Đồ án Thiết kế cầu máng

ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU THIếT Kế CầU MáNG - - I- TI LIU THIẾT KẾ Kênh dẫn nước N qua vùng trũng Sau so sánh phương án chọn phương án xây dựng cầu máng bê tơng cốt thép Dựa vào địa hình, qua tính tốn thủy lực thủy nông người ta xác định kích thước mức yêu cầu cầu máng sau: Hình - Mặ t cắ t dọc cầ u má ng Thâ n má ng Trụđỡ Nố i tiế p L = 40m • Số nhịp: n = (nhịp) • Bề rộng máng: B = 3,1 m • Cột nước lớn máng: Hmax= 2,3 cm • Cầu máng thuộc cơng trình cấp III Dùng bê tơng mác M150, cốt thép nhóm CII δ Các thơng số cầu máng: • Chiều dài máng: Lề Vách máng Đáy máng Dầm đỡ dọc máng Khung đỡ Các số liệu khác: - Độ vượt cao an toàn δ =0,5m SVTH: Đặng Đình Duy Hình 2: Cắt ngang máng GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU - Vùng xây dựng cơng trình có cường độ gió q g = 1,2 kN / m 2 k giãday = 0,8 q giãday = 0,8.1,2 = 0,96 kN/m ⇒  k giãhót = 0,6 q giãhót = 0,6.1,2 = 0,72 kN/m2 - Tải trọng người lại qng = 200kg/m2 = 2kN/m2 - Dung trọng bê tông γb = 25 kN/m3 - Bề rộng vết nứt giới hạn angh = 0,24 mm - Độ võng cho phép [f/l] = 1/500 Tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép số liệu sau: Kn = 1,15; Rn = 70 Kg/cm2; Rk = 6,3 Kg/cm2; Rnc = 85 Kg/cm2; Rkc = 9,5 Kg/cm2; nc= 1; ma= 1,1; mb= 1; mb4 = 0,9; αo = 0,65; Ao = 0,438; Ea = 2,1.106 Kg/cm2; Eb = 2,1.105 Kg/cm2; n= Ea = 10 Eb ; Ra= Ra’= 2700 Kg/cm2; Rađ= 2150 Kg/cm2; f l    = 500  II 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 cơng Do thời gian có hạn nên đồ án tính tốn cho trường hợp tổ hợp tải trọng 2.1 – Lề Người Đi 2.1.1 - Sơ đồ tính tốn Cắt 1m dài dọc theo chiều dòng chảy cầu máng xem lề dầm cơng xơn ngàm vị trí liên kết với vách máng Chọn bề rộng lề L 1= 0,8 m Chiều dày lề thay đổi dần h1= 8÷12 cm Trong tính tốn lấy chiều dày trung bình h =10 cm 80 12 100 Hình -1: Sơ đồ tính tốn lề người 2.1.2 - Tải trọng tác dụng Tải trọng tác dụng lên lề gồm : thân lề người a -Trọng lượng thân (qbt ): SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU q btc = γ b h.b = 25.0,1.1 = 2,5 (kN/m) b - Tải trọng người lại gây (qng ): c q ng = 2.b = 2.1 = (kN/m) Tải trọng tính tốn tổng cộng tác dụng lên lề người đi: c q tong = nbt q btc + n ng q ng Trong đó: nbt = 1,05; nng = 1,2 hệ số vượt tải → qtc = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025 (kN/m) Bảng 1: Thống kê tải trọng tác dụng lên lề người Hình thức Giá trị tiêu ST Loại tải trọng tải trọng T chuẩn Trọng lượng thân Trọng lượng người lại q q 2,5 2.1.3 - Xác định nội lực Coi lề dầm công xôn chịu tải trọng phân bố với Hệ số tải trọng Giá trị tính tốn 1,05 1,2 2,625 2,4 q tt = 5,025 (kN/m) Tại mặt cắt đầu ngàm: q tt l 5,025.0,8 = = 1,608 (kNm) 2 Q = q tt l = 5,025.0,8 = 4,02 (kN) M = 80 q=5,025 (kN/m) 1,608 (kNm) M 4,02 (kN) Q SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU Hình -1: Biểu đồ nội lực lề người 2.1.4 - Tính tốn bố trí cốt thép Cốt thép tính từ giá trị nội lực mặt cắt ngàm có: M max = 1,608 (kNm), tiết diện chữ nhật có kích thước: R aF a a h M h0 R nbx xn Rn Hình -1 : Biểu đồ nội lực lề người b = 100 cm, h = 10 cm, chọn a = cm ⇒ h0 = h - a = cm Ta có: A= k n nc M 1,15.1,0.1,608.10 = = 0,0413 mb Rn b.h02 1.70.100.8 ⇒ α = 1- 1− 2A = 0,0422 Ta thấy A = 0,0413 < A0 = 0,438 mb Rn bh0α 1.70.100.8.0,0422 Fa = m a Ra = 1,1.2700 = 0,796 (cm ) → Bố trí 5Φ8/1m (Fa = 2,51 cm2) Bố trí thép cấu tạo dọc theo phương dòng chảy 4Φ6/1m Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (Qmax = 402 Kg) kn nc Qmax = 1,15.1.402 = 462,3 (Kg) k1.mb Rk b.h0 ⇒ = 0,8.0,9.6,3.100.8 = 3628,8 (Kg) k1.mb Rk b.h0 k n nc Qmax < ⇒ không cần đặt cốt ngang Bố trí thép lề người đi: SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU Fa M b = 1m φ6 a = 25 φ8 a = 20 Hình - 1: Sơ đồ bố trí cốt thép lề người 2.2 - VÁCH MÁNG 2.2.1 - Sơ đồ tính tốn Cắt 1m dài dọc theo chiều dòng chảy Vách máng tính tốn dầm cơng xơn ngàm đáy máng Sơ chọn kích thước vách máng: • Chiều cao vách : HV =Hmax + δ = 2,3 + 0,5 = 2,8 m (δ: độ cao an tồn, lấy δ = 0,5 m) • Bề dày vách thay đổi dần hV = 12 ÷ 20 cm Hình - 2: Sơ đồ tính tốn vách máng 2.2.2 - Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc vách máng nên tải trọng tác dụng bao gồm : • Mơ men tập trung người lề truyền xuống: Mng • Mơ men trọng lượng thân lề: Mlề • Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn • Áp lực gió (gồm gió đẩy gió hút): qg (qgđ, qgh ) SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU Các tải trọng gây căng căng vách máng Các tải trọng gây căng ngồi: M1ề, (xem hình 2-2a) qgd M Lc = q1L2l 2,5.0,82 = = 0,8 (kNm); M L = n1.M Lc = 1,05.0,8 = 0,84 (kNm) 2 c q gd = k gd q g = 0,8.1,2.1 = 0,96( KN / m) c qgd = ng qgd = 1,3.0,96 = 1,248( KN / m) Các tải trọng gây căng : M l, , , M ng qn qgh (xem hình 2-2b) M cl = 0,8 (kNm); M l = 0,84 (kNm) M c ng = qngL 21 = 2.0,8 = 0,64 (kNm) M ng = nngM cng = 1,2.0,64 = 0,768 (kNm) Biểu đồ áp lực nước có dạng hình tam giác: qnc max = kđ γ n H max = 1,3.10.2,3.1 = 29,9 (kN/m) Trong : kd hệ số động, lấy kd = 1,3 qn max = nn qnc max = 1.29,9 = 29,9 (kN/m) c qgh = kgh.qg = 0,6.1,2.1 = 0,72 (kN / m) c qgh = ngqgh = 1,3.0,72 = 0,936 (kN / m) Bảng 2: Thống kê tải trọng tác dụng lên vách máng Trường hợp Căng STT Loại tải trọng Hình thức tải trọng Tải trọng lề người Giá trị tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tính tốn M 0,8 1,05 0,84 Tải trọng người M 0,64 1,2 0,768 Tải trọng nước q 29,9 29,9 Tải trọng gió hút q 0,72 1,3 0,936 SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG Căng ngồi THIẾT KẾ CẦU Tải trọng lề người M 0,8 1,05 0,84 Tải trọng gió đẩy q 0,96 1,3 1,248 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên vách máng: ML =0,84 kNm ML =0,84 kNm Mng =0.768 kNm qg®=1,248 kN/m qgh=0,936 kN/m qn max =29,9 kN/m a-Trường hợp căng ngồi b-Trường hợp căng Hình - 2: Tổ hợp tải trọng tác dụng lên vách máng 2.2.3 - Xác định nội lực 2.2.3.1 - Trường hợp căng Xét mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt ngàm): M = M gd + M L M 1c = 0,8 (kNm); M1 = 0,84 (kNm) M c gđ = c q gđ H v2 M gđ = ng M 0,96.2,8 = = 3,763 (kNm) c gđ =1,3.3,763 = 4,89 (kNm) → M = 4,89 – 0,84 = 4,05 (kNm) Ql = Qgđ = qgđ.Hv = 1,248.2,8 = 3,49 (kN) → Q = Ql + Qgđ = 3,49 (kN) Dựa vào tải trọng tác dụng lên vách máng hình 2-2, ta vẽ biểu đồ bao nội lực tổng hợp tải trọng tác dụng lên vách máng trường hợp căng (Hình 32) - dấu biểu đồ chiều tác dụng nội lực SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU M Q Hình - 2: Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài) 2.2.3.2 - Trường hợp căng Xét mặt cắt nguy hiểm (mặt cắt ngàm) M = M + M ng + M n + M gh M 1c = 0,8 (kNm); M1 = 0,84 (kNm) c M ng = 0,64(kNm); Mng = 0,768(kNm) M nc = q c n max H M Mn = nn c M gh = c n Mgh = ng = 29,9.2,3 = 26,36 (kNm) = 1.26,36 = 26,36 (kNm) c q gh H v2 M max = 0,72.2,8 = 2,82 (kNm) c gh = 1,3.2,82 =3,67 (kNm) M = 0,84 + 0,768 + 26,36 + 3,67 = 31,64 (kNm) Q = Ql + Q ng + Q n + Qgh SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG Q l = ; Q ng = Qn = THIẾT KẾ CẦU q n max H max 29,9.2,3 = = 34,385 2 (kN) Qgh = qgh.Hv = 0,936.2,8 = 2,62 (kN) Q = 34,385 + 2,62 = 37,01 (kN) Dựa vào tải trọng tác dụng lên vách máng hình 2-2, ta vẽ biểu đồ bao nội lực tổng hợp tải trọng tác dụng lên vách máng trường hợp căng (Hình 42) - dấu biểu đồ chiều tác dụng nội lực M Q Hình - 2: Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng trong) 2.2.4 - Tính tốn, bố trí cốt thép Tiết diện tính tốn tiết diện hình chữ nhật b =100 cm, h = 20 cm Chọn a = cm, h0 = h - a = 18 cm 2.2.4.1 - Trường hợp căng (M = 4,05 kNm) A= k n nc M 1,15.1.4,05.10 = = 0.021 mb Rn b.h02 1.70.100.18 SVTH: Đặng Đình Duy GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU ⇒ A A0 = 0,438 1.70.30.76 Q M A Tính tốn k n n c M − mb R n bh02 A0 1,15.1.6667800 − 1.70.40.76 0,438 = = 2,73cm 1,1.2700.( 76 − 4) m a R a' (h0 − a ' ) mb Rn bh0α 1.70.40.76.0,65 + Fa' = + 2,73 = 49,3cm ma Ra 1,1.2700  Fa' = 3φ10(2,36cm )   Fa = 3φ 32 + 2φ 40( Fa = 49,27cm ) 2.4.4.2 - Trường hợp căng Mmax= 480.89 kNm = 4808900 kg.cm Tiết diện tính tốn hình chữ T cánh nén: b= 40 cm, h=80cm, bc’=155 cm, hc’=25 cm Chọn a=a’=4cm ⇒ h0 = 76cm Kiểm tra vị trí trục trung hòa:  h' M c = mb Rn bc' hc'  h0 − c     =1.70.155.25 25    76 −    = 17224375 kg.cm kn.nc.M =1,15.1.4808900 = 5530235 kg.cm kn.nc.M < Mc ⇒ trục trung hòa qua cánh (x ≤h0) Tính tốn cốt thép tương tự tiết diện chữ nhật k n n c M A= ' c mb R n b h ⇒ α=1- = − A SVTH: Đặng Đình Duy bc' xh = 155x80 cm 1,15.1.4808900 = 0,088 1.70.155.76 Mn =>Dầm bị nứt mặt cắt Tính bề rộng khe nứt: a n = k c1 η σa −σ0 7.( − 100.µ ) d Ea Mc 4750200 = = 2985,49( kg.cm ) Fa Z 24,63.64,6 σa = ( Z1 = η.h0 = 0,85.76 = 64,6cm ); η : tra bảng 5-1 a n = 1.1,3.1 2985,49 − 200 7.( − 100.0,0081) 28 = 0,2mm 2,1.10 an < angh = 0,24 mm Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế 2.4.5.2 - Trường hợp căng = 658,65 (kN.m) = 6586500 (kg.cm) M cmax Tiết diện chữ T: b= 40 (cm); h=80 (cm); b’c =155 (cm); h’c = 25 (cm); a=a’=4 (cm), h0 =76 (cm); Fa = 49,27 (cm2); F’a= 24,63 (cm2) SVTH: Đặng Đình Duy 28 GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU ' h b.h + (bc' − b)hc ( h − c ) + nFa h0 + nFa' a 2 ' ' bh + (bc − b)hc + n( Fa + Fa' ) xn = 40.80 25 + (155 − 40).25.( 80 − ) + 10.49,27.76 + 10.24,63.4 2 40.80 + (155 − 40).25 + 10.( 49,27 + 24,63) = = 52,9 cm b' x (b ' − b) x n3 (bc − b)( h − x n − hc ) bc (h − x n ) J qd = c n − c − + + nFa (h − x n ) + nFa' ( x n − a ' ) 3 3 = 155.52,9 (155 − 40).52,9 (155 − 40).( 80 − 52,9 − 25) 155.( 80 − 52,9) − − + + 3 3 + 10.49,27.( 76 − 52,9) + 10.24,63.( 52,9 − 4) = 3853617,92 (cm4) J qđ Wqđ = h − xn Mn = γ1 Rkc = 3853617,92 = 142199,92cm 80 − 52,9 Wqđ = 1,75.9,5.142199,92 = 2364073,67(kg.cm) Nc.Mc = 1.6586500 =6586500 (kg.cm) ⇒ ncMc > Mn => dầm bị nứt mặt cắt Tính bề rộng khe nứt: a n = k c.η σa = σa −σ0 7.( − 100.µ ) d Ea Mc 6586500 = = 2376,99(kg cm ) Fa Z 49,27.56,24 ( Z = η.h0 = 0,74.76 = 56,24cm ); η : tra bảng 5-1 với a n = 1.1,3.1 Fa = 1,6% b.ho 2376,99 − 200 7.( − 100.0,016) 40 = 0,143mm 2,1.10 SVTH: Đặng Đình Duy 29 GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TƠNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU an < angh = 0,24 mm Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế 2.4.6 - Tính biến dạng dầm Xét biểu đồ mơmen tiêu chuẩn dầm giữa: Ta tính tốn kiểm tra độ võng cho mặt cắt nhịp dầm mặt cắt có mơmen lớn : mặt cắt chữ T cánh chịu nén Mc = 475,02 kNm = 4750200 kg.cm Tính độ cứng tải trọng tác dụng dài hạn (Bdh) ngắn hạn (Bngh): B dh = B ngh δ E F Z ( h − x) B ngh = a a ψa Trong : Ea – mơ đun đàn hồi cốt thép Fa – diện tích cốt thép Z1 – cánh tay đòn nội ngẫu lực - chiều cao trung bình bê tơng vùng chịu nén x ψa – hệ số xét đến làm việc bê tông khe nứt , lấy theo phụ lục 16 δ * Tính - hệ số giảm độ cứng, với mặt cắt chữ T cánh chịu nén d =1,5 x theo quan hệ: ϕ= x 0,7 = 1− x 100.µ + ξ= x = h0 1,8 + + 5( L + T ) 10.µ n SVTH: Đặng Đình Duy 30 GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP MÁNG L= Mc = 4750200 = 0,242 c Rn b.h0 85.40.76 T = γ ' (1 − γ = ' THIẾT KẾ CẦU δ' ) (bc' − b).hc' + n ' Fa υ 10 49,27 0.15 = 2,03 40.76 (155 − 40).25 + bh0 = ν = 0,15 tải trọng tác dụng dài hạn độ ẩm môi trường lớn 40% hc' 25 δ = = = 0,33 h0 76 ' T = 2,03.(1 − µ= 0,33 ) = 1,69 Fa = 24,63 = 0,0081 bh0 40.76 Thay số liệu vào cơng thức tính ta có: = 0,067 x + 5.( 0,242 + 1,69) ξ= = 1,8 + h0 10.0,0081.10 x = ξ h0 = 0,067.76 = 5,09cm ϕ= x= 0.7 x 1− = 0,61 = 100.0,0081 + x x 5,09 = = 8,34cm ϕ 0,61 * Tính Z1 :  δ ' γ ' + ξ  Z = 1 −  h0 ;  2.( γ + ξ )  =  0,33.2,03 + 0,067  1 − .76 = 63,78cm 2.( 2,03 + 0,067)   ψ adh * Tính ψ adh = : 2ψ a + SVTH: Đặng Đình Duy 31 GVHD: Lê Đình Phát ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP MÁNG THIẾT KẾ CẦU Mc 4750200 = = 3023,87(kg / cm ) Fa Z 24,63.63,78 σa = = 0,61 (tra phụ lục 16 với n.µ = 10.0,0081 = 0,081; σa = 3023,87 kg/cm2) ψa ψ adh = ⇒ 2.0,61 + = 0,74 Thay giá trị vào cơng thức tính độ cứng Bngh Bdh dầm ta có: B ngh = Bdh = E a Fa Z ( h0 − x ) 2,1.10 24,63.63,78.( 76 − 8,34) = = 3,02.1011 (kg.cm ) ψ adh 0,74 Bngh δ = 3,02.1011 = 2,01.1011 (kg.cm ) 1,5 = 201000 kN.m2 Tiến hành nhân biểu đồ tính tốn độ võng mặt cắt nhịp dầm: f= = , đó: MP MK Ω p yk Bdh Ωp: Diện tích biểu đồ mơ men uốn MP : Tung độ biểu đồ ứng với vị trí trọng tâm biểu đồ MP yk Mk 118,81 475,02 475,02 658.65 283,43 Pk =1 3,93 475,02 475,02 475,02 tách hình để nhân biểu đồ sau: 3,93 6,07 118,81 658.65 2,38 Ta 6,07 658.65 0,79 1,19 GVHD: Lê Đình Phát 1,59 1,19 32 2,38 SVTH: Đặng Đình Duy 1,59 2,38 2,38 283,43 10 ĐỒ ÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP MÁNG f = Mp.MK= = THIẾT KẾ CẦU Ω yk Bdh  1  3,93.475,02.1,59 + 3,93.118 ,81.1,19) + 201000  1 + ( 6,07.475,02.1,59 − 6,07.658,65.0,79 + 6,07.283,43.1,19)] 2 = 0,0195 m ⇒ độ võng dầm: f=0,0195 (m) f 0,0195 f = =