,769 �150+(110-18,769-22,25) �20+22,25 �33 =4929,22(cm2) Vị trí trục trung hồ:yt = �yt Ft �Ft 18, 769 � 22, 25 � � �68,981 �� 150 �18, 769 �� 110   22, 25 � � 33 �22, 25 � � 20 �68,981�� � � � � � ��  yt 4929, 22 y t  75,00(cm) Mơmen qn tính tiết diện ngun : Ig Ig  be �h qd f 12  bw � h  h  h qd f  qd � h qd � bw �h  h qd f  h1 f  be �h �� h  yt � � � 12 � � qd f qd   2 qd �h  h qd � b �h qd � h qd � f  h1 ��  h1qd  yt � 1  b1 �h1qd �yt  � � � 12 � � � � 150 �18, 7693 18, 769 � �   150 �18, 769 �� 110   75, 00 � Ig 12 � � 20 � 110  18, 769  22, 25    20 � 110  18, 769  22, 25  12 3 110  18, 769  22, 25 � � 33 �22, 25 ��  22, 25  75, 00 �  33 �22, 25 12 � � 22, 25 � � �� 75, 00  � � � I g  5963035, 05(cm ) Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 16 65DCCD31 Cường độ chịu kéo uốn bêtông: fr fr = 0,63 f c ' =0,63 � 35 =3,73(MPA) Vậy mômen nứt là: Ig 5963035, 05 �108 Mcr = fr =3,73×10 × =296,56(kNm) yt 75, 00 �10 2 - 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 mômen ban đầu Mu = 1,2Mcr= 1,2x296,56=355,872(kNm) � x2=1167,6 (mm) Mu = 0,9Mcr=0,9×296,56=266,904(kNm) � x1= 875,7(mm) - Tại đoạn Mr≥1.2Mcr ta giữ nguyên biểu đồ Mu - Trên đoạn 0.9Mcr≤Mr≤1.2Mcr vẽ đường nằm ngang với giá trị 1.2Mcr - Tại đoạn Mu≤0.9 Mcr vẽ đ ường M u '  M u 0,9Mcr 1,2Mcr 875,7 u 1167.6 M u' =3 u M Biểu đ bao mômen sau đ · hiÖu chØ nh Xác định điểm cắt lý thuyết: Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 17 65DCCD31 Điểm cắt lý thuyết mà theo u cầu uốn khơng cần cốt thép dài Để xác định điểm cắt lý thuyết ta cần vẽ biểu mơmen tính toán M u xác định điểm giao biểu đồ ΦMn Xác định điểm cắt thực tế Từ điểm cắt lý thuyết cần kéo dài phía mơmen đoạn l l.chiều dài ll lấy trị số lớn trị số sau: -chiều cao hữu hiệu tiết diện:d=h-ds=1100-105=995(mm) -15 lần đường kính danh định:15×20=300mm -1/20 lần nhịp:1/20×15000=750mm =>chọn ll=1000mm Đồng thời chiều dài không nhỏ chiều dài phát triển lực l d.Chiều dài ld gọi chiều dài khai triển hay chiều dài phát triển lực đoạn mà cốt thép dính bám với BT để đạt cường độ tính tốn Chiều dài khai triển ld kéo lấy sau: Chiều dài triển khai cốt thép kéo ld,phải khơng nhỏ tích số chiều dài triển khai cốt thép kéo ldb quy định đây,nhân với hệ số điều chỉnh hệ số quy định quy trình.Chiều dài triển khai cốt thép kéo khơng nhỏ 300mm Chiều dài triển khai cốt thép ldb(mm) sử dụng với cốt thép dọc sử dụng thép số 20 ldb= 0,02 Ab f y f ' c = 0, 02 �314 �420 =581,56(mm) 30 Đồng thời ldb≥0,06×db ×fy=0,06×20×420=504(mm) Trong Ab =314:diện tích số 20(mm2) fy=420MPa:cường độ chảy quy định cốt thép f 'c =30MPa:cường độ chịu nén quy định BT tuổi 28 ngày db =20mm:đường kính thanh(mm) Hệ số điều chỉnh làm tăng ld:1,4 Act 35, 61 Hệ số điều chỉnh làm giảm ld: A = 37, 68 =0,95 tt  ld=504×1,4×0,95=670,32(mm) Chọn ld=670(mm) Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 18 65DCCD31 Với: Act=35,61(cm2) Diện tích cần thiết theo tính tốn Att=37,68 (cm2) Diện tích thực tế bố trí Cốt thép chịu kéo kéo dài cách uốn cong qua thân dầm kết thúc vùng BT chịu nén với chiều dài triển khai l d tới mặt cắt thiết kế kéo dài liên tục lên mặt đối diện cốt thép Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 19 65DCCD31 250 Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 20 0,9Mcr 1,2Mcr 34 Mu C B 944,15 1661,02 B 8000 di?m c?t th?c t? 1225,60 di?m c?t lý thuy?t 1384,98 3759,41 A 1426,33 A Mu Mu(KN.m) Mr785,(K9N.6 m) 1039, 16 1290, 1523,9669 195 2x70 40 M'u= 536,85 1155,45 C 5x100=500 995,7 1327,6 D 1424,12 D 40 100 1200 65DCCD31 V:TÍNH TỐN KIỂM TỐN NỨT: Tại mặt cắt tuỳ vào giá trị nội lực bê tơng bị nứt hay khơng Vì để tính tốn kiểm sốt nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay khơng Để tính tốn xem mặt cắt có bị nứt hay khơng người ta coi phân bố ứng suất mặt cắt ngang tuyến tính tính ứng suất kéo f c bê tơng Mặt cắt ngang tính tốn 187,69 1500 1200 TTH 257,5 yt 200 350 Bước 1: Kiểm tra tiết diện dầm có bị nứt hay khơng Điều kiện kiểm tra: fc �0.8fr Trong đó: fc:ứng suất kéo bêtông fr=0.63 f c ' :cường độ chịu kéo uốn bêtơng Ta có: *Diện tích mặt cắt ngang:Ag =5226,22 (cm2) *Xác định vị trí trục trung hoà: yt = �yi Fi = 75,18 (cm) �Fi *Mơmen qn tính tiết diện ngun: Ig = 8089205,934 (cm4) *Tính ưng suất kéo bêtơng: Ma 995, 48 �103 y �75,18 �102  9, 25 (MPa) fc = I t = 8 8089205,934 �10 g Ma:Mômen lớn cấu kiện giai đoạn tính biến dạng(lấy theo trạng thái giới hạn sử dụng).Ma=995,48(kN.m) Cường độ chịu kéo uốn bê tông : Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 21 65DCCD31 fr=0.63 f c ' =0.63× 30 =3,45 (Mpa) Ta thấy fc=9,25>0.8fr=2,98Mpa =>Vậy mặt cắt bị nứt Bước 2: Kiểm tra bề rộng vết nứt Điều kiện kiểm tra: fsđạt 6,3.Sức kháng cắt danh định của cốt thép xiên: Vsb  Asb f yb d v (cot g  cot g b ).Sin b Sb Ta có: + Diện tích cốt thép xiên cự ly S b : Asb  2. d 2.3,14.20  628mm 4 + Cường độ chảy cốt thép xiên cấp 420: Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 26 65DCCD31 f yb  420MPa + Chiều cao chịu cắt hữu hiệu: d v max(0,9.d e ,0,72h) 0,9d e  0,9 �1090  981mm 0, 72h  0, 72 �1200  864mm vậy: d v  981mm + Khoảng cách cốt xiên: Sb  800mm Vậy sức kháng cắt danh định cốt thép xiên là: Vsb  628 �420 �981(cot g 38, 637  cot g 450 ) �Sin 450 800 Vsb 371797 N VII TÍNH ĐỘ VÕNG: Xác định vị trí bất lợi xe tải thiết kế 145KN 145KN 4,3m x 35KN 4,3m L/2 L/2 L § ah y1/2 L 48EI Xét trường hợp ba trục nằm nhịp Vị trí bất lợi xe xác định theo công thức : x 36L-184,9 1056,25L2 -10724,2L+26810,5  7 x 36 �16-184,9 1056,25 �16 -10724,2 �16+26810,5   4,86m 7 Kiểm tra trục xe nằm nhịp: x  4,86m  L /  8m L  x  8,  2,54  Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 27 65DCCD31 Điều kiện thỏa mãn Độ võng xe tải thiết kế gây y  P1 3L2 x  4x 48EI     P  3L  L  x  4,3   L  x  4,3 48EI P2 3L  L  x  8,6    L  x  8,6  3   48EI P1  0,145MN P2  0,35MN L  x  4,3  6,84m L  x  8,  2,54m E  Ec  27691, 47 MPa Xác định mơmen qn tính hữu hiệu: I min I g ; I e  I g  8089205,934cm : mơmen qn tính tiết diện ngun Mơmen nứt : M cr  f r ( Ig 8089205,934 �104  3,56 �  582, 71KNm yt 75,18 M cr 582, 71 ) ( )  0, 01285 Ma 995, 48 I e (mm ) :mômen hữu hiệu tính theo cơng thức:  M I e ( cr )3 I g  1  Ma   M cr   Ma      I cr  I e  0, 01285 �12353499,18    0, 01285 �13876030,98  13682952, 48cm � I  I e  13682952, 48cm  0,136m Thay vào tính y=31,25 103 m Tínhtốn hoạt tải gây §é ta vừa tính cha tính đến hệ số phân bố ngang, hệ số cấp đờng hệ số xung kích tính võng Bây ta phải xét hệ số Kết tính toán độ võng xe tải thiết kế: f1 kmg   IM  y  0, 65 �0, 732 �1, 25 �31, 25  15,69mm §é tải trọng làn: Sinh Viờn: Nguyn Vn Tõm 28 65DCCD31 yL   0, 65 �0, 0093  �16 5qL4   5,13.103 m 2 384.E c I 384 27691, 47 2,806.10 Kết tính toán độ võng 25% xe t¶i thiÕt kÕ cïng víi t¶i träng lµn thiÕt kÕ: f  0, 25mg   IM  y  y L  0, 25f1  y L  0, 25 �15, 69  5,13  8,55mm � f max  max  f1;f   15, 69mm �f � � f max  L �� � 16000 �  20mm � đạt 800 �l � Sinh Viên: Nguyễn Văn Tâm 29 65DCCD31 ...ĐỒ ÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP  Giáo viên hướng dẫn :Lê Xuân Quang  Sinh viên thực : Phạm Văn Thiện  Lớp:... s(mm): Cự ly cốt thép đai + β : Hệ số khả b tông 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... α =900 + φ : Hệ só sức kháng cắt, với bêtơng thường, φ=0.9 + Av : Diện tích cốt thép bị c cự ly s (mm) + Vs : Khả chịu lực cắt cốt thép (N) +Vc : Khả chịu lực cắt b tông (N) +Vu: Lực cắt tính