ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP A   TÀI LIỆU THIẾT KẾ Số liệu riêng:    Số liệu  Chiều dài  L (m)  26  24  Bề rộng  B (m)  3.3  Hmax  (m)  1.9  Mác bê  tông  M200  Nhóm thép  Số nhịp  CII  6                  Hình – Mặt cắt dọc cầu máng  Thân máng; Trụ đỡ; Nối tiếp  Hình – Mặt cắt ngang máng   B  1 - Lề người đi  2 – Vách máng  H 3 – đáy máng   4 – Dầm đỡ dọc máng  5 – Khung đỡ (không tính toán trong đồ án)   Số liệu chung: Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng:  = 0,5m                               Tải trọng gió: qg = 1,2 kN/m2                 Gió đẩy: Hệ số kgió đẩy = 0,8                                     Gió hút: Hệ số kgió hút = 0,6                Cầu máng thuộc công trình cấp III                          Dung trọng bê tông: b = 25 kN/m3  Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500  Bề rộng vết nứt giới hạn: angh = 0,24 mm               Tải trọng người đi:qng=200 kG/m 2= kN/m2     Từ các số liệu đã cho , tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta  có:  Kn=1,15; Rn= 90 daN/cm2; Rk=7.5 daN/cm 2 ; Rkc = 11.5daN/cm2 ;Rnc = 115 daN/cm 2;  mb= 1; m b4=0,9; ma=1,1; Ra = R’a = 2700 daN/cm2 ; α0= 0,6 ; A0= 0,42 ;Ea= 2.100.000  daN/cm2 ; Eb= 2.4.105 daN/cm2 ; n=Ea/Eb= 8,75 ; µmin= 0,1 %  ;  B THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải  trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian thi công. Tuy nhiên, trong phạm đồ án này chỉ  tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng Trình tự thiết kế phận: Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu:   Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đổi        dọc theo chiều dòng chảy. Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta  cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng. Đối với dầm đỡ,  sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp.  Xác định tải trọng các dụng:  Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm     tra nứt, tính bề rộng vết nứt  và tính độ võng.  Tải trọng tính toán : qtt = qc.nt (với n t là hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của  trạng thái giới hạn I : Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép  ngang bao gồm cốt đai và cốt xiên (nếu cần).  Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính  kết cấu.  Tính toán và bố trí thép:  Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có Mmax . Đối với các bộ phận kết cấu  dạng bản lề (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m  Kiểm tra và tính toán cốt ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần ) tại cá  mặt cắt có Qmax theo phương pháp trạng thái giới hạn.  Kiểm tra nứt:  Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có Mmax. Với những mặt cắt không cho phép xuát hiện khe  nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục. Với những mặt cắt cho phép xuất hiện  khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu an angh , đưa ra giải pháp khắc phục.  Tính đọ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l [f/l] thì đưa ra giải  pháp khắc phục.  I LỀ NGƯỜI ĐI 1.1 Sơ dồ tính toán Cắt 1m dài lề người đi theo chiều dọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người đi như một  dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề là 1m. Chiều dày lề thay đổi dần  8÷12cm  12 80 cm 80 cm Hình 1.1 – Sơ đồ tính toán lề người đi.  1.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc của lề người đi, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề bao gồm:  a Trọng lượng than (qbt): q cbt = b.h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m b Tải trọng người (q ng): qcng = 2.1m = 2kN/m.  Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi :   q = nbt.qcbt + nng.qcng = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m.  Trong đó: nbt = 1,05; nng = 1,2 – hệ số vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người đi  theo TCVN 4116-85.  1.3 Xác định nội lực - 4,02 1,608 q = 5,025 kN/m M kNm Q kN Hình 1.2 – Biểu đồ nội lực lề người 1.4 Tính toán bố trí cốt thép a Tính toán bố trí cốt thép dọc Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt có mô mêm uốn lớn nhất (mặt cắt  ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn  a = 2cm, h0 = h – a = 8cm A =  k n n c M 1,15.1.16080 =     =  0,032  1.90.100.82 m b R n b.h A = 0,032  µminbh0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm 2.  1,1.2700 m a R a Chọn và bố trí cốt thép chịu lực : 5 8/1m ( 2,51 cm2) theo phương vuông góc với  phương dòng chảy.   Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực :4 8/1m (2,01 cm 2).  b Tính toán bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang tại mặt cắt có Qmax = 4,02kN = 402 daN.  k1.m b4.Rk.b.h 0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN.  k1= 0,8 đối với kết cấu bảng.   kn.n c.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN.  kn.n c.Q  Không cần đặt cốt ngang.    8 a=200 8 a=250   Hình 1.3 – Bố trí thép lề người II Vách máng 2.1 Sơ đồ tính toán Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều  dài máng, vách máng được tính toán  như một dầm công xôn ngàm tại đáy  máng và dầm dọc.   12 cm Chiều cao vách:   2,4 Hv = Hmax +  = 1,9 + 0,5 = 2,4 m.    - độ vượt cao an toàn , lấy   = 0,5 m.  Bề dày thay đổi dần :  hv = 12  20 cm.  20   Hình 2.1 – Sơ đồ tính toán vách máng 2.2 Tải trọng tác dụng Do điều kiện làm việc cảu vách máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách bao gồm  các tải trọng sau:  - Mô men trung người lề truyền xuống: Mng - Mô men trọng lượng thân lề đi: Mbt - Áp lực nước tương ứng vơi Hmax: qn - Áp lực gió ( gồm gió đẩy gió hút ): qgđ  và  qgh Các tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng.  a Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng : Mbt , qgđ (gió đẩy, máng nước người lê) M cbt =  q cbt L2l 2,5.0.8  0,8 kNm;    =  2 Mbt = nbt M cbt  = 1,05.0,8 = 0,84 kNm.  qcgđ = kgđ.qg.1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m.   qgđ = ng. qcgđ = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m   ng = 1,3 – hệ số vượt tải của gió.  M cgd =  Mgđ =  c qgd H v2 qgd H v2  0,96.2, = 2,765 kNm.    1, 248.2, 42 = 3,594 kNm.  b Trường hợp căng nguy hiểm bao gồm tải trọng : Mbt , Mng , qgh ,qn ( gió hút, máng có nươc chảy qua với mực nước Hmax trê lề có người đi) M cbt = 0,8 kNm và Mbt = 0,84 kNm đã tính ở trường hợp căng ngoài.  c ng M  =  q cng L l 2  2.0,8 = 0,64 kNm;  Mng = nng M cng = 1,2.0,64 = 0,768 kNm.  qcnmax= kđnHmax1m = 1,3.10.1,9.1 = 24,7 kN/m; qnmax = nn.qcnmax = 1.24,7 = 24,7 kN/m.  q cn max H 2max 24, 7.1, 92 q n max H 2max 24, 7.1, 92 M  = = 14,861 kNm; Mn= = =14,861kNm.  6 6 c n qcgh = kgh.qg.1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m; q gh = n g. qcgh = 1,3. 0,72 = 0,936 kN/m.  c M gh  c qgh H v2  q H 0,936.2, 42 0, 72.2, 42 = 2,074 kNm; Mgh =  gh v  = 2,696 kNm.  2 Kđ  - là hệ số động, lấy kđ = 1,3.   Mng= 0,768 kNm Mbt= 0,84 kNm q gh= 0,936 kN/m Mbt= 0,84 kNm max H q gd= 1,248 kN/m q = 24,7 kN/m nmax TH căng TH căng Hình 2.2 – Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3 Xác định nội lực a Trường hợp căng + 3,594 Mgd kNm   0,84 Mbt kNm 2,995 Q gd kN Q bt kN Hình 2.3 – Nội lực vách máng trường hợp căng ngoài.  Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm ).  M1 = Mgđ + Mbt = 3,594 - 0,84 = 2,754 kNm.   M1c = Mgđc+ Mbtc = 2,765 – 0,8 = 1,965 kNm.  M = Mbt + Mgđ = 3,594 – 0,84 = 2,754 kNm.  Q1 = Qbt + Qgđ = 0 + 2,995 = 2,995 kN    b Trường hợp căng Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất ( mặt cắt ngàm ).  M2 = Mbt + Mng + Mn + Mgh = 0,84 + 0,768 + 14,861 + 2,696 = 19,165 kNm.  M2c = Mbtc + Mngc + Mnc + Mghc = 0,8 + 0,64 + 14,861 + 2,074 = 18,375 kNm.  Qnmax=  qn max H max 24, 7.1,9  =  =23,465 kN  2 Qgh=q gh.Hv= 0,926.24= 2,246 kN  Q2 = Qbt+Qng+ Qn+ Qgh= 23,465 + 2,246 = 25,711 kN  - 0,84 0,768 Mbt kNm Mng kNm 2,696 Mgh kNm 14,861 MnmaxkNm Q bt kN Q ng kN - 1,248 23,465 Q gh kN Q nmaxkN Hình 2.4 – Nội lực vách máng trường hợp căng 2.4 Tính toán bố trí cốt thép a Tính toán bố trí cốt thép dọc: Tính toán và bố trí thép dọ chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mô men uốn lớn  nhất ( mặt cắt ngàm ) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài.   Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm. Chọn a = 2 cm, h0 = h – a = 18cm.   Trường hợp căng : M = 2,754 kNm.  A = k n n c M 1,15.1.27540  =    = 0,011  1.90.100.182 m b R n b.h A = 0,011