1.Tính toán cốt thép và kiểm tra cọc.
- Sơ bộ chọn chiều dài cọc là 36 m, được chia thành 2 phân đoạn,mỗi phân đoạn dài 18m. Các phân đoạn cọc được đúc sẵn trong nhà máy với các đặc trưng vật liệu như đã trình bày ở phần trên.
1.1 Tính toán cọc trong quá trình thi công. 1.1.1 Cọc trong quá trình cẩu lắp.
- Sơ đồ làm việc của cọc trong quá trình cẩu lắp có thể xem là dầm đơn giản có gối tựa tại điểm móc cẩu và điểm tiếp xúc với đất.
mi
mi
q
Hình 12: Sơ đồ làm việc 1 gối tựa trong quá trình cẩu lắp
- Điểm đặt móc cẩu được xác định sao cho mômen dương lớn nhất tại giữa nhịp bằng trị số mômen âm lớn nhất tại gối trong quá trình cẩu lắp. Theo giáo trình Nền và Móng của tác giả Phan Hồng Quân trang 194 thì a = 0,294.L = 0,294.18 = 5,29 (m) ≈ 5,3 (m).
- Tải trọng tác dụng lên cọc là tải trọng bản thân cọc có dạng phân bố đều trên chiều dài đoạn cọc.Giá trị tải trọng này được xác định như sau:
q = n . γ . Fc = 1,5 . 2,5 . 0,42 = 0,6 (T/m). - Khi đó mômen lớn nhất trên chiều dài cọc là:
M1 = = = 8,43 (Tm)
- Lực cắt lớn nhất: Q1.max = q.a = 0,6.5,3 = 3,18 (T)
1.1.2 Trường hợp vận chuyển cọc.
- Sơ đồ làm việc của cọc trong quá trình vận chuyển cọc có thể xem là dầm đơn giản có gối tựa tại 2 điểm móc cẩu.
q
m2 m2
m2
Hình 13: Sơ đồ làm việc 2 gối tựa trong quá trình vận chuyển
- Điểm đặt móc cẩu được xác định sao cho mômen dương lớn nhất tại giữa nhịp bằng trị số mômen âm lớn nhất tại gối trong quá trình cẩu lắp. Theo giáo trình Nền và Móng của tác giả Phan Hồng Quân trang 194 thì b = 0,207.L = 0,207.18 = 3,73 (m) ≈ 3,8 (m).
- Khi đó mômen lớn nhất trên chiều dài cọc là:
- Lực cắt lớn nhất: Q2.max = q.b = 0,6.4,17 = 2,5 (T).
- Nhận thấy : M1 > M2 →Nội lực trong cọc tương ứng với trường hợp cẩu lắp nguy hiểm hơn,do đó sẽ dùng giá trị nội lực này để tính toán cọc trong giai đoạn thi công.
- Giá trị nội lực dùng để tính toán phải được nhân với hệ số k kể thêm hiệu ứng động khi cẩu.Lấy k=1,2 ,từ đó ta có:
Mtt = k.M1 = 1,2.8,43 =10,12 (Tm) Qtt = k. Q1.max = 1,2.3,18 = 3,82(T).
- Cọc được tính toán là cấu kiện BTCT tiết diện vuông 40x40 chịu uốn.
- Sử dụng bảng phụ lục 8/Giáo trình Kết cấu Bêtông Cốt thép-PGS,Ts Phan Quang Minh,NXB KHKT 2006 [1],đối với cấu kiện cọc được chế tạo từ bêtông cấp độ bền B25,nhóm cốt thép chịu lực AII và hệ số điều kiện làm việc γb2 = 1 ta có các hệ số : ξR = 0,595 ; αR = 0,418.
- Giả thiết :a0 = 4 cm . => h0 = h – a0 = 40 - 3 = 37 (cm). αm = < αR = 0,418.
=>Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hạn chế chiều cao vùng nén. - Ta có: ζ = 0,5.[1+ ] = 0,5.[1+ ] = 0,927
ξ = 2.(1 - ζ) = 2.(1-0,927) = 0,145
- Theo Tiêu chuẩn thiết kế BT thuỷ công TCVN 4115-85,diện tích tiết diện cốt thép dọc cần thiết:
11,3.10-4 (m2) = 11,3 (cm2)
=> Chọn bố trí thép 3φ18AII (As = 7,63 cm2).
- Nhận xét: Trong quá trình thi công vận chuyển cẩu lắp cọc và hạ cọc vào nền đất,do tất cả các mặt của cọc đều có thể chịu uốn, do đó để thiên về an toàn và thuận tiện cho thi công,cốt thép trong cọc được bố trí đối xứng nhau là 8φ22AII như hình vẽ:
Hình 14: Bố trí cốt thép trong Cọc
- Với cốt thép được bố trí như trên,ta tính lại : ho = h – (abv + 0,5.d)
Trong đó :
•abv :Chiều dày lớp bêtông bảo vệ cốt thép.Lấy abv = 3 cm
•d : Đường kính cốt thép chịu lực bố trí.Có : d =1,8 cm => ho = 40 – ( 3 + 0,5.1,8 ) = 36,1 (cm).
Diện tích tiết diện cốt thép: 8φ18AII (As = 20,36 cm2). Suy ra hàm lượng cốt thép:
=> Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép.
1.1.3 Kiểm tra khả năng chịu cắt của Bêtông.
- Khả năng chống cắt của bêtông chế tạo cọc được xác định thông qua công thức sau đây:
Qc.c = k.mb.Rbt.bh0 = 0,6.1,15.105.0,4.0,359 = 10,4 (T). - Nhận xét : Qtt = 3,18 (T) < Qc.c = 10,4 (T).
=> Bêtông đủ khả năng chống lại ứng suất lớn nhất do lực cắt gây ra. Do đó không cần phải tính toán cốt đai mà chỉ cần đặt cốt đai theo cấu tạo.
Vậy chọn cốt đai : φ8a200.
1.1.4 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.
- Chiều rộng vết nứt an vuông góc với trục dầm được xác định theo tiêu chuẩn TCVN- 4116-85 trong mục 4.4 như sau :
Trong đó :
• k :Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện.Với bản chịu uốn lấy k = 1.0
• η:Hệ số kể đến loại cốt thép.Với thép AII lấy η =1.0
• Cg :Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng. Xem cấu kiện chịu tác động của tải trọng lâu dài lấy Cg = 1,3.
• σa :Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại tiết diện xuất hiện khe nứt. Đối với cấu kiện chịu uốn thì σa được xác định như sau :
a s 1 M = A .Z σ
- Với Z1 là cánh tay đòn của nội ngẫu lực tại tiết diện có khe nứt (khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến trọng tâm vùng nén).
x
h
b
Hình 15: Cách xác định cánh tay đòn của nội ngẫu lực
- Cho phép lấy : (cm) => (kG/cm2)
•σo :Ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do trương nở bêtông. Đối với kết cấu nằm trên khô thì σo=0.
•µ : Hàm lượng cốt thép trong tiết diện.µ = 1,4%
•d : Đường kính cốt thép thanh. (d = 18 mm).
•Ea :Môdun đàn hồi của thép.Ea = 2,1.106 (kG/cm2)
0,07 (mm) < 0,08 (mm)
=> Kết luận:Thỏa mãn điều kiện về bề rộng vết nứt.
1.1.5 Tính toán cốt thép làm móc cẩu:
- Lực kéo của móc cẩu trong trường hợp cẩu lắp cọc: Kk = q.l Suy ra lực kéo ở 1 nhánh gần đúng:
(T)
- Cốt thép móc cẩu dùng thép AI.Diện tích cốt thép cần thiết: (m2) = (2,4 cm2)
Vậy chọn thép móc cẩu φ18 (As = 2,54cm2).
2.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc. 2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
PVL = ϕ . mb .(Rb.Fb + Rs.As) Trong đó:
•Rb , Rs :Tương ứng là cường độ chịu nén tính toán của Bêtông và của cốt thép. •Fb , As : Tương ứng là diện tích tiết diện cốt thép tính toán của Bêtông và của cốt
thép.Có : As = 20,36 (cm2) → Fb = 402 – 20,36 = 1579,64 (cm2).
• ϕ :Hệ số kể đến ảnh hưởng của uốn dọc. Với chiều dài đoạn cọc như đã chọn lấy ϕ = 0,95.
=> PVL = 0,95.0,85.(1450.0,158 +28000.20,36.10-4) = 231,1 (T)
2.1.2 Xác định nội lực tính toán cho các cấu kiện.
- Theo tiêu chuẩn Thiết kế Công trình bến và cảng biển 22TCN207-92 ,khi tính toán cấu kiện của cầu tàu theo trạng thái giới hạn thứ nhất,nội lực của các cấu kiện được xác định theo công thức:
Stt = kn . nc . n . md . S Trong đó:
• kn : Hệ số độ tin cậy,với công trình cấp II lấy kn = 1.2
• nc : Hệ số tổ hợp tải trọng,với tổ hợp cơ bản lấy nc = 1.
• n : Hệ số vượt tải,lấy n = 1.25
• md : Hệ số điều kiện làm việc,xét đến đặc điểm chịu lực thực tế của cấu kiện và một số giả thiết của sơ đồ tính toán.Láy chung md = 0,9.
• S :Nội lực danh nghĩa xác định được trong các cấu kiện.
- Từ đó ta xác định được các nội lực dùng để tính toán cốt thép cho các cấu kiện như sau:
Đối với dầm ngang:
Mmax = 1,1 x 1,0 x 1,25 x 0,9 x 25,74 = 38,22 (Tm) Mmin = 1,1 x 1,0 x 1,25 x 0,9 x (-33,59) = -49,88 (Tm) Qmax = 1.1 x 1.0 x 1.25 x 0.9 x 41,7 = 61,92 (T) Qmin = 1.1 x 1.0 x 1.25 x 0.9 x (-47,14) = -70,0 (T) Đối với cọc chịu nén lớn nhất :
Pmax = 1.1 x 1.0 x 1.25 x 0.9 x 88,77 = 109,85 (T) - Ta thấy PVL= 213,1 (T) > Pmax = 109,85 (T) => Cọc đủ SCT.
2.1.3 Sức chịu tải của cọc theo đất nền.
- Sức chịu tải của đất nền được xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng qua công thức sau:
Pgh = R.F + U∑hi.τi
F = 0,4.0,4 = 0,16 (m2) - Diện tích tiết diện cọc. U = 0,4.4 = 1,6 (m) - Chu vi cọc.
hi : Chiều dài tính toán cọc.
τi : Ma sát trung bình giữa lớp đất thứ i và cọc. Được xác định qua tra bảng IV.1/144 Sách Nền Móng – Phan Hồng Quân.
R : Sức kháng giới hạn của đất ở mũi cọc. Với Hm = 36 (m), mũi cọc đặt ở lớp đất cát hạt trung tra bảng IV.2/144 – Nền Móng của Phan Hồng Quân ta được R ≈ 4000kPa =4000 KN/m2 = 400 (T/m2) . Bảng 31: Lớp đất Tên đất hi(m) ϕ (°) γ (T/m3) τi (T/m2) 1 Bùn sét 10 5 1,6 0 2 Sét dẻo chảy 6 17 1,7 1,8 3 Cát hạt trung 20 20 1,8 7,6
Vậy ta có: Pgh = 400.0,16 + 1,6.(6.1,8 + 7.7,6) = 166,4 (T) SCT cho phép là: Pcp = = = 110,93 (T)
Ta có : Pcp = 110,93 (T) > Pmax = 109,85 (T) Vậy chọn chiều dài cọc là 36 (m).
2.Tính toán cốt thép dầm ngang và dầm dọc.
- Dầm khi tính toán được xem như dầm liên tục tục đặt trên các gối tựa là các cọc. Trong tính toán ta có tiết diện dầm ngang và dầm dọc như nhau và tiết diện của dầm ngang nguy hiểm hơn dầm dọc nên khi tính cốt thép dầm dọc ta lấy như cốt thép dầm ngang. Sử dụng bảng phụ lục 8/Giáo trình Kết cấu Bêtông Cốt thép-PGS,Ts Phan Quang Minh,NXB KHKT 2006 [1],đối với cấu kiện dầm được chế tạo từ bêtông cấp độ bền B25,nhóm cốt thép chịu lực AII và hệ số điều kiện làm việc γb2 = 1 ta có các hệ số : ξR = 0,595 ; αR = 0,418.
2.1 Tính toán cốt thép cho dầm ngang. 2.1.1 Với tiết diện chịu mômen âm.
- Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua. Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 80 x 100 (cm2).
Ta tính cốt thép cho dầm ngang với:
Ta có nội lực tính toán là :Mtt = 33,59 (Tm) Qtt = 47,14 (T)
Lấy ho = h – a với a = 5cm. => h0 = 100-5 = 95 (cm) - Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép: - Cũng theo công thức 4.12/[1] ta có :
αm0,418
=> Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hạn chế chiều cao vùng nén - Ta có : ζ= =0,9837
ξ = 2.(1 - ζ) = 2.(1 - 0,9837) = 0,0326 - Diện tích cốt thép dọc cần thiết tại gối:
- Với As = 12,83 cm2 sau khi kiểm tra thì không thỏa mãn điều kiện vết nứt. Vậy ta chọn lại diện tích cốt thép và bố trí 7ϕ25 (As = 34,36 cm2)
Suy ra hàm lượng cốt thép:
=> Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép.
2.1.2 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.
- Chiều rộng vết nứt an vuông góc với trục dầm được xác định theo tiêu chuẩn TCVN- 4116-85 như sau :
Trong đó :
k :Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện. Với dầm ngang chịu uốn lấy k= 1.0 η:Hệ số kể đến loại cốt thép.Với thép AII có gờ thì lấy η =1.0
Cg :Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng. Xem cấu kiện chịu tác động của tải trọng lâu dài lấy Cg = 1,3.
σa :Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại tiết diện xuất hiện khe nứt. Đối với cấu kiện chịu uốn thì σa được xác định như sau :
a s 1 M = A .Z σ
- Với Z1 là cánh tay đòn của nội ngẫu lực tại tiết diện có khe nứt (khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến trọng tâm vùng nén).
1 0 x Z = h - 2 - Cho phép lấy : 0 1 0 0 .h x Z = h = h 2 2 ξ − −
σo :Ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do trương nở bêtông. Đối với kết cấu nằm trên khô thì σo=0.
µ : Hàm lượng cốt thép trong tiết diện. d : Đường kính cốt thép thanh. (d = 22mm).
Ea :Môdun đàn hồi của thép.Ea = 2,1.106 (kG/cm2)=2,1.107T/m2
- Thay các số liệu vào ta có: M = 33,59 (Tm); d = 25 (mm); As = 34,36 (cm2); ho = 95 (cm); µ = 0,45%; ξ = 0.0326.
(T/m2) - Từ đó ta có:
= 0,08(mm) ≤ 0,08 (mm)
=> Kết luận: Vậy cốt thép thỏa mãn điều kiện vết nứt.
2.1.3 Tính toán cốt thép đai.
- Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất là tiết diện có lực cắt Qmax = 47,14 (T). - Điều kiện chịu cắt của bêtông khi không đặt cốt xiên:
Qmax < [Qchống cắt ] = 0,6Rbt.bho
Trong đó:
•Qmax : Lực cắt lớn nhất tại tiết diện tính toán.
•[Qchống cắt ] : Khả năng chống cắt cho phép của Bêtông.
•Rbt : Cường độ chịu kéo của Bêtông.
- Ta có : [Qchống cắt ] =Qbmin= 0,6Rbt.bho = 0,6 . 105 . 0,8 . 0,95 = 47,88 (T) Nhận xét : Qmax =47,14 (T) < [Qchống cắt ] = 47,88 (T)
- Do đó bản thân bêtông sẽ bị phá hủy bởi ứng suất kéo chính. Vậy phải tính toán cốt thép chịu lực cắt. Cốt đai được tính toán với cấu kiện dầm chịu tải trọng phân bố đều có Q = 40,91 (T).
Ta so sánh : với Q. Trong đó:
( với φb2 = 2 với bêtông nặng) Qb1=2x(Mbxq1)0.5 =2x(151,62x14,53)0.5 =93,87 (T) (T) (T)> Qmax= 47,14 (T) Ta có: (T)
- Ta chọn cốt đai Φ10 AI cốt đai có 4 nhánh: ta có khoảng cách giữa các cốt đai là: - Khoảng cách giữa các lớp cốt đai theo tính toán :
(m)
- Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai yêu cầu là: (m)
- Cách cốt thép theo cấu tạo là:
+ Không lớn hơn h/3 = 1000/3 = 330,3mm.
+ Trên các phần còn lại của nhịp thì ko lấy lớn hơn = 500cm. Vậy chọn sct =330mm=0,33m
Vậy chọn khoảng cách giữa các cốt đai là: s<=min( stt;smax;sct ) =330,3mm Vậy ta chọn cốt đai Φ10a300
2.1.4 Với tiết diện chịu mômen dương .
- Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua. Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 80 x 100 (cm).
- Ta tính cốt thép cho dầm ngang với: - Ta có nội lực tính toán là:
Mtt = 25,74 (Tm) Qtt = 41,7 (T)
- Lấy ho = h – a với a = 5cm. h0 = 100-5 = 95cm - Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép:
Cũng theo công thức 4.12/[1] ta có : αm0,418
=> Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hạn chế chiều cao vùng nén - Ta có : ζ= =0.9875
ξ = 2.(1 - ζ) = 2.(1 - 0,9875) = 0,0249 - Diện tích cốt thép dọc cần thiết tại gối:
- Với As= 9,36 cm2 sau khi kiểm tra thì không thoả mãn điều kiện vết nứt. Vậy chọn lại diện tích cốt thép. Chọn 7∅22 có As=30,41cm2
- Suy ra hàm lượng cốt thép:
=> Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép.
2.1.5 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.
- Chiều rộng vết nứt an vuông góc với trục dầm được xác định theo tiêu chuẩn TCVN- 4116-85 như sau :
Trong đó :
k :Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện. Với dầm ngang chịu uốn lấy k= 1.0 η:Hệ số kể đến loại cốt thép. Với thép AII có gờ thì lấy η =1.0
Cg :Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng. Xem cấu kiện chịu tác động của tải trọng lâu dài lấy Cg = 1,3.
σa :Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại tiết diện xuất hiện khe nứt. Đối với cấu kiện chịu uốn thì σa được xác định như sau :
a s 1 M = A .Z σ
- Với Z1 là cánh tay đòn của nội ngẫu lực tại tiết diện có khe nứt (khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến trọng tâm vùng nén).
- Cho phép lấy : 0 1 0 0 .h x Z = h = h 2 2 ξ − −
σo :Ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do trương nở bêtông. Đối với kết cấu nằm trên khô thì σo=0.
µ : Hàm lượng cốt thép trong tiết diện. d : Đường kính cốt thép thanh. (d = 22mm).
Ea :Môdun đàn hồi của thép.Ea = 2,1.106 (kG/cm2)=2,1.107T/m2
- Thay các số liệu vào ta có: M = 25,74 (Tm) ;d = 22 (mm) ;As = 30,41(cm2) ;ho = 95 (cm) ;µ = 0,4% ;ξ = 0.0249;
(mm) (T/m2) - Từ đó ta có:
= 0,066(mm) <0,08 (mm).
=> Kết luận:Vậy cốt thép thỏa mãn điều kiện về bề rộng vết nứt.
2.2 Tính toán cốt thép cho dầm dọc. 2.2.1Với tiết diện chịu mômen âm.
- Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua. Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 80