TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KẾT CẤU THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP  Giáo viên hướng dẫn :ĐỖ VĂN TRUNG  Sinh viên thực hiện :ĐỖ VĂN HUY  Mã sinh viên : 1005366  Lớp : XD CẦU ĐƯỜNG ÔTÔ & SÂN BAY K51 I. ĐỀ BÀI Thiết kế một dầm cầu đường ô tô nhịp giản đơn,bằng bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp đục riêng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước. II. CÁC SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH 1. Chiều dài nhịp: L =9 (m) 2. Hoạt tải: HL-93 3. Hệ số cấp đường : k =0,65 4. Bề rộng cánh chế tạo : b c =180 (cm) 5. Khoảng cách tim hai dầm : b c +40(cm) =220 (cm) 6. Tĩnh tải mặt cầu và bộ phận phụ rải đều: w DW =4 (kN/m) 7. Trọng lượng riêng của bê tông : γ c = 24.5 (kN/) 8. Hệ số phân bố ngang tính cho mô men : mg M =0,53 9. Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt: mg Q =0,51 10. Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng: mg =0,5 11. Độ võng cho phép của hoạt tải:  cp =L/800 + Cốt thép (theo ASTM 615M): f y =420(MPa) + Bê tông : f’ c =28 (MPa) 12. Tiêu chuẩn thiết kế : Quy trình thiết kế cầu : 22 TCN 272 – 05 III. NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ A. Phần thuyết minh: 1. Chọn mặt cắt ngang dầm. 2. Tính mô men , lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra. 3. Vẽ biểu đồ bao mô men, lực cắt do tải trọng gây ra. 4. Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp. 5. Tính toán bố trí cốt thép đai; 6. Tính toán kiểm soát nứt; 7. Tính toán độ võng do hoạt tải gây ra. 8. Xác định vị trí cắt cốt thép , vẽ biểu đồ bao vật liệu. B. Phần bản vẽ: 1) Vẽ mặt chính dầm , vẽ các mặt cắt ngang (tỷ lệ 1/10,1/20,1/25). 2) Vẽ Biểu đồ bao vật liệu. 3) triển khai cốt thép . 4) Khổ giấy A1. 5) thống kê vật liệu : thép ,bê tông    BÀI LÀM 1. SƠ BỘ TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM Mặt cắt ngang dầm chữ T bằng BTCT thường, cầu nhịp giản đơn trên đường ô tô thường có các kích thước tổng quát như sau: b f h 1 h h f h v1 h v2 b v2 b w b 1 b v1 MẶT CẮT NGANG DẦM 1.1. 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 lựa chọn giá trị này. Ở đây, chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp. Đối với cầu đường ô tô, nhịp giản đơn, ta có thể chọn sơ bộ theo kinh nghiệm như sau: .L=.9=(0.45 ÷ 1.125)m=(450÷1125)mm h min =0.07.L=0,07.9=0,63m=630mm Ta chọn h=800 mm. 1.2. 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 chiều rộng sườn 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 b w =200(mm). 1.3. 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 đinh h f ≥175mm. Theo kinh nghiệm, ta chọn h f =180mm. 1.4. Chiều rộng bản cánh b f Chiều rộng bản cánh là phần bản cánh được giả thiết chia đều cho các dầm chủ .Do đó theo điều kiên của đề bài cho ,Ta chọn chiều rộng bản cánh tính toán là b f =S=2200mm. 1.5. Kích thước bầu dầm b 1 , h 1   ! Kích thước bầu dầm phải căn cứ vào việc 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 vậy, ở đây ta chưa biết lượng cốt thép dọc chủ là bao nhiêu, nên ta phải chọn theo kinh nghiệm. Theo kinh nghiệm, ta chọn: b 1 =400mm; h 1 =200mm. 1.6. Kích thước các vút b v1 , h v1 , b v2 , h v2 Theo kinh ngiệm, ta chọn: b v1 =h v1 =100mm; b v2 =h v2 =150mm; Vậy ta có MCN dầm đã chọn như sau: MẶT CẮT ĐÃ CHỌN 1.7. Tính trọng lượng bản thân dầm Diện thích mặt cắt ngang dầm: A=2200x180+200x(800-180-200)+150x150+100x100+400x200=592500mm 2 =0.5925m 2 Trọng lượng bản thân 1m dài dầm: W DC =A.γ c =0.5925x 24,5= 14,51625 kN/m Trong đó: γ c =24,5kN/m 3 =Trọng lượng riêng của BTCT. 1.8. Xác định mặt cắt ngang tính toán a) xác định bề rộng cánh hữu hiệu Bề rộng cánh tính toán đối với dầm lấy giá trị số nhỏ nhất trong ba trị số sau: - = =2,25m=2250mm; - Khoảng cách tim giữa hai dầm S=2200mm - 12 lần bề dày cánh và bề rộng sườn dầm -   " Vậy bề rộng cánh hữu hiệu là =2.2 m=2200mm. (Chú ý: để thiên về an toàn ta có thể lấy ≤ b f ) b) quy đổi mặt cắt tính toán Để giản đơn cho việc tính toán thiết kế, ta quy đổi tiết diện dầm về tiết diện có kích thước giản đơn hơn theo nguyên tăc sau: Giữ nguyên chiều cao h, chiều rộng b e , b 1 , và chiều dày b w . Do đó ta có chiều dày bầu dầm và chiều dày bản cánh quy đổi như sau: Vậy mặt cắt dầm sau khi quy đổi là: MẶT CẮT QUY ĐỔI 2. TÍNH VÀ VẼ BIỂU ĐỒ BAO NỘI LỰC 2.1. Công thức tổng quát Mô men và lực cắt tại tiết diện bất kỳ được tính theo công thức sau: ● Đối với TTGHCĐ I: #$%&! w DC + 1,5 w DW + m gM (1,75 LL L + 1,75k.LL M (1+IM))] A Mi V i #$%'&! w DC + 1,5 w DW )A Vi + m gV (1,75 LL L + 1,75k.LL V (1+IM))] A 1,Vi ] ● Đối với TTGHSD: #(%( w DC + 1. w DW + m gM (1xLL L + 1.k.LL M (1+IM))] A Mi V i #(%'(w DC + 1.w DW )A Vi + m gV (1x LL L + 1.k.LL V (1+IM))] A 1,Vi ]   ) Trong đó : - LL L : tải trọng làn rải đều (9.3 KN/m) - LL M : hoạt tải tương đương ứng với đ.ả.h M tại mặt cắt i - LL V : hoạt tải tương đương ứng với đ.ả.h Q tại mặt cắt i - m gM : hệ số phân bố ngang tính cho mô men (đã tính cả hệ số làn xe m) - m gV : hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt (đã tính cả hệ số làn xe m) - w DC : trọng lượng dầm trên 1 đơn vị chiều dài - w DW : trọng lượng các lớp mặt cầu và các tiện ích công cộng trên 1 đơn vị chiều dài (tính cho 1 dầm) - 1+IM : hệ số xung kích - A Mi :diện tích đường ảnh hưởng Mi - A Vi :tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng Qi - A l,Vi :diện tích đường ảnh hưởng Qi (phần diện tích lớn) - k : hệ số cấp đường - $*+, /0123+45+6706895: $#$  ($ ; ($  <=(> • $  *+, ?0@5A2B5/C5D5+EFG • $ ; *+, ?0@5A2B5/C5D5+EH • $  *+, ?0@5A2B5/C56IJA2B56895:68G5:K+B06+L3(  Đối với trạng thái giới hạn sử dụng : $#  Đối với trạng thái giới hạn cường độ : $#=(> Bảng – lực xung kích IM Cấu kiện IM Mối nối bản mặt cầu và các trạng thái giới hạn 75% Tất cả các cấu kiện khác Trạng thái giới hạn mỏi và giòn Tất cả các trạng thái giới hạn khác 15% 25% 2.2. Tính mô men M Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn sẽ có chiều dài = 0.9m. Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ Đah M i tại các mặt cắt điểm chia như sau:    Ta lập bảng tính M i như sau: Mặt cắt xi(m) α ι A Mi (m 2 ) LL Mi truck (kN/m) LL Mi tandem (kN/m) M i CĐ (kN.m) M i SD (kN.m) 1 =(> =( "(M) )N(!=O )(>) !"M(MMO >(N 2 (O =(! M()O )(=M ))(NO )=(N" !NN()= 3 !(N =(" O(= )(>"M ))(=M ""(""N "M=(>"> 4 "(M =() >(N! "N(>MO )"(!"O M="()OO )=O(OMO 5 )( =( =(! ")(=== )!("N M!!(") )!!(!= Biểu đồ bao mô men ở TTGHCĐ như sau:   M !"M(MMO )=(N" ""(""N M="()OO M!!(") !"M(MMO )=(N"""(""NM="()OO BIỂU ĐỒ BAO M (kN.m) 2.3. Tính lực cắt V Đah V tại các mặt cắt điểm chia như sau: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Ðah Q 0 0,9 0,1 Ðah Q 1 0,8 0,2 Ðah Q 2 0,7 0,3 Ðah Q 3 0,4 0,6 Ðah Q 4 0,5 0,5 Ðah Q 5 Ta lập bảng tính V i như sau: mặt cắt X i (m) l i (m) A vi (m 2 ) A 1, vi (m 2 ) LL vi truck (kN/m) LL vi tandem (kN/m) V i CĐ (kN) V i SD (kN) 0 = > )( )( )>()= )(M"= !>(O)N >M(NO!   N 1 =(> O( "(M "(M) !(MO =(" !)"() M"()O 2 (O N(! !(N !(OO M("! M(! >M(O=" "(!= 3 !(N M(" (O !(!= M=(M)) M"()) =(N> >>(>O 4 "(M () =(> (M! M)()O) N!(OM) =("O" MN(M") 5 )( )( =(= (! MN("= O)(N)= M(="N "M(N) Biểu đồ bao lực cắt ở TTGHCĐ như sau: !>(O)N !)"() >M(O=" =(N> =("O" M(="N !>(O)N !)"() >M(O=" =(N> =("O" M(="N BIỂU ĐỒ BAO V (KN) 3.TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM Đây chính là bài toán tính A s và bố trí tiết diện dầm chữ T đặt cốt thép đơn, biết: h=800mm, b=b f = 2200mm, b w =200mm, h f =191mm, f y =420MPa, f c ’=28MPa, M u =M umax =M!!&")K(J. - Giả sử chiều cao có hiệu d s : Chiều cao có hiệu phụ thuộc vào lượng cốt thép dọc chủ và cách bố trí của chúng, ta sơ bộ lấy như sau: d s =(0,8÷0,9).h=(0,8÷0,9).800=(640÷720)mm. Giả định d s =700mm. - Giả sử TTH đi qua cánh, tính tiết diện hình chữ nhật có kích thước bxh=2200x800mm 2 . - Tính α J : α J ###=&=!N - Tính hệ số quy đổi biểu đồ ứng suất ,hệ số này được lấy như sau : β 1 = Với f c ’=28MPa ⇒β 1 =0,85 ;α :+ #=()!PQ 3 R#=&"N  α J Sα :+ #T/012:07/U5+?V/W5:X => ξ = 1- = 0,02733 => Chiều cao của khối ứng suất chữ nhật tương đương: a=ξ .d s =0.02733x700=19,131 mm   O =>Chiều cao vùng nén : c=a/ β 1 = 19,131 / 0.85= 22,507 mm < h f = 191mm , nên TTH đi qua cánh là đúng. Tính A s : = = = 2385 mm 2 Tính : 2385/(200x700)=0,017 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : ρ min =0,03.f c ’/f y =0,002 < ρ .vậy A s tính được là hợp lý . Sơ bộ chọn một số phương án cốt thép như sau: phương án đường kính (mm) Diện tích 1 thanh, mm2 số thanh A s (mm 2 ) 1 16 199 14 2786 2 19 284 10 2840 3 22 387 8 3096 Từ bảng trên, ta chọn Phương án 1 và bố trí vào mặt cắt như sau: SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỐT THÉP + Số thanh bố trí : 14 + Số hiệu thanh : #16 + Tổng diện tích cốt thép thực tế :2786 mm² Bố trí thành 4 hàng 4 cột  s w s A ρ= = b ×d  > 50 65 65 100 5010010010050 200 *) Kiểm tra lại tiết diện đã chọn: Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép: d 1 = = =138,571mm Tính d s : d s =h-d 1 =800-138,571=661,429mm Tính lại giá trị a: =22,348mm Chiều cao vùng nén c: c=a/ β 1 =22,348/0,85=26,291mm < h f => c/d s = 26,291/661,429 =0,0397 < 0.42 => đạt điều kiện lượng cốt thép tối đa. - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : : 2786/( 200x661,429) =0,021 ρ min =0,03.f c ’/f y =0,002 < ρ => đạt - Kiểm tra diều kiện cường độ : M r =� x M n = 0,9.0,85. f c ’.a.b.(d s – a/2) = 0,9x0,85x28x22,348x2200x(661,429 – 22,348/2) = 684,801 KN.m >M u = 622,341 KN.m Vì M r >M u ⇒ Vậy As chọn và bố trí như hình vẽ là đạt yêu cầu.  s y ' c A f a 0.85f b = = s w s A ρ= = b ×d  = [...]... ta xác định được vị trí cắt cốt thép dọc chủ và vẽ biểu đồ bao mô men vật liêu như sau: ĐỖ VĂN HUY – XD CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ SÂN BAY K51 15 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 236.668 410.573 533.337 603.488 622.341 316.780 418.154 519.064 684.801 VỊ TRÍ CẮT CỐT THÉP VÀ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU 5.TÍNH TOÁN CỐT THÉP ĐAI (TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT) 5.1 Xác định mặt cắt tính toán Ta chỉ tính toán cốt thép đai ở mặt cắt được coi... mãn 8 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP Ở BẢN CÁNH Xét 1m chiều dài bản cánh và tính như tiết diện chữ nhật có kích thước 1000mm x 180mm A TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CÔT THÉP 8.1 Trước khi đổ bê tông mặt cầu ta có sơ đồ tính sau : 1 w 2(s-b -0,4) Với Wdc= hfqd M-max γc.1=0,191 24,5 1=4,68kN/m ĐỖ VĂN HUY – XD CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ SÂN BAY K51 22 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Trong đó: γc : Trọng lượng riêng của bê tông ; γc=24,5kN/m... cắt, uốn các thanh cốt thép tại góc của cốt đai; - Chiều dài đoạn cốt thép cắt đi không nên quá nhỏ… 4.2 Lập các phương án cắt cốt thép Từ sơ đồ bố trí cốt dọc chủ tại mặt cắt giữa dầm, ta lập được bảng các phương án cắt cốt thép như sau: số lần cắt số thanh còn lại 0 14 1 As còn lại (mm2) vị trí TTH ds (mm) 2786 26.291287 qua cánh 661.429 760.890 684.801 10 1990 18.779490 qua cánh 698.000 576.718... ⇒Đạt Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: ĐỖ VĂN HUY – XD CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ SÂN BAY K51 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP = = = 0,11 ρ min ; Vậy lượng cốt thép tối thiểu thỏa mãn Vậy bố trí cốt thép phần bản mặt cầu như sau: 110 180 35 1000 35 25 100 2x400 100 B KIỂM SOÁT NỨT PHẦN CÁNH DẦM CỦA TIẾT DIỆN... cần tính toán hai giá trị d và 1 sẽ được sử dụng trong khi vẽ biểu đồ bao vật liệu: ĐỖ VĂN HUY – XD CẦU ĐƯỜNG Ô TÔ SÂN BAY K51 14 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Tính chiều dài triển khai của cốt thép chịu kéo d: trị số này thay đổi đối với từng thanh cốt thép chịu kéo, nhưng ở đây để dơn giản ta chỉ tính với hai thanh cốt thép ở phía trong và ở hàng trên cùng và sử dụng cho tất cả các thanh cốt thép khác:... : bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao dv (mm) dv : chiều cao mặt cắt hữu hiệu (mm) s : cự ly cốt thép đai (mm) β :hệ số khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo tra đồ thị và bảng θ :góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định bằng tra đồ thị và bảng (độ) Av : diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm 2) Vs : sức chống cắt của cốt thép đai Vc... cắt đã nứt KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP  Tính toán kiểm soát nứt Công thức kiểm tra : fs ≤ fsa = min ( ; 0,6fy ) a) xác định ứng suất khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng : fs ≤ fsa = min ( ; 0,6fy ) Ta có : Z: Thông số bề rộng vết nứt ,xét trong điều kiện bình thường Z = 30000 N/mm dc = 35mm A : Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với đám cốt thép chủ chịu kéo và... MPa Vậy tiết diện bị nứt 6.2 tính toán kiểm soat nứt a Xác định ứng 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 + A : Diện tích b tông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và bao bởi các mặt...11 KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 4 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CẮT CỐT THÉP DỌC CHỦ, VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU 4.1 Lý do cắt và nguyên tắc cắt cốt thép Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mô men lớn nhất (mặt cắt giữa dầm) sẽ được lần lượt cắt bớt đi sao cho phù hợp với hình bao... 698.000 576.718 519.064 2 8 1592 15.023592 qua cánh 701.250 464.615 418.154 3 6 11.26769 4 qua cánh 706.667 351.978 316.780 1194 c (mm) Mn (kN.m) 4.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, vẽ biểu đồ bao vật liệu a) Hiệu chỉnh biểu đồ bao mô men Do điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu : Mr ≥ min (1,2Mcr ;1,33Mu ) nên khi Mu ≤ 0,9Mcr thì điều kiện lượng cốt thép tối thiểu sẽ là Mr ≥ 1,33Mu điều này có . M!!(") "M(NO= )O() >(=M) MO)(O= VỊ TRÍ CẮT CỐT THÉP VÀ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU 5.TÍNH TOÁN CỐT THÉP ĐAI (TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT) 5.1. Xác định mặt cắt tính toán Ta chỉ tính toán cốt thép đai ở mặt cắt được coi là. thanh cốt thép tại góc của cốt đai; - Chiều dài đoạn cốt thép cắt đi không nên quá nhỏ… 4.2. Lập các phương án cắt cốt thép Từ sơ đồ bố trí cốt dọc chủ tại mặt cắt giữa dầm, ta lập được bảng các. h f =180mm. 1.4. Chiều rộng bản cánh b f Chiều rộng bản cánh là phần bản cánh được giả thiết chia đều cho các dầm chủ .Do đó theo điều kiên của đề bài cho ,Ta chọn chiều rộng bản cánh tính toán là b f =S=2200mm.