ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT THIẾT KẾ CẦU MÁNG BTCT GV hướng dẫn: Bộ môn: Kết cấu công trình 2 CẦU MÁNG BÊTÔNG CỐT THÉP 3 Yêu cầu đồ án: Ớ Thiết kế kênh dẫn nước qua vùng trũng gồm các h
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT
THIẾT KẾ CẦU MÁNG BTCT
GV hướng dẫn:
Bộ môn: Kết cấu công trình
2
CẦU MÁNG BÊTÔNG CỐT
THÉP
3
Yêu cầu đồ án:
Ớ Thiết kế kênh dẫn nước qua vùng trũng
gồm các hạng mục công trình chắnh:
1 - Lề ựi
2 - Vách máng
3 - đáy máng
4 - Dầm đỡ giữa
4
3 2
4
Yêu cầu chung
Ớ Thuyết minh: (35ọ40) trang
Ờ Nêu chi tiết các bước tắnh toán cho từng hạng mục theo các bước tắnh toán
Ờ Vẽ hình thể hiện cách bố trắ
Ớ Bản vẽ: (A1)
Ờ Thể hiện chi tiết mặt cắt dọc, ngang, các lớp thép cho các hạng mục theo đúng yêu cầu của bản vẽ kỹ thuật
Trang 2ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP - lỚP: 48C4
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
TT Họ và tên Chiều dài
L (m)
Bề rộng B (m)
Hmax (m) Mác BT Nhóm thép nhịp Số
1 30 3.0 2.4 150 CI 5
2 30 3.1 2.3 150 CI 5
3 30 3.2 2.2 150 CI 5
4 30 3.3 2.1 150 CI 5
5 30 3.4 2.0 150 CI 5
6 30 3.5 1.9 150 CI 5
7 30 3.6 2.4 150 CI 5
8 30 3.7 2.3 150 CI 5
9 30 3.8 2.2 150 CI 5
10 30 3.9 2.1 150 CI 5
11 28 3.0 2.0 150 CI 4
6
A SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Số liệu riêng)
• Chiều dài máng L
• Mác bê tông
• Loại cốt thép
• S ố nhịp n
7
A SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Số liệu chung)
• Đ ộ vượt cao an toàn: δδδδ = 0,5m
• T ải trọng gió: qg= 1,2 kN/m2
§Gió ñẩy: Hệ số k gió ñ ẩẩẩẩy = 0,8
§Gió hút: Hệ số k gió hút = 0,6
• C ầu máng thuộc công trình cấp III
• Dung tr ọng bê tông: γγγγb= 25 kN/m3
• B ề rộng vết nứt giới hạn: angh= 0,24 mm
• Đ ộ võng cho phép: [f/l] = 1/500
• T ải trọng người đi: qng= 200 kG/m2= 2 kN/m2
8
Các bước thiết kế
• Bước 1: Chọn kích thước và sơ đồ tính
• Bước 2: Tải trọng tác dụng
• Bước 3: Xác định nội lực
• Bước 4: Tính toán và bố trí cốt thép
• Bước 5: Kiểm tra biến dạng, Kiểm tra nứt
• Bước 6: Kiểm tra võng
Trang 3B THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG
• Tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản
• Trình tự thiết kế các bộ phận:
§ Bướớớớc 1: Chọọọọn kích thướớớớc và Xác địịịịnh sơ đồồồồtính toán
§ Bướớớớc 2: Xác địịịịnh tảảảải trọọọọng tác dụụụụng
§ Tải trọng tiêu chuẩn q c → Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt, ñộ võng (TTGH
II)
§ Tải trọng tính toán q tt = q c nt→ Xác định cốt thép dọc chịu lực, cốt đai và cốt
xiên (nếu cần) (TTGH I)
§ Bướớớớc 3: Xác địịịịnh nộộộội lựựựực (tính tay, tra bảng, hoặc dùng phần mềm)
§ Bướớớớc 4: Tính toán và bốốốốtrí cốốốốt thép:
• Cốt dọc chịu lực tại mặt cắt có Mmax (bố trí 4÷5 thanh/m với KC dạng bản)
• Cốt cấu tạo (4÷5 thanh/m vuông góc v ới cốt chịu lực với KC dạng bản)
• Tính toán cốt thép đai, xiên cho mặt cắt có Qmax (phương pháp TTGH)
§ Bướớớớc 5: Kiểểểểm tra nứứứứt (mặt cắt có Mmax):
• Mặt cắt cho phép xuất hiện khe nứt: nếu bị nứt, tính a n <angh
• Mặt cắt không cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt → đề ra giải pháp khắc
phục (không cần tính lại từ ñầu)
§ Bướớớớc 6: Tính và kiểểểểm tra độộộộvõng
10
I - THIẾT KẾ LỀ ðI
11
I LỀ NGƯỜI ĐI
1.1 Sơ đồ tính toán
• Cắt 1m theo chiều dài máng, coi lề như một dầm công xôn
ngàm tại đầu vách máng
(Chọn bề rộng lề l = 0,8m, chiều dày lề h 1 = 8 ÷12cm)
12
I LỀ NGƯỜI ĐI
1.2 Tải trọng tác dụng
• Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề người đi gồm:
– Trọng lượng bản thân (q bt ): q c
bt = γγγγb h 1m
– Tải trọng người (q ng ): q c
ng = 2.1m = 2 kN/m
• Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi:
q = n bt q c
bt + n ng q c
ng
nbt= 1,05; nng= 1,2 - Hệ số vượt tải (TCVN 4116-85)
Trang 4I LỀ NGƯỜI ĐI
STT Loại tải trọng
Giá trị tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải
Giá trị tính toán
1 Tải trọng bản thân … 1.05 …
2 Tải trọng người 2 1.2 5.025
Lập bảng thống kê tải trọng
14
I LỀ NGƯỜI ĐI
1.3 Xác định nội lực
15
I LỀ NGƯỜI ĐI
1.4 Tính toán và bố trí cốt thép
– Tính toán và bố trí cốt thép dọc: (mặt cắt ngàm)
Tính như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật:
b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm
Bố trí cốt thép chịu lực: 4÷5 thanh/1m
Bố trí cốt thép cấu tạo : 4÷5 thanh/1m
– Tính toán và bốốốốtrí cốốốốt thép ngang:
Kiểm tra điều kiện tính toán cốt ngang tại mặt cắt có
Qmax
k n n c Q < k 1 m b4 R k bh 0→ Không cần đặt cốt ngang
16
Trang 5II - THIẾT KẾ VÁCH MÁNG
18
II VÁCH MÁNG
2.1 Sơ đồ tính toán
• Cắt 1m theo chiều
dài máng, coi vách máng như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm
dọc
H v = H max + δ
(Độ vượt cao an toàn:
δ= 0,5m)
19
II VÁCH MÁNG
2.2 Tải trọng tác dụng
• Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách gồm:
– Mô men tập trung do người đi trên lềtruyền xuống: M ng
– Mô men do trọng lượng bản thân lề ñi: M bt
– Áp lực nước tương ứng với H max : q n
– Áp lực gió (gồm gió ñẩy và gió hút): q g
• Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp: căng trong và căng
ngoàivách máng
– Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất: M bt , q gđ
(gió ñẩy, máng không có nước và không có người đi trên lề)
– Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất: M bt , M ng , q n , q gh
(gió hút, trong máng có nước và trên lềcó người đi)
20
II VÁCH MÁNG
2.3 Xác định nội lực
Trang 6II VÁCH MÁNG
2.4 Tính toán và bố trí cốt thép
• Tính toán và bốốốốtrí cốốốốt thép dọọọọc: (mặt cắt ngàm)
CK chịu uốn, tiết diện chữ nhật b = 100cm, h = 20cm, a = 2cm
Tính toán cốt thép cho 2 trường hợp căng trong và căng ngoài
• Tính toán và bốốốốtrí cốốốốt thép ngang:
Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang:
knncQ < k1mb4Rkbh0→ Không cần đặt cốt ngang
• Bốốốốtrí cốốốốt thép
– Lớp trong: 4÷5 thanh/1m
– Lớp ngoài: 4÷5 thanh/1m
– Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 4÷5
thanh/1m
22
II VÁCH MÁNG
2.5 Kiểm tra nứt
• Kiểm tra cho trường hợp căng trong
• Điều kiện để tiết diện đáy máng không bị nứt:
nc Mc≤ Mn= γ1 Rkc Wqđ
• Nếu mặt cắt sát đáy máng bị nứt, tính toán an= an1+ an2
an1, an2- Bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn tác dụng dài
hạn và ngắn hạn gây ra:
ani= k.ci.η .7.(4 - 100 µ)
• Nếu an< angh→ Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kếa
ai E
0
σ
Trang 7III - THIẾT KẾ ðÁY MÁNG
26
III ðÁY MÁNG
3.1 Sơ đồ tính toán
• Cắt 1m dài vuông góc với chiều dòng chảy, ñáy máng được tính như một dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc
– Chiều dày bản đáy: h đ = 20÷25 cm
– Bề rộng đáy máng: B
– Chiều dài nhịp: l = 0,5(B+2h4 -b d )
– Chọn sơ bộ bề rộng dầm đỡ: b d = 30÷35cm
III ðÁY MÁNG
3.2 Tải trọng tác dụng
Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy máng gồm:
• Tải trọng bản thân đáy máng: qđ
• Tải trọng do trọng lượng bản thân lềtruyền xuống: M bt
• Áp lực nước ứng với cột nước H max : M n max
• Áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm (H ngh ): M n ngh
Hnghlà cột nước gây ra mô men uốn căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa, Hngh=
• Tải trọng gió: M gh , M gđ (2 TH: gió trái và gió phải)
• Tải trọng do người đi trên lềtruyền xuống: M ng
(3 TH: người đi lềtrái, lềphải, cả2 bên lề)
2
l
Trang 8III ðÁY MÁNG
3.3 Xác định nội lực
• Cách 1:
– Tra các phụ lục 18, 21 (Giáo trình Kết cấu Bê
tông cốt thép)
– V ẽ biểu đồ nội lực cho các tải trọng độc lập tác
d ụng lên đáy máng
– T ổ hợp lại thành các trường hợp tải trọng gây bất
lợi nhất cho các mặt cắt cần tính toán.
• Cách 2: (tham kh ảo) Dùng phần mềm Sap2000 vẽ
bi ểu đồ bao nội lực.
30
a, N ội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng
do trọng lượng bản thân lề truyền xuống (qđ, Mbt):
31
b, Nội lực do áp lực nước ứng với Hmax(qmax, Mnmax):
32
c, Nội lực do áp lực nước ứng với Hngh(q ngh , M ngh):
Trang 9d, N ội lực do tải trọng người đi lề bên trái (Mng):
34
e, N ội lực do tải trọng người đi lề bên phải (Mng):
35
f, Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mgđ ,
Mgh):
36
g, N ội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (Mgđ,
Mgh):
Trang 101, TH tảảảải trọọọọng gây mô men căng trên lớớớớn nhấấấất tạạạại mặặặặt cắắắắt
sát vách:
(Dẫn nước trong máng với chiều cao H max , người đi lề
bên trái và có gió thổi từphải sang trái)
→ M 1 = M a + M b + M d + M g
2, TH t ảảảải trọọọọng gây mô men căng dướớớới lớớớớn nhấấấất tạạạại mặặặặt
c ắắắắt giữữữữa nhịịịịp:
(Dẫn nước trong máng với chiều cao H ngh , người đi
trên lề phải và có gió thổi từ trái sang phải)
→ M 2 = M a + M c + M e + M f
3, TH t ảảảải trọọọọng gây mô men căng trên lớớớớn nhấấấất tạạạại mặặặặt
c ắắắắt trên gốốốối giữữữữa:
(Dẫn nước trong máng với chiều cao H ngh , không có
người đi trên lềvà có gió thổi từphải sang trái hoặc
ngược lại)
III ðÁY MÁNG
3.4 Tính toán và bố trí cốt thép
• Tính toán và bố trí cốt thép cho 3 mặt cắt nguy hiểm trên đáy máng:
– Mặt cắt sát vách máng chịu mômen căng trên lớn nhất M 1 – Mặt cắt giữa nhịp chịu mômen căng dưới lớn nhất M 2 – Mặt cắt trên gối giữa chịu mômen căng trên lớn nhất M 3
• Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b=1m; h=h đ
• Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng (chỉ ñặt cốt xiên nếu
cần): k n n c Q < k 1 m b4 R k bh 0→ Không cần đặt cốt ngang
• Cốt thép chịu lực lớp trên: 4÷5 thanh/1m
• Cốt thép chịu lực lớp dưới: 4÷5 thanh/1m
• Dọc theo chiều dòng chảy bố trí cấu tạo: 5 thanh/1m
Trang 11III ðÁY MÁNG
3.5 Kiểm tra nứt
• Kiểm tra tại 2 mặt cắt: mặt cắt sát vách và giữa nhịp
• Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:
nc Mc ≤ Mn= γ1 Rk Wqđ.
42
IV - THIẾT KẾ DẦM ĐỠ GIỮA
43
IV DẦM ĐỠ GIỮA
4.1 Sơ đồ tính toán
• Tách dầm giữa bằng 2 mặt
cắt dọc máng Sơ đồ tính là
dầm liên tục n nhịp tiết diện
chữ T có các gối tựa là các trụ
đỡ
• Chiều cao dầm: hd = 80 cm
• Chiều dài nhịp lnhịịịịp = L/n
• Bề rộng sườn: b = 30cm
• Bề rộng cánh dầm: B/2
44
IV DẦM ĐỠ GIỮA
4.2 Tải trọng tác dụng
Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên dầm đỡ giữa gồm:
• Tải trọng bản thân
• Áp lực nước tương ứng với cột nước Hmax
4.3 Xác định nội lực
Tra phụ lục 18 (Giáo trình Kết cấu BTCT) vẽ biểu đồ nội lực
M, Q của dầm n nhịp
Trang 1245 46
IV DẦM ĐỠ GIỮA
4.4 Tính toán cốt thép
• Tính toán cốt thép dọc chịu lực cho 2 mặt cắt có M
-max và M +
max
như cấu kiện chịu uốn
• Trường hợp căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối thứ2: (M
-max )
Tiết diện chữ T cánh kéo → Tính toán như đối với tiết diện chữ
nhật b d x h d
• Trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp biên:
(M + max) Tiết diện tính toán hình chữ T cánh nén:
b = b d , h = h d , b c ’= B/2, h c ’=h đ
47
IV DẦM ĐỠ GIỮA
4.4 Tính toán cốt thép (tiếp)
• Kiểm tra cường độtrên mặt cắt nghiêng và tính cốt thép ngang:
(mặt cắt có Qmax)
k 1 m b4 R k b.h 0 < k n n c Q < 0,25.m b3 R n b.h 0→ Bố trí cốt ngang
• Tính toán cốt đai
Chọn đường kính cốt đai d = 8mm → fđ= 0,503cm2, số nhánh
nđ= 2 → Chọn u tk = max (u max ; u ct ; u tt )
• Tính toán cốt xiên.
k n n c Q < Q đb→ Không cần đặt cốt xiên
4.4 Kiểm tra nứt và tính bề rộng vết nứt
• Điều kiện để dầm không bị nứt:
nc.Mc≤ Mn= γ1 Rkc Wqđ
• Kiểm tra cho 2 mặt cắt có M
-max (Tiết diện chữT cánh kéo) và
M +
IV DẦM ĐỠ GIỮA
4.6 Tính toán và kiểm tra độ võng
• Tính B dh
• Nhân biểu đồ Vêrêshagin: f = Mp = Mk p k
dh
y
1
500
1
=
<
l
f l
f → Dầm thoả mãn yêu cầu về ñộ võng