Bộ Môn Kết Cấu TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KẾT CẤU ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn :Đỗ Văn Trung Sinh viên thực hiện :Lê Chí Cường Mã sinh viên :1201539 Lớp : CT Giao thong Thủy-K53 I. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế một dầm chủ mặt cắt chữ T, cầu nhịp giản đơn trên đường bộ, bằng BTCT thường, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường. II. CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC 1. Chiều dài nhịp dầm L =11 (m) 2. Hoạt tải xe ô tô thiết kế HL-93 3. Hệ số triết giảm của HL-93 (hệ số cấp đường) k =0,65 4. Bề rộng chế tạo cánh b f =160 (cm) 5. Khoảng cách giữa các dầm chủ S =200 (cm) 6. Lớp tĩnh tải phủ mặt cầu và các tiện ích w DW =8 (kN/m) 7. Hệ số phân bố ngang tính cho mô men mg M =0,53 8. Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt mg Q =0,55 9. Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng mg D =0,5 10. Độ võng cho phép của hoạt tải  cp =L/800 11. Bê tông có f’ c =28 (MPa) 12. Cốt thép (chịu lực và cấu tạo) theo ASTM A615M f y =420 (MPa) 13. Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 272 – 05 III. NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ A. Phần thuyết minh: 1) Sơ bộ tính toán, chọn kích thước mặt cắt ngang dầm; 2) Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực bằng phương pháp đường ảnh hưởng; 3) Tính toán, bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt giữa dầm; 4) Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biều đồ bao vật liệu; 5) Tính toán bố trí cốt thép đai; 6) Tính toán kiểm soát nứt; 7) Tính toán kiểm soát độ võng dầm do hoạt tải. 8) Tính toán bố trí cốt thép bản cánh. B. Phần bản vẽ: 1) Mặt chính dầm, các mặt cắt ngang đặc trưng; 2) Biểu đồ bao vật liệu; 3) Tách chi tiết các thanh cốt thép, bảng thống kê vật liệu dầm, các ghi chú nếu có; 4) Bản vẽ thể hiện trên khổ giấy A3 hoặc A1. Ghi chú: - Đồ án phải trình bày sạch sẽ, rõ ràng; đóng kèm theo đầu bài được giao; Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu - Thuyết minh phải viết dưới dạng tường minh (trừ một số bảng biểu). Bài Làm I-XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM: Mặt cắt ngang dầm chữ T bằng BTCT thường, cầu nhịp giản đơn trên đường ôtô thường có các kích thước tổng quát như sau: h f b W b 1 h b f b V2 h V2 b V1 h V1 I.1.Chiều cao dầm h: - Chiều cao của dầm chủ có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi chọn giá trị này. Ở đây chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp. Đối với cầu đường ô tô, nhịp giản đơn ta có thể chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm như sau: Lh       ÷= 8 1 20 1 ( ) mh 375.155.0 ÷= - Chiều cao nhỏ nhất theo quy định của quy trình: ( ) mlh 63.0907.007.0 min =×=×= Trên cơ sở đó sơ bộ chọn chiều cao dầm : h=1 m = 1000 mm I.2.Bề rộng sườn dầm:b w Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy nhiên ở đây ta chọn bề rộng sườn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm. Chiều rộng b w này được chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bê tông với chất lượng tốt. Theo yêu cầu đó ta chọn chiều rộng sườn dầm bw = 200(mm). Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu I.3.Chiều dày bản cánh: h f Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác. Tiêu chuẩn quy định: h f ≥ 175 mm Theo kinh nghiệm h f = 180(mm). I.4.Bề rộng bản cánh: f b Chiều rộng bản cánh được giả thiết chia đều cho các dầm chủ. Do đó theo điều kiện đề bài cho, ta chọn : )(2000)(1600 mmvàSmmb f == I.5.Chọn kích thước bầu dầm: b l , h l Kích thước bầu dầm phải căn cứ vào ciệc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắt dầm quyết định ( số lượng thanh, khoảng cách giữa các thanh, bề dày lớp bê tông bảo vệ). Tuy nhiên ở đây ta chưa biết số lượng thanh cốt thép dọc chủ là bao nhiêu, nên ta phải chọn theo kinh nghiệm. Theo kinh nghiệm ta chọn: b 1 = 400 (mm). h 1 = 210 (mm). I.6.Kích thước các vát : 2121 ,,, vvvv bbhh Theo kinh nghiệm ta chọn: ( ) mmhb vv 100 22 == ( ) mmhb vv 150 11 == Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu Mặt cắt ngang dầm đã chọn I.7. Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài: Diện tích mặt cắt dầm: ( ) 2 5265.04,021,02.021,016,0101515,01,01,018,06,1 mA =×+×−−+×+×+×= Trọng lượng bản thân 1m dài dầm: ( ) mkNAw btdc /9,125,245265,0 =×=×= γ Trong đó: γ = 24,5kN/m 3 : Tỷ trọng của bê tông. * Xác định bề rộng cánh tính toán: Bề rộng cánh tính toán đối với dầm bên trong không lấy quá trị số nhỏ nhất trong ba trị số sau: - ml 25,2 4 9 4 1 == với L là chiều dài nhịp. - Khoảng cách tim giữa 2 dầm: S = 200cm. - 12 lần bề dầy cánh và bề rộng sườn dầm:. cmbh wf 2362181212 =+×=+ - Và bề rộng cánh tính toán cũng không được lớn hơn bề rộng cánh chế tạo:b f = 160 cm Vì thế bề rộng cánh hữu hiệu là b e = 200 cm. * Quy đổi tiết diện tính toán: Để đơn giản cho tính toán thiết kế, ta quy đổi tiết diện dầm có kích thước đơn giản theo nguyên tắc: giữ nguyên chiều cao dầm h, chiều rộng b e , b 1 , và chiều dày b w . Ta có: - Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh: 2 2 50 2 1 1010 cmS =××= - Chiều dày cánh quy đổi: mm bb hb h bb S hh we vv f we ff 5.192 2002000 150150 180 2 222 ' = − × += − × += − += - Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm: 2 1 5,112 2 1 1515 cmS =××= Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu - Chiều cao bầu dầm mới: mm bb hb h bb S hh w vv w 260 200400 1515 210 2 1 11 1 1 1 1 ' 1 = − × += − × += − += II- XÁC ĐỊNH VÀ VẼ BIỂU ĐỒ BAO NỘI LỰC: II.1. Công thức tổng quát: Mômen và lực cắt tại tiết diện bất kỳ được tính theo công sau: • Đối với Trạng thái giới hạn cường độ: M i = η {1.25w DC +1.50w DW + mg M [1.75LL L +1.75mLL Mi (1 + IM)]}A Mi V i = η {(1.25w DC +1.50w DW )A Vi + mg V [1.75LL L +1.75mLL Vi (1+IM)]A 1,Vi } • Đối với Trạng thái giới hạn sử dụng: -M i = 1.0{1.0w DC + 1.0w DW + mg M [1.0LL L + 1.0mLL Mi (1 + IM)]}A Mi -V i = 1.0{(1.0w DC + 1.0w DW )A Vi + mg V [1.0LL L + 1.0mLL Vi (1 + IM)]A 1,Vi } Trong đó: w dw , w dc : Tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm (kN.m) Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu A Mi : Diện tích đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt thứ i. A Vi : Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt. A 1,Vi : Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh hưởng lực cắt. LL M : Hoạt tải tương ứng với đ.ả.h mômen tại mặt cắt thứ i. LL Q : Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt thứ i. mg M , mg Q : Hệ số phân bố ngang tính cho mụmen, lực cắt. LL M =9,3 KN/m : Tải trọng làn rải đều (1+IM)=(1+0,75) : Hệ số xung kích. η: Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức: 95,0≥××= lRd ηηηη Với đường quốc lộ và trạng thỏi giới hạn cường độ: η d =0,95; η R =1,05; η l =0,95 Với trạnh thỏi giới hạn sử dụng η = 1. II.2. Tính mômen M: Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau trên mỗi đoạn sẽ có chiều dài bằng 1,1m Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ Đường ảnh hưởng Mi tại các mặt cắt điểm chia như sau: Bảng tung độ đường ảnh hưởng: y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 0.99 1.76 2,31 2.64 2.75 Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu Bảng giá trị mômen Mặt cắt xi(m) a i A Mi LL Mi truck LL Mi tanden M i CĐ M i SD m2 kN/m kN/m kN.m kN.m 1 1,1 0,1 5,445 41,8820 37,5280 353,36 238,8378 2 2,2 0,2 9,68 39,9540 37,2360 614,83442 416,5637 3 3,3 0,3 12,705 37,8920 36,8000 788,21487 535,4585 4 4,4 0,4 14,52 35,6960 36,2200 883,43643 601,4981 5 5,5 0,5 15,125 33,5000 35,6400 913,96592 622,7828 Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu Biểu đồ bao momen M (kN.m) II.3 Tính lực cắt V: Đường ảnh hưởng V tại các mặt cắt điểm chia như sau: 0,2 0,8 §ah Q4 §ah Q5 §ah Q3 §ah Q2 §ah Q1 0 9874 531 2 10 §ah Q0 0,9 1 0,1 0,3 0,7 0,4 0,6 0,5 0,5 + + + + + + - - - - - Bảng giá trị lực cắt Ta vẽ biểu đồ bao lực cắt ở trạng thái giới hạn cường độ: Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu Mặt cắt xi(m) li(m) A vi A 1.vi LL vi truck LL vi tandem V i CĐ V i SD m2 m2 kN/m kN/m kN kN 0 0 11 5,5 5,5 43,81 37,82 372,7311 250,7551 1 1,1 9,9 4,4 4,455 46,799 41,787 310,3356 207,9128 2 2,2 8,8 3,3 3,52 50,124 46,68 249,1818 165,8174 3 3,3 7,7 2,2 2,695 54,337 52,857 190,49 125,2029 4 4,4 6,6 1,1 1,98 59,258 60,882 135,7844 86,98603 5 5,5 5,5 0 1,375 64,075 71,72 84,95658 51,1017 III-TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM: Đây chính là bài toán tính A S và bố trí của diện tích chữ nhật T đặt cốt thép đơn, biết: h = 1000 mm b = 2000 mm b w = 200 mm h f = 192,5 mm f y = 420 Mpa f c ’ = 28 Mpa M u = M u max 913,966 kN.m Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm: Chiều cao hữu hiệu phụ thuộc vào lượng cốt thép dọc chủ và cách bố trí của chúng, ta chọn sơ bộ như sau: d s = (0,8 ÷ 0,9)h = 800 ÷ 900 mm. Ta chọn d s = 900 (mm). Giả thiết cốt thép đã chảy dẻo f s = f y . Giả sử TTH đi qua cánh, tính như tiết diện hình chữ nhật có kích thước bxh = 1600x1000 mm 2 Tính a: Với f ' c = 28 Mpa. Ta có: β 1 = 0.85 Từ phương trình: M u ≤ φ*M n = φ*0.85a*b*f c ’*(d s - ) Xét khi dấu đẳng thức xảy ra ta có: Với hệ số sức kháng uốn với BTCT thường φ = 0.9 Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu ghm ghghgh s cf u m dbf M αα ββξξα α <=> =−=−= = × = ××××Φ = 293,0)42,0.5,01(42,0)5,01( 0263.0 900.2000.28.85,0.9,0 10966,913 85,0 11 2 6 2' )(02,24)0263,021(1.(900).211(. mmdda sms =×−−=−−== αξ - Khoảng cách từ TTH đến thớ ngoài cùng chịu nén c = = 85.0 02,24 =28,26 mm - Vậy c < h f nên TTH đi qua cánh là đúng. - Diện tích cốt thép cần thiết A s : A s = 2 ' 9,2722 420 28200002,2485,085,0 mm f fba y c = ××× = ××× Tính: 0151,0 900200 9,2722 . = × == sw s db A ρ 002,0 420 28 03,003,0 ' min =×=×= y c f f ρ Vậy ρ ≥ ρ min nên A s tính được là hợp lý. * Phương án chọn và bố trí thép: Phương án # F t (mm 2 ) Số thanh F tt (mm 2 ) 1 16 199 16 3184 2 19 284 10 2840 3 22 387 8 3096 Từ bảng trên ta chọn phương án 2 + Số thanh bố trí: 10 + Số hiệu thanh : #19 + Tổng diện tích cốt thép thực tế: 2840 mm 2 + Bố trí thành 3 hàng, 4 cột Sơ đồ bố trí cốt thép Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 [...]... chiều dài triển khai cốt thép phải được nhân với hệ sau đây hoặc các hệ số được coi là thích hợp: - Cốt thép nằm ngang ở đỉnh hoặc gần nằm ngang được đặt sao cho có trên 300 mm bê tông tươi được đổ bê tông dưới cốt thép: 1.4 - Với các thanh có lớp bảo vệ db hoặc nhỏ hơn với khoảng cách tịnh 2db hoặc nhỏ hơn:2 => Vậy hệ số điều chỉnh làm tăng = 1 +Hệ số điều chỉnh làm giảm ld: - Cốt thép được phát triển... s(mm):Cự ly cốt thép đai + θ:Hệ số chỉ khả năng của b tông bị nứt chộo truyền kực kộo + β:Góc nghiêng của ứng suất nén chéo + θ,β được xác định bằng cách tra đồ thị và tra bảng + α :Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc, bố trí cốt thép đai vuông góc với trục dầm nên α = 90o Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu + ϕ :Hệ số sức kháng cắt,với b tông thường ϕ =0,9 + Av:Diện tích cốt thép bị cắt... lần nên chọn là ít nhất (thường là 1 đến 2 thanh) - Không được cắt, uốn các thanh cốt thép tại góc của cốt đai - Tại một mặt cắt không được cắt 2 thanh cạnh nhau - Chiều dài cốt thép cắt đi không nên quá nhỏ IV.2 Lập các phương án cắt cốt thép Từ sơ đồ bố trí cốt thép tại mặt cắt giữa dầm, ta lập bảng các phương án cắt cốt thép như sau: Số Số As cọn lần thanh lại c Vị trí ds Mn Mr cắt còn lai mm2 mm TTH... không cần cốt thép dài hơn Do vậy điểm cắt lý thuyết chính là giao điểm giữa biểu đồ bao mômen Mu đã hiệu chỉnh và biểu đồ Mr = φMn *Xác định điểm cắt thực tế: - Tính chiều dài phát triển lực của cốt thép chịu kéo l d: Trị số này thay đổi với từng thanh cốt thép chịu kéo, nhưng ở đây để đơn giản ta chỉ tính với hai thanh cốt thép phía trong và ở hàng trên và sử dụng cho tất cả các thanh cốt thép khác... đai dv = 889 (mm) Vs = 209108,3 (N) Av :Diện tích cốt thép đai (mm2) Chọn cốt thép đai là thanh số 10 ⇒ d = 9,5 (mm) Diện tích mặt cắt ngang cốt đai là: Av = 2 × 71 = 142 (mm2) Vậy ta tính được: 142 × 420 × 889 × cot g 40,14710 S≤ = 300,6( mm) 209108,3 Ta chọn khoảng chọn bố trí cốt đai là: S = 200 (mm) -Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu: Lượng cốt thép đai tối thiểu: bS 200 × 200 Av ≥ Avmin = 0,083... f s ≤ f sa Trong dó: fsa là khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng:   Z   f sa = min  ;0,6 f y  1/ 3  ( d c × A)    + dc:Chiều cao phần b tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm thanh gần nhất,theo bố trí cốt thép dọc ta có dc = 50( mm) +A: Diện tích phần b tông có cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo và được bao bởi các mặt của cắt ngang và đường... Như vậy Mr > Mu = 913,966(KNm) nên dầm đủ khả năng chịu momen Kết luận: Chọn As và bố trí cốt thép như hình vẽ trên là đạt yêu cầu Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu IV-XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CẮT CỐT THÉP DỌC CHỦ,VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU : IV.1 Lý do cắt và nguyên tắc cắt cốt thép Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có momen lớn nhất (mặt cắt giữa dầm) sẽ được lần lượt bớt... chịu lực cắt của b tông: Vc = 0,083 × β × f c' × d v × bv = 0,083 × 1,90536 × 28 × 889 × 200 = 148787,3( N ) - Khả năng chịu lực cắt danh định cần thiết của cốt thép đai: Vu 322,106 ×103 Vs = Vn − Vc = − Vc = − 148787,3 = 209108,3( N ) ϕ 0,9 -Xác định khoảng cách bố trí cốt thép đai lớn nhất: Av × f y × d v × cot gθ S≤ Vs f y = 420 (MPa) = 420 (N/mm2):Giới hạn chảy quy định với cốt thép đai dv = 889... thiết đúng 0,85 β1 *Kiểm tra lại điều kiện chảy dẻo của cốt thép: ε s = 0,003 εy = ds − c = 0,003 × 890 −,29, 48 = 0.0875 29 48 c fy 420 = = 0,002 Es 2 ×105 Ta thấy, εs>εy ⇒ thỏa mãn điều kiện chảy dẻo của cốt thép *Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: c 29,48 = = 0,033 ≤ 0,42 ⇒ Thỏa mãn ds 890 Lê Chí Cường Lớp CTGTT_K53 Bộ Môn Kết Cấu *Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: Với tiết diện chữ T: ρ = As 2840 = =... lần lượt từ trên xuống, từ trong ra ngoài - Các cốt thép được cắt bỏ cũng như các cốt thép còn lại trên mặt cắt phải đối xứng qua mặt phẳng uốn của dầm (tức là mặt phẳng thẳng đứng đi qua trọng tâm của dầm) - Đối với dầm giản đơn ít nhất phải có một phần ba số thanh cốt thép cần thiết ở mặt cắt giữa nhịp được kéo về neo ở gần gối dầm - Số lượng thanh cốt thép cắt đi cho mỗi lần nên chọn là ít nhất (thường