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 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 =9 (m) 2. Hoạt tải xe ô tô thiết kế HL-93 3. Hệ số triết giảm của HL-93 (hệ số cấp đường) k =1 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 =5 (kN/m) 7. Hệ số phân bố ngang tính cho mô men mg M =0,48 8. Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt mg Q =0,52 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 =30 (MPa) 12. Cốt thép (chịu lực và cấu tạo) theo ASTM A615M f y =280 (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; Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu 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; - 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 125.145.0 ÷= - 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 I.2.Bề rộng sườn dầm:b w Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu 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). 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 : ( ) )(1600160 mmcmb 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 = 330 (mm). h 1 = 190 (mm). I.6.Kích thước các vát : 2121 ,,, vvvv bbhh Theo kinh nghiệm ta chọn: ( ) mmhb vv 100 22 == ( ) mmhb vv 65 11 == Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 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 5629.033,019,02.019,018,01065,0065,01,01,018,02 mA =×+×−−+×+×+×= Trọng lượng bản thân 1m dài dầm: ( ) mkNAw btdc /79,135,245629,0 =×=×= 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 Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu Vì thế bề rộng cánh hữu hiệu là b e = 160 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 14.187 2001600 100100 180 2 222 ' = − × += − × += − += - Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm: 2 1 125,21 2 1 5,65,6 cmS =××= - Chiều cao bầu dầm mới: mm bb hb h bb S hh w vv w 5,222 200330 6565 190 2 1 11 1 1 1 1 ' 1 = − × += − × += − += Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu 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: Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu 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) 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: Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau trên mỗi đoạn sẽ có chiều dài bằng 0.9 m 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 0.81 1.44 1.89 2.16 2.25 Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu Bảng giá trị mômen Mặt cắt x i (m) α i A Mi (m 2 ) LL truck Mi (kN/m) LL den Mi tan (kN/m) M CĐ i (kN/m) M SD i (KNm) 1 0.9 0.1 3.645 47.208 0 45.1940 224.2832 6 151.8732 2 1.8 0.2 6.48 45.016 0 44.758 0 389.5161 8 264.4572 3 2.7 0.3 8.505 41.9440 44.106 0 506.2218 5 344.0816 4 3.6 0.4 9.72 37.9920 43.238 0 573.0689 4 389.9457 5 4.5 0.5 10.125 34.040 0 42.370 0 591.24857 402.7659 Ta vẽ biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ 591.24 5 7 3 . 0 7 5 0 6 . 2 2 3 8 9 . 2 2 2 2 4 . 2 8 5 7 3 . 0 7 5 0 6 . 2 2 3 8 9 . 2 2 2 2 4 . 2 8 Biểu đồ bao momen M (kN.m) Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 Bộ Môn Kết Cấu 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 Mặt cắt Xi (m) Li (m) A Vi,1 (m2) A Vi (m2) LL truck Vi (kN/m) LL den Vi tan (kN/m) V CĐ i (KN) V SD i (KN) 0 0 9 4.5 4.5 49.4 45.63 298.082 7 200.2435 Phạm Đình Khơi Lớp CTGTCC_K51 [...]... 642,86( KNm) r Như vậy Mr > Mu = 591,24(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 Phạm Đình Khơi CTGTCC_K51 Lớp 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... 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: As còn lại c Số Số (mm2 (mm Mn Mr lần thanh ) ) Vị trí ds (mm) (kN) (kN) 1 10 2840 Qua 23,3 cánh 714, 642,8 1 908 28 6 2 8 2272 Qua 18,6 cánh 911,2... khoảng cách từ cánh tay đòn của ngẩu lực + 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 + ϕ :Hệ số sức kháng cắt,với b tông thường ϕ =0,9 + Av:Diện tích cốt thép bị cắt... trong cốt thép: + Mô đun đàn hồi của bê tông : 1 Ec = 0,043 × γ c ,5 × f c' = 0,043 × 24501,5 × 30 = 28561,32( MPa) + Mô đun đàn hồi của thép: Es=2 x105 (MPa) Tỷ lệ môđun đàn hồi giữa cốt thép và bê tông: Es 2 × 105 n= = = 7,002 Ec 28561,32 ⇒ Lấy n = 7 Giả sử trục trung hoà đi qua cánh dầm, ta có sơ đồ ứng suất, biến dạng và tiết diện quy đổi như sau : Phạm Đình Khơi CTGTCC_K51 Lớp Bộ Môn Kết Cấu Ð... đường kính thanh 19 Phạm Đình Khơi CTGTCC_K51 Lớp 591,24 Bộ Môn Kết Cấu Vậy ta chọn ldb = 319,2 (mm) +Hệ số điều chỉnh làm tăng ld : 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... CTGTCC_K51 Lớp Bộ Môn Kết Cấu 1 f ⇒ fmax < L ×   = 9000 × = 11,25(mm) ⇒ dưới tác dụng của 800 l  tải trọng dầm bị võng xuống nhưng độ võng không quá lớn, theo 22TCN-272-05 chấp nhận được VIII 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 800mm x 187,14mm A TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CÔT THÉP VIII.1 Trước khi đổ bê tông mặt cầu ta có sơ đồ tính sau... nên As tính được là hợp lý * Phương án chọn và bố trí thép: Phạm Đình Khơi CTGTCC_K51 Lớp Bộ Môn Kết Cấu Phương án 1 + + + + # Ft(m m2 ) 199 Số thanh 14 1 6 2 1 284 10 9 3 2 387 8 2 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 mm2 Bố trí thành 3 hàng, 4 cột Ftt(mm 2 ) 2786 2840 3096 Sơ đồ bố trí cốt thép * Kiểm tra lại tiết diện: As =... 911,2 574, 517,5 5 5 66 1 3 6 1704 Qua 13,9 cánh 434, 391,1 8 917 58 1 IV.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, vẽ biểu đồ bao vật liệu *Hiệu chỉnh biểu đồ bao momen: Để đảm bảo điều kiện về lượng cốt thép tối thiểu ta hiệu chỉnh như sau: Phạm Đình Khơi CTGTCC_K51 Lớp Bộ Môn Kết Cấu Ig y Mcr = fr t Trong đó: fr: Cường độ chịu kéo khi uốn (MPa).Với bê tông tỷ trọng thường có thể lấy: fr = 0,63 ×... CTGTCC_K51 Lớp Bộ Môn Kết Cấu 402,76.106 ⇒ fs = 7 × × ( 861,7 − 92 ) = 164,64( MPa) 13,18 × 109 f s = 164,64 (MPa) < f sa = 168 (MPa) ⇒ Dầm đảm bảo điều kiện nứt VII.TÍNH ĐỘ VÕNG: Xác định vị trí bất lợi nhất của xe tải thiết kế: Trường hợp 1: Có ba trục trong nhịp Phạm Đình Khơi CTGTCC_K51 Lớp Bộ Môn Kết Cấu 145KN 145KN 4,3m x 35KN 4,3m L/2 L/2 L Đah y1/2 Độ võng tại giữa nhịp do xe tải thiết kế khi trục... chảy quy định với cốt thép đai dv = 911,15 (mm) Vs = 408401,343 (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 × 280 × 911,15 × cot g 38,230 S≤ = 401,18(mm) 114627,149 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: . 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 I. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế một dầm chủ mặt cắt chữ. 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 Lớp CTGTCC_K51 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