THIẾT KÊ MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: Thiết kế dầm tiết diện chữ T(dầm giữa) cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn, BTCT thi công phương pháp đúc riêng dầm công trường sau lao nối cánh dầm lại đổ bê tông mối nối ướt II CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC Chiều dài nhịp dầm: Hoạt tải thiết kế 3.Hệ số cấp đường Khoảng cách dầm chủ 5.Bề rộng chế tạo cánh Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu tiện ích Hệ số phân bố ngang tính cho mô men Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng 10 Độ võng cho phép hoạt tải L= HL-93 m= S= bf = S-0.4= WDW= mgM= mgQ= mg= Δcp= 11 Bê tông có f'c= gc= 30 24.5 kN/m3 12 Cốt thép (chịu lực cấu tạo) theo ASTM A615M có 13 Tiêu chuẩn thiết kế fy= 22TCN 272-05 420 Mpa III NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ A Phần thuyết minh: Sơ tính toán chọn mặt cắt ngang dầm Tính vẽ biểu đồ nội lực phương pháp đường ảnh hưởng Tính toán bố trí cốt thép dọc chịu lực mặt cắt dầm Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu Tính toán bố trí cốt đai Tính toán kiểm soát nứt Tính toán kiểm soát độ võng dầm hoạt tải Tính toán mặt cầu làm việc cục B Phần vẽ: Thể vẽ khổ giấy A1 A3 Vẽ mặt cắt dầm, mặt cắt ngang(Tỷ lệ 1/20, 1/20, 1/25) Triển khai cốt thép Vẽ biểu đồ bao vật liệu Thống kê vật liệu: Thép, bê tông SƠ BỘ TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM Mặt cắt ngang dầm chữ T BTCT thường, cầu nhịp giản đơn đường ô tô thường có kích thước tổng quát sau: 12 m 2.4 m 2m kN/m 0.52 0.51 0.5 L/800 hv2 hf bf bv2 h bw h1 hv1 bv1 b1 1.1 Chiều cao dầm h: Chiều cao dầm chủ có ảnh hưởng lớn đến giá thành công trình, phải cân nhắc kỹ chọn giá trị Ở đây, chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dai nhịp Đối với cầu đường nhịp giản đơn, ta chọn sơ theo kinh nghiệm sau:  1 h  L  20  h= 0.6 đến 1.5 m hmin=0.07*L = 0.84 m Ta chọn h= 1000 mm 1.2 Bề rộng sườn dầm bw: Tại mặt cắt gối dầm, chiều rộng sườn định theo tính toán ứng suất kéo chủ, nhiên ta chọn chiều rộng sừn dầm không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng bw chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bê tông chất lượng tốt Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sườn dầm bw= 200 mm 1.3 Chiều dày cánh hf: Chiều dày cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Tiêu chuẩn quy định hf>=175mm Theo kinh nghiệm, ta chọn hf= 180 mm 1.4 Chiều rộng cánh chế tạo bf: Chiều rộng cánh giả thiết chia cho dầm chủ Do theo điều kiện đề cho, ta chọn bf=S= 2400 mm 1.5 Kích thước bầu dầm b1,h1: Kích thước bầu dầm phải vào việc bố trí cốt thép chủ mặt cắt dầm định( số lượng khoảng cách thanh, bề dày lớp bê tông bảo vệ) Tuy nhiên chưa biết lượng cốt thép dọc chủ bao nhiêu, nên ta phải chọn theo kinh nghiệm Theo kinh nghiệm ta chọn: b1= 400 mm h1= 200 mm 1.6 Kích thước vát bv1, hv1, bv2, hv2: Theo kinh nghiệm ta chọn: bv1 = hv1 = bv2 = hv2 = Vậy ta có MCN dầm chủ chọn sau: 100 mm 150 mm 1.7 Tính trọng lượng thân dầm: Diện tích mặt cắt ngang dầm: A  b f * h f  b1 * h1   h  h f  h1  * bw  hv1 * bv1  hv * bv 2 A= 668500 mm = 0.6685 m Trọng lượng thân 1m dài dầm: wDC=A.gc= 16.378 kN/m đó: Trọng lượng riêng BTCT gc= 24.5 kN/m3 1.8 Xác định mặt cắt ngang tính toán: a) Xác định bề rộng cánh hữu hiệu be: Bề rộng cánh tính toán dầm không lấy giá trị nhỏ ba giá trị sau: -L/4 = 3m -Khoảng cách tim hai dầm S= 2.4 m - 12 lần bề dày cánh bề rộng sườn dầm 12.hf+bw = 2.36 m Vậy bề rộng cánh hữu hiệu be= 2.2 m = 2200 mm b)Quy đổi mặt cắt tính toán: Để đơn giản cho tính toán thiết kế, ta quy đổi tiết diện dầm có kích thước đơn giản theo nguyên tác sau: Giữ nguyên chiều cao dầm h, chiều rộng be, b1, chiều dày bw.Do ta có chiều cao bầu dầm chiều dày cánh quy đổi sau: h1 '  h1  bv1.hv1  b1  bw h ' f  hf  bv hv  be  bw Vậy ta có mặt cắt quy đổi là: 250 mm 191 mm TÍNH VÀ VẼ BIỂU ĐÒ BAO NỘI LỰC: 2.1 Công thức tổng quát: Mô men lực cắt tiết diện tính theo công sau: Đối với TTGHCĐ1: M i   1.25w DC  1.50w Dw  mg M 1.75 LLL  1.75mLLMi 1  I M   AMi  V   (1.25w i  DC Đối với TTGHSD:  V  1.0 (1.0w   1.50w Dw ) AVi  mgV 1.75 LLL  1.75mLLVi 1  I M   A1,Vi  M i  1.0 1.0w DC  1.0w Dw  mg M 1.0 LLL  1.0mLLMi 1  I M   AMi i DC  1.0w Dw ) AVi  mgV 1.0 LLL  1.0mLLVi 1  I M   A1,Vi  Trong đó: LLL LLM LLV mgM mgV wDC wDW Tải trọng rải (9.3 kN/m) Hoạt tải tương đương ứng với đ.a.h M mặt cắt i Hoạt tải tương đương ứng với đ.a.h Q mặt cắt i Hệ số phân bố ngang tính cho moment( tính hệ số xe m) Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt (đã tính hệ số xe m) Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích công cộng đơn vị chiều dài(tính cho dầm) Hệ số xung kích Diện tích đường ảnh hưởng Mi Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng Qi Diện tích đường ảnh hưởng Qi Hệ số cấp đường Hệ số điều chỉnh tải trọng (1 + IM) AMi AVi A1,Vi m η η= ηD.ηR.ηl ≥ 0.95 ηD Hệ số liên quan đến tính dẻo ηR Hệ số liên quan đến tính dư ηl Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác Đối với đường quốc lộ trạng thái giới hạn cường độ I ηD =0.95 ηR = 1.05 ηl = 0.95 η= 0.95 Đối với trạng thái giới hạn sử dụng η= 2.2 Tính mômen M: Chia dầm thành 10 đoạn nhau, nên đoạn có chiều dài = Đánh số thứ tự mặt cắt vẽ Đah Mi mặt cắt điểm chia sau: Bảng tung độ đườn ảnh hưởng y1 y2 y3 y4 y5 1.08 1.92 2.52 2.88 1.2 m Ta lập bảng tính Mi sau: Mặt cắt xi(m) 1.2 2.4 0.1 0.2 AMi m2 6.48 11.52 3.6 4.8 0.3 0.4 0.5 15.12 17.28 18 LLMitruck kN/m 39.618 37.906 LLMitanden kN/m 34.586 34.342 MiCĐ kN.m 510.956 887.054 MiSD kN.m 343.219 597.348 36.174 34.422 32.67 33.976 33.488 33 1135.959 1265.523 1290.594 766.998 856.890 875.957 Biểu đồ bao mômen TTGHCĐ sau: BIỂU ĐỒ BAO MOMEN M(kN.m) 2.3 Tính lực cắt V: Đah V mặt cắt điểm chia sau: 1.0 0.9 Ðah M1 0.1 0.8 Ðah M2 0.2 0.7 Ðah M3 0.3 1.0 0.9 Ðah M1 0.1 0.8 Ðah M2 0.2 0.7 Ðah M3 0.3 0.6 Ðah M4 0.4 0.5 Ðah M5 0.5 Ta lập bảng tính Vi sau: Mặt cắt xi(m) li(m) 1.2 2.4 3.6 4.8 12 10.8 9.6 8.4 7.2 Avi m2 4.8 3.6 2.4 1.2 A1.vi m2 4.86 3.84 2.94 2.16 1.5 LLvitruck kN/m 41.33 44.35 47.666 51.572 56.532 62.03 LLvitandem kN/m 34.83 38.528 43.068 48.78 56.152 66 ViCĐ kN 478.127 401.158 325.067 251.076 180.048 116.752 ViSD kN 320.815 267.874 215.461 164.311 114.943 70.227 Biểu đồ bao lực cắt TTGHCĐ sau: BIỂU ĐỒ BAO LỰC CẮT TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM: Đây toán tính As bố trí diện tích chữ T đặt cốt thép đơn, biết: h= 1000 mm b= 2200 mm bw= 200 mm hf= 191 mm fy= 420 Mpa fc'= 30 Mpa Mu=Mumax= 1290.59 kN.m - Giả sử chiều cao có hiệu ds: Chiều cao hữu hiệu phụ thuộc vào lượng cốt thép dọc chủ cách bố trí chúng, ta sơ chọn sau: ds=(0.8-0.9)h = 800 đến ta chọn ds= 850 mm -Giả thiết cốt thép chảy dẻo fs=fy - Giả sử TTh qua cánh, tính tiết diện hình chữ nhật có kích thước bxh: - Tính a: 0.83571429 900 (mm) Với fc'= 30 Mpa Ta có: b1= 0.836 a  M u   M n   *0.85abf c '  d s   2  Từ phương trình: Với hệ số sức kháng uốn với BTCT thường f=0.9 Mu a k  a(d s  )    0.85bf c ' 25561.37 mm a  ds  ds  2k  30.62 mm As  0.85 f c ' ab  fy Diện tích Số thanh(mm2) 284 16 387 12 510 10 mm2 mm 387 mm2 65 mm 100 mm 50 mm 4090.47 mm2 As mm2 4544 4644 5100 200 50 Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đên thớ chịu nén ds= Ta tính lại giá trí a theo công thức a= Chiều cao vùng nén c= - Kiểm tra lại điều kiện chảy dẻo cốt thép:  s  0.003 y  fy Es ds  c  c  885 mm 31.87 mm 38.14 mm 0.0666 Cốt thép chảy dẻo 0.002 -Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: Điều kiện kiểm tra: c  0.42 ds c/ds= Kiểm tra: Thỏa mãn -Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:  As  b  ds   0.03 Kiểm tra: 0.043 0.026 f 's  fy Thỏa mãn 0.002 100 50 2@65 Sơ chọn sô phương án cốt thép sau: Đường kính Phương án mm 19 22 25 Từ bảng trên, ta chọn phương án bố trí Diện tích cốt thép As= 4644 Số cốt thép n= 12 Đường kính cốt thép = 22 Diện tích cốt thép = Số hàng cốt thép Số cột cốt thép Khoảng cách hàng Khoảng cách cột Khỏang cách từ mép đến tim Số hàng Số hàng Số hàng 36.64 mm TTH qua cánh với giả thiết 100 -Khoảng cách từ TTH đến thớ chịu nén c=a/b1= -Kiểm tra lại điều kiện TTH qua cánh: -Diện tích cốt thép cần thiết As: 3@100 50 -Kiểm tra điều kiện chịu uốn: a  M r   M u   As f y  d s    2  Kiểm tra: Kết luận: 1.526E+09 N.mm = 1525.584 kN.m Thỏa mãn Chọn As bố trí cốt thép hình vẽ đạt yêu cầu XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ, VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU: 4.1 Lý cắt nguyên tắc cắt cốt thép: Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn tính với mặt cắt có momen lớn (mặt cắt dầm) cần bớt cho phù hợp với hình bao mômen Công việc tiến hành sở nguyên tắc sau: - Khi cắt ta nên căt từ xuống, từ -Các cốt thép cắt bỏ cốt thép lại mặt cắt phải đối xứng qua mặt phẳng uốn dầm (tức mặt phẳng thẳng đứng qua trọng tâm dầm) - Đối với dầm giản đơn phải có phần ba số cốt thép cần thiết mặt cắt nhịp kéo nao gần gối dầm - Số lượng cốt thép cắt cho lần nên chọn (thường đến thanh) - Không cắt, uốn cốt thép góc cốt đai - Chiều dài cốt thép cắt không nên nhỏ 4.2 Lập phương án cốt thép: Từ sơ đồ bố trí cốt thép tai mặt cắt dầm, ta lập bảng phương án cắt cốt thép sau: ds Mn Số lần Số As lại c Vị trí cắt lai mm2 mm TTH mm kN.m 12 4644 41.603 Qua cánh 885 1692.268 10 3870 34.669 Qua cánh 898 1436.063 3096 27.735 Qua cánh 701.25 896.780 2322 20.801 Qua cánh 706.67 680.696 4.3 Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ, vẽ biểu đồ bao vật liêu: a Hiệu chỉnh biểu đồ bao moment Do điều kiện lượng cốt thép tối thiểu: Mr ≥ Min(1,2Mr;1.33Mu) nên Mu ≤ 0.9 Mcr điều kiện lượng cốt thép tối thiểu Mr ≥ 1,33 Mu Điều có nghĩa khả chịu lực dầm phải bao đường 4/3 Mu khi: Mu ≤ 0.9 Mcr Trong đó: Ig M cr  fr yt Với: fr  0.63 f ' c = 3.451 Mpa Mr kN.m 1072.86 2058.685 1523.041 1080 1731.885 1292.456 1090 1402.279 807.102 1090 612.626 Diện tich mặt cắt ngang Ag: Ag  be * h f '  h  h f ' h1 ' * bw  b1 * h '  592000 mm Xác định vị trí TTH: y A A yct= yct  i i i 573.258 mm - Mômem quán tĩnh tiết diện nguyên TTH Ig  be * h3f ' 12 2   h  h f ' h1 '  b * h '3 bw *  h  h f ' h1 '  hf '  h1 '   1    be * h f *  h   yct    bw *  h  h f ' h1 ' *  h1 ' yct   b1 * h1 '*  yct     12 12 2      Ig= 71149783795 mm4 -Ứng suất chịu kéo bê tông: - Mômen nứt tiết diện: Ta có : f r  0.63 fc '  M cr  f r Ig yct  3.451 Mpa 428.277 kN.m 1.2Mcr= 513.93 kN.m 0.9Mcr= 385.45 kN.m - Xác định khoảng cách x1 từ đầu dầm đến Mu=0.9Mcr - Xác định khoảng cách x2 từ đầu dầm đến Mu=1.2Mcr Điều chỉnh biểu đồ bao nội lực sau: - Từ gối đến x1 điều chỉnh Mu thành đường 4/3 Mu - Từ x1 đến x2 nối đường nằm ngang - Từ x2 đến dầm giữ nguyên đường Mu Do ta có biểu đồ bao nội lực sau" x1= x2= 905 mm 1209 mm b Xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ vẽ biểu đồ bao vật liệu Xác định điểm cắt lý thuyết: Điểm cắt lý thuyết điểm mà theo yêu cầu chịu mômen uốn không cần cốt thép dài Do điểm cắt lý thuyết giao điểm biểu đồ bao mômen Mu hiệu chỉnh biểu đồ Mr=fMn Xác định điểm cắt thực tế: Tính chiều dài triển khai cốt thép chịu kéo l d : Chiều dài triển khai cốt thép kéo Id phải không nhỏ tích số chiều dài định nhân với hệ số điều chỉnh hệ số quy định quy trình Chiều dài triển khai cốt thép không nhỏ 300mm sử dụng cho tất cốt thép khác Chiều dài triển khai cốt thép chịu kéo bản: ldb  0.06.d b f y ldb  = 554.4 mm 0.02 Ab f y f 'c ldb= = 593.51 mm 593.512 mm ldb  0.06.d b f y ldb  0.02 Ab f y f 'c Hệ số làm tăng: Chièu dài triển khai cốt thép phải nhân với hệ sau hơặc hệ số coi thich hợp: -Cốt thép nằm ngang đỉnh gần nằm ngang đặt cho có 300 mm bê tông tươi đổ bê tông cốt thép : - Với có lớp bảo vệ db nhỏ với khoảng cách tịnh 2db nhỏ hơn: Vậy hệ số điểu chỉnh làm tăng = Hệ số làm giảm: - Cốt thép phát triển chiều dài xem xét đặt ngang cách không nhỏ 150mm từ tim tới tim với lớp bảo vệ không nhỏ 75 mm đo theo hướng đặt cốt thép: - Không yêu cầu nao không cần tăng cường tới độ chảy dẻo hoàn toàn cốt thép, nơi cốt thép cấu kiện chịu uốn vượt yêu cầu tính toán( As cần thiết/As bố trí)= 0.8808081 hệ số điểu chỉnh làm giảm = 0.881 Chiều dài triển khai cốt thép ld= 522.770 mm Vậy ta chọn chiều dài triển khai cốt thép db= 600 mm Từ điểm cắt lý thuyết cốt thép phải kéo dài phía mô men đoạn ll Chiều dài ll lấy giá trị lớn giá trị sau: -Chiều cao hữu hiệu tiết diện ds = 885 mm - 15 lần đường kính danh định cốt thép: 330 mm - 1/20 chiều dài nhịp = 600 mm - Chiều dài triển khai cốt thép ld= 600 mm Suy chiều dài kéo dài thêm ll= 885 mm Ta chọn ll= 900 mm ll= Vậy ta có: 900 mm ld= 600 mm Từ ta xác định vị trí cắt cốt thép dọc chủ vẽ biểu đồ bao vật liêu sau: TÍNH TOÁN CỐT THÉP ĐAI ( TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT) 5.1 Xác định mặt cắt tính toán: Ta tính toán cốt thép đai mặt cắt coi bất lợi mặt cắt cách gối đoạn chiều cao hữu hiệu mặt cắt dv: Chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv giá trị lớn giá tri sau: + Cánh tay đòn ngẫu lực = ds-a/2= 889 mm + 0.9ds= 808.2 mm + 0.72h= 720 mm Vậy dv= 889 mm 0.89 m Nội suy tuyến tĩnh ta nội tính toán mặt cắt cách gối đoạn dv Mu= 378.664 kN.m Vu= 421.086 kN 5.2 Tính toán cốt thép đai: - Xác định ứng suất cắt danh định bê tông sườn dầm: Vu xi 478.127 401.158 325.067 251.076 180.048 116.752 1.2 2.4 3.6 4.8 [...]... 38.861 1.822 - Xác định khả năng chịu cắt danh định cần thiết của cốt đai: Vs  Vu v  0.083 f c 'bv d v  320564.48 N - Xác định khoảng cách tối đa giữa các thanh cốt thép đai: + Ta chọn cốt thép đai có No 10 S Av f y dv Vs cot g  Ta có diện tích cốt thép đai = 205.335 mm + Chọn bước bố trí cốt thép đai đều là S= - Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu theo công thức: Av  Av min  0.083 f c ' Theo... hf a  M r   M n  0,9.0,85 f 'c a.b  d s    2  55450465.4 = Đạt → Mr > Mu Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: c  ds 0.2477 0.8fr 8.2.2 Tính toán kiểm soát... điều kiện đảm bảo cho cốt thép dọc không bị chảy dưới tác dụng của tổ hợp mômen, lực doc và lực cắt theo công thức: As f y  71 mm2 975240 N 329116.059 N 849536.70 N 421.086 kN 250 Kiểm tra: Đạt Vậy ta chọn cốt thép đai có số hiệu No Bước cốt đai s= 10 200 mm 6 TÍNH TOÁN KIỂM SOÁT NỨT: 6.1 Kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không: Tại một mặt cắt bất kì thì tùy vào giá trị nội lực bê tông có thể nứt hay... 1/ 3  (dc A)  a) Xác định giới hạn ứng suất trong cốt thép chịu kéo ở trạng thái giới hạn sử dụng fsa:   Z f sa  min  ;0.6 f y  1/ 3  (dc A)  Ta có: 250 115115 Z= 30000 N/mm (Dầm làm việc trong đièu kiện bình thường) dc= 50 mm