Xem mẫu

  1. ĐỒ ÁN MÔN HỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ----------♣---------- SỐ ĐỀ : 14 A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ: Số liệu Chiều Bề rộng Hmax (m) Mác bê Nhóm Số nhịp dài L (m) B (m) tông thép 14 30 2,9 2,3 200 CII 4 Kênh dẫn nước N đi qua vùng trũng. Sau khi so sánh phương án thiết kế đã đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông cốt thép. Dựa vào địa hình, qua tính toán thuỷ lực và thuỷ nông người ta đã xác định được kích thước và mực nước yêu cầu trong cầu máng như sau: - Chiều dài máng: L = 30 (m) - Bề rộng máng: B = 2,9 (m) - Cột nước lớn nhất trong máng: Hmax = 2,3ko co (m) Sơ đồ cầu máng 1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Nối tiếp
  2. B δ 2 4  1.lÒ  i   ®   H 2.V ¸ ch   g ¨ n   n 3  3.§ ¸ y   ¸ n g   m 4.d Ç m   ì   ä c  ¸ n g   ® d m 4  5.K h u n g   ì   ® 5  Vùng xây dựng công trình có: Cường độ gió qq = 1,2 (KN/m2), Hệ số gió đẩy kgd = 0,8 Hệ số gió hút kgh = 0,6. Cầu máng thuộc công trình cấp III Dùng bê tông mác M200, cốt thép nhóm CII, dung trọng bê tông γb = 25 KN/ 3 m Các chỉ tiêu tính toán tra trong quy phạm như sau: - Hệ số tin cậy: kn = 1,15 Cường độ tính toán đối với trạng thái giới hạn thứ nhất: - Nén dọc trục: Rn = 90 (daN/cm2) - Kéo dọc trục: Rk = 7,5 (daN/cm2) Cướng độ tính toán đối với trngj thái giới hạn thứ hai: - Kéo dọc truc: R c = 11,5 (daN/cm2) k - Nén dọc trục: R c = 11,5 (daN/cm2) n Cường độ tính toán của thép ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất: - Ra = R'a = 2700 (daN/cm2) - Hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông: mb4 = 0,9 - Hệ số điều kiện làm việc của thép: ma = 1,1 - Hệ số giới hạn: α0 = 0,6 → A0 = 0,42
  3. - Mô dun dàn hồi của thép: Ea = 2,1.106 (daN/cm2) - Mô dun đàn hồi ban đầu của bê tông: Eb = 2,1.105 (daN/cm2) Ea -n= = 10 Eb - Hệ số hàm lượng thép tối thiểu: µmin = 0,1% - an.gh = 0,24 (mm) f 1 - Độ võng cho phép:   = . l  500
  4. B. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU MÁNG: Tính nội lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt, trong thời gian thi công. Trong phạm vi đồ án này chỉ tính với tải trọng tổ hợp tải trọng cơ bản. 1. Thiết kế lề người đi: 1.1. Sơ đồ tính toán: Cắt 1m dài theo chiều dọc máng xem lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề L1 = 0,8 m = 80 cm. Chiều dày lề người đi thay đổi dần: h1 = 8 ÷ 12 cm. khi tính toán thì lấy chiều dày trung bình: h = 10 cm. 80cm 8 cm 12cm 0,8m Hình1-1 : Sơ đồ tính toán lề người đi 1.2. Tải trọng tác dụng: a- Trọng lượng bản thân (qbt): q bt = γb . h . b = 25 . 0,1 . 1 = 2,5 (kN/m) c b- Tải trọng người đI (qng):Tải trọng do người có thể lấy sơ bộ bằng 2kN/m2 qcng = 2 . 1 = 2 (kN/m) → Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi qtc = nbt . qbt + nng . qng = 1,05 . 2,5 + 1,2 . 2 = 5,025 (kN/m) Trong đó: nbt = 1,05 – hệ số vượt tải của tải trọng bản thân lề người đi nng = 1,2 – hệ số vượt tải của tải trọng người đi
  5. 1.3. Xác định nội lực: Hình 1-2: Biểu đồ nội lực lề người đi 1.4. Tính toán, bố trí cốt thép: • Tính toán thép cho mặt cắt có mô men lớn nhất ( mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm. Chọn tiết diện chữ nhật có các thông số như sau: b = 100 cm, h = 10 cm, a = 2 cm → h0 = 8 cm. k n .nc .M 1,15.1.16080 A = m .R .b.h 2 = = 0,032 → α = 1 − 1 − 2. A = 0,033 b n 0 1.90.100.8 2 mb .Rn .b.h0 .α 1.90.100.8.0,033 Fa = ma .Ra = = 0,79 (cm2) 1,1.2700 Bố trí 5φ8/1m ( có Fa = 2,51 cm2). Bố trí thép cấu tạo vuông góc 5φ6/1m. • Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính Qmax = 402 daN) k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN kn.nc .Q < k1.mb4.Rk.b.h0 → Không cần đặt cốt ngang. • Bố trí thép lề người đi:
  6. φ6 a  25 =  φ8 a  20  =  ình 1-3: Bố trí thép lề người đi 2. Vách máng: 2.1. Sơ đồ tính toán: Cắt 1m dài dọc theo chiều dài máng. Vách máng được tính như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm dọc. Sơ bộ chọn kích thước vách máng như sau: - Chiều cao vách máng: Hv = Hmax + δ = 2,3 + 0,5 = 2,8 m. Trong đó: δ = 0,5 m - độ vượt cao an toàn. - Bề dày vách thay đổi dần từ: hV = 12 ÷ 20 cm. Hình 2-1: Sơ đồ tính vách máng
  7. 2.2. Tải trọng tác dụng: Do điều kiện làm việc của vách máng nên tải trọng tác dụng gồm: - Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: Mng. - Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: Ml. - Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn. - Áp lực gió ( gồm gió hút và gió đẩy): qg. Các tải trong này gây căng trong và căng ngoài vách máng: - Các tải trọng gây căng ngoài: Ml, qgd. 2 q1 .L1 2,5.0,8 2 M lc = = = 0,8 (kNm) 2 2 Ml = nl . M lc = 1,05 . 0,8 = 0,84 (kNm) c q gd = kgd.qg.1 = 0,8.1,2.1 = 0,96 (kN/m) c qgd = ng.q gd = 1,3.0,96 = 1,248 (kN/m) Trong đó: ng =1,3 – hệ số vượt tải của gió - Các tải trọng gây căng trong: Ml, Mng, qn, qgh. M lc = 0,8 kNm; Ml = 0,84 (kNm) 2 c q ng .L1 2.0,8 2 M ng = = = 0,64 (kNm) 2 2 c Mng = nng . M ng = 1,2 . 0,64 = 0,768 (kNm) Biẻu đồ áp lực nước có dạng hình tam giác: q c max = kd.γn.Hmax.1 = 1,3.10.2,3.1 = 29,9 (kN/m) n q n max = nn.q c max = 1.29,9 = 29,9 (kN/m) n Trong đó: kd = 1,3 là hệ số động nn = 1 là hệ số vượt tải của dòng nước c q gh = kgh.qg.1 = 0,6.1,2.1 = 0,72 (kN/m) c qgh = ng.q gh = 1,3.0,72 = 0,936 (kN/m)
  8. Hình 2-2: Tải trọng tác dụng lên vách máng 2.3. Xác định nội lực: 2.3.1 Trường hợp căng ngoài: Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mắt cắt tại chân ngàm). M = Ml + Mgd M lc = 0,8 kNm; Ml = 0,84 kNm c q gd .H v2 c 0,96.2,82 M gd = = = 3,7632kNm 2 2 c Mgd = ng.M gd = 1,3.3,7632 = 4,89 kNm M = 4,89 - 0,84 = 4,05 kNm
  9. Hình 2-3: Biểu đồ nội lực vách máng _ căng ngoài 2.3.2. Trường hợp căng trong: Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mắt cắt tại chân ngàm). M = Ml + Mng + Mn + Mgh M lc = 0,8 kNm; Ml = 0,84 kNm c M ng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm c 2 q n. max .H max 27,3.2,32 Mc = n = = 25,2157 kNm 6 6 Mn = nn . M c = 1. 25,2157 =25,2157 kNm n c q gh .H v2 c 0,72.2,82 M gh = = = 2,8224 kNm 2 2 c Mgh = ng . M gh = 1,3. 2,8224 = 3,6691 kNm M = 0,84 + 0,768 +25,2157 + 3,6691 = 30,4928 kNm
  10. Hình 2-4 : Biểu đồ nội lực vách máng _ căng trong Q = Ql + Qng + Qn + Qgh Ql = 0; Qng = 0 q max .H max 24,7.2,3 Qn = = = 28,4 kN 2 2 Qgh = qgh . Hv = 0,936.2,8 = 2,6208 kN Q = 28,4 + 2,62 = 31,02 kN 2.4. Tính toán, bố trí cốt thép: Tiết diện tính toán chọn hình chữ nhật có các thông số cơ bản như sau: b = 100 cm, h = 20 cm, a = 2 cm → h0 = h - a = 18 cm. 2.4.1. Trường hợp căng ngoài (M = 4.05 kNm): k n .nc .M 1,15.1.40500 A = m .R .b.h 2 = = 0,016 → α = 0,016 b n 0 1.90.100.18 2 mb Rn bh0α. 1.90.100.18.0,016 Fa = ma Ra = = 0,873 (cm2) 1,1.2700 Chọn 5φ8/1m ( có F’a = 2,51 cm2) 2.4.2. Trường hợp căng trong (M = 30,4928 kNm): k n .nc .M 1,15.1.304928 A = m .R .b.h 2 = = 0,12 → α = 0,128 b n 0 1.90.100.18 2
  11. mb Rn bh0α. 1.90.100.18.0,128 Fa = ma Ra = = 6,98 (cm2) 1,1.2700 Chọn 6φ12/1m ( có Fa = 6,79 cm2) 2.4.3. Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q: Kiểm tra cho trường hợp căng trong: k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN kn.nc.Q = 1,15.1. 2837 = 3262,53 daN kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0. Không cần đặt cốt ngang. 2.4.4 Bố trí cốt thép: Lớp trong: 6φ12/1m. Lớp ngoài: 5φ8/1m. Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 5φ8/1m. Hình 2-5: Bố trí cốt thép vách máng 2.5. Kiểm tra nứt: Kiểm tra cho trường hợp căng trong: c c Mc = M lc + M ng + M c + M gh = 0,8 + 0,64 + 25,2157 + 2,8224 = 29,478kNm n Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc ≤ Mn = γ1. Rkc .Wqđ Trong đó: γ1= mh.γ = 1.1,75 = 1,75
  12. Với: mh = 1 và γ = 1,75 J qd Wqđ = h − xn với: b.h 2 100.202 + n.Fa .h0 + n.Fa' .a ' + 8,75.6,79.18 + 8,75.2,51.2 xn = 2 = 2 = 9,65 cm b.h + n( Fa + F ' a ) 100.20 + 8,75.(6,79 + 2,51) b.xn b.( h − xn ) 3 3 Jqđ = + + n.F 'a ( xn − a ' ) 2 + n.Fa .(h0 − xn ) 2 3 3 100.9,653 100.(20 − 9,65)3 = + + 8,75.2,51(9,65 − 2) 2 + 8,75.6,79.(18 − 9,65) 2 3 3 = 72339,36 cm4 J qd 72339,36 Wqđ = = 20 − 9,65 = 6989,31 cm3 h − xn → Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5. 6989,31= 140659,86 (daNcm) → nc.Mc = 294780 (daNcm) Vậy nc.Mc > Mn Kết luận: Mặt cắt sát đáy máng bị nứt Tính toán bề rộng khe nứt: an = an1 + an2 Trong đó: + an1: bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng dài hạn gây ra. + an2: bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng ngắn hạn gây ra. M c = M lc + M c = 0,8 + 25,2157 = 26,0157 kNm = 260157 daNcm dh n c c c M ngh = M ng + M gh = 0,64 + 2,8224 = 3,4624 kNm = 34624 daNcm Tính bề rộng khe nứt an theo công thức kinh nghiệm: σ a1 − σ 0 an1 = k.c1.η. Ea .7.(4 - 100.µ). d σ a2 − σ 0 an2 = k.c2.η. Ea .7.(4 - 100.µ). d Trong đó: d = 12 mm - đường kính thanh thép
  13. c M dh 260157 σa1 = = 6,79.15,3 = 2504,23 daN/cm2 Fa .Z 1 c M ngh 34624 σa2 = = 6,79.15,3 = 333,28 daN/cm2 Fa .Z 1 ( Z1 = h.h0 = 0,85.18 = 15,3 cm; _ h: tra bảng 5-1) 2504,23 − 200 an1 = 1.1,3.1. .7.(4 - 100.0,0031). 12 = 0,128 mm 2,1.106 333,28 − 200 an2 = 1.1.1. .7.(4 - 100.0,0031). 12 = 0,0057 mm 2,1.106 Vậy: an = 0,1337 mm < an.gh = 0,24 mm Kết luận: bề rộng khe nứt đảm bảo điều kiện thiết kế. 3. Đáy máng: 3.1. Sơ đồ tính toán: Cắt 1m dài vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tính như một dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc. Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau: - Chiều dày bản đáy: hd = 20 cm. - Bề rộng đáy máng: B = 2,9 m. - Chọn bề rộng dầm dọc: b = 30 cm - Chiều dài nhịp: l = 1,7 m. 20cm 30cm 1,7m 1,7m Hình 3-1 : Sơ đồ tính toán đáy máng 3.2. Tải trọng tác dụng: - Tải trọng bản thân: q c = γb.hđ.1 = 25. 0,2.1 = 5 (kN/m) d
  14. qđ = q c .nd = 5.1,05 = 5,25 (kN/m) d - Tải trọng nước ứng với cột nước Hmax: q c = kđ.γn.Hmax.1 = 1,3.10.2,3.1 = 29,9 (kN/m) max qmax = q c .nn = 1. 29,9 = 29,9 (kN/m) max M c = 25,2157 kNm; Mmax = 25,2157 kNm. max - Tải trọng nước ứng với cột nước nguy hiểm (Hngh): ld 1,7 Hngh = = = 1,2 m 2 2 c q ngh = kd.γn.Hngh.1 = 1,3.10.1,2.1 = 15,6 kN/m c qngh = nn. q ngh = 1.15,6 = 15,6 kN/m c k d .γ n .H ngh .1 3 1,3.10.1,2 3.1 M ngh = = = 3,744 kNm 6 6 Mngh = 3,744 kNm - Tải trọng gió: c M gd = 3,7632kNm; Mgđ = 4,89 kNm c M gh = 2,8224 kNm; Mgh = 3,6691 kNm - Tải trọng do người: c M ng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm - Tải trọng do lề truyền xuống M lc = 0,8 kNm; Ml = 0,84 kNm 3.3. Xác định nội lực: Tra các phụ lục 18,21 ( Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép), vẽ biểu đồ nội lực cho từng thành phần tải trọng tác dụng ( hình 3-2), sau đó lựa chọn giá trị tính toán cần thiết. Xác định M, Q tại ba mặt cắt: - Đầu dầm - Giữa nhịp - Gối giữa Kết quả tính toán nội lực được thể hiện ở bảng sau:
  15. ® ® ® ® ®
  16. 3.4. Tính toán bố trí cốt thép đáy máng: Chọn tiết diện tính toán hình chữ nhchua ật cá các thông số sau: b = 100 cm, h = 20 cm, a = 3 cm → h0 = 17 cm. 3.4.1. Trường hợp gây mô men căng trên tại mặt cắt sát vách: M1 = MI + MII + MIV + MVII = 0,84 + 25,22 + 0,768 + 3,67= 30,498kNm k n .nc .M 1,15.1.30498 A = m .R .b.h 2 = = 0,135 b n 0 1.90.100.17 2 A < A0 → α = 0,146 mb .Rn .b.h0 .α 1.90.100.17.0,146 → Fa = ma .Ra = 1,15.2700 = 7,19 (cm2) Bố trí 5φ14/1m (Fa = 7,69 cm2). 3.4.2. Trường hợp gây mômen căng dưới tại mặt cắt giữa nhịp: M2 = MI + MIII + MV + MVI = 1.05 + 1,388 + 0,096 + 2,385 = 4,92 kNm k n .nc .M 1,15.1.49200 A = m .R .b.h 2 = = 0,022 b n 0 1.90.100.17 2 A = < A0 = → α = 0,022 mb .Rn .b.h0 .α 1.90.100.17.0,022 → Fa = ma .Ra = 1,15.2100 = 1,39 (cm2) Bố trí 5φ12/1m (có Fa = 5,65 cm2). 3.4.3. Trường hợp mômen căng trên tại gối giữa: M3 = MI + MIII + MVI = 2,09 + 3,775+ 0,34 = 6,205 kNm k n .nc .M 1,15.1.62050 A = m .R .b.h 2 = = 0,027 b n 0 1.90.100.17 2 A = < A0 → α = 0,027 mb .Rn .b.h0 .α 1.90.100.17.0,027 → Fa = ma .Ra = 1,15.2700 = 1,33(cm2) Bố trí 5φ10/1m (có Fa = 3,93 cm2).
  17. 3.4.4. Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng: Kiểm tra tại mặt cắt sát vách máng: Q = QI + QII + QIV + QV + QVII = 5,03 + 40,19+ 0,55+ 0,11+ 2.24= 48,12 kN k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.6,3.100.17 = 7711,2 daN kn.nc.Q = 1,15.1.4812 = 5533,8 daN → kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 → Không cần đặt cốt ngang. 3.4.5Bố trí thép toàn đáy máng: - Lớp trên: 5φ12/1m dài. - Lớp dưới: 5φ10/1m dài. Dọc theo chiều dòng chảy bố trí cấu tạo 5φ8/1m dài. φ8 φ12 a  200 =  a  200 =  φ10 a  200 =  Hình 12: Bố trí cột thép đáy máng 3.5. Kiểm tra nứt: Kiểm tra cho hai mặt cắt: mặt cắt sát vách và mặt cắt giữa nhịp. Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc ≤ Mn = γ1.Rkc.Wqđ trong đó: γ1 = mh.γ = 1.1,75 = 1,75. J qd Wqđ = . h − xn 3.5.1. Đối với mặt cắt sát vách máng; • Kiểm tra có nứt hay không: M c = M Ic + M II + M IV + M VII = 29,478kNm c c c Fa = 5,65 cm2, F'a = 3,93 cm2.
  18. b.h 2 100.20 2 + n.Fa .h0 + n.F 'a .a ' + 8,75.5,65.17 + 8,75.3,93.3 xn = 2 = 2 = 10,39 cm b.h + n( Fa + F 'a ) 100.20 + 8,75.(5,65 + 3,93) b.xn b.(h − xn ) 3 3 Jqđ = + + n.F 'a ( xn − a ' ) 2 + n.Fa .(h0 − xn ) 2 3 3 100.10,39 100.( 20 − 10,39) 3 3 = + + 8,75.5,65.(17 − 10,39) 2 + 8,75.3,93.(10,39 − 3) 2 3 3 = 37219,9 cm4 J qd 37219,9 → Wqđ = = 20 − 10,39 = 3873,03 cm3 h − xn Vậy: Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.3873,03 = 77944,8 (daNcm) ⇒ nc.Mc = 294780 (daNcm) > Mn → Mặt cắt sát vách bị nứt. • Tính toán bề rộng khe nứt: an = an1 + an2 M c = M lc + M c = 0,8 + 25,2157 = 26,0157 kNm = 260157 daNcm dh n c c c M ngh = M ng + M gh = 0,64 + 2,8224 = 3,4624 kNm = 34624 daNcm Tính bề rộng khe nứt an theo công thức kinh nghiệm: σ a1 − σ 0 an1 = k.c1.η. Ea .7.(4 - 100.µ). d σ a2 − σ 0 an2 = k.c2.η. E .7.(4 - 100.µ). d a c M dh 260157 σa1 = = 10,39.14,45 = 1732,81 daN/cm2 Fa .Z 1 c M ngh 34624 σa2 = = 10,39.14,45 = 230,62 daN/cm2 Fa .Z 1 trong đó: Z1 = η.h0 = 0,85.17= 14,45 cm; 1732,81 − 200 an1 = 1.1,3.1. .7.(4 - 100.0,0033). 12 = 0,084 mm 2,1.10 6 230,62 − 200 an2 = 1.1.1. .7.(4 - 100.0,0033). 12 = 0,0013 mm 2,1.10 6 → an = 0,0853 mm < an.gh = 0,24 mm Kết luận: Bề rộng khe nứt đảm bảo điều kiện thiết kế. 3.5.2. Đối với mặt cắt giữa nhịp: M c = M Ic + M III + M V + M VI = 5,6 kNm c c c Fa = 3,93 cm2, F'a = 5,65 cm2. b.h 2 100.20 2 + n.Fa .h0 + n.F 'a .a ' + 8,75.3,93.17 + 8,75.5,65.3 xn = 2 = 2 = 9,95 cm b.h + n( Fa + F 'a ) 100.20 + 8,75.(5,65 + 3,93)
  19. b.x n b.(h − x n ) 3 3 Jqđ = + + n.F ' a ( x n − a ' ) 2 + n.Fa .(h0 − x n ) 2 3 3 100.9,95 3 100.(20 − 9,95) 3 = + + 8,75.3,93.(17 − 9,95) 2 + 8,75.5,65(9,95 − 3) 2 3 3 = 70768,76 cm4 J qd 70768,76 Wqđ = = = 7041,67 cm3 h − xn 20 − 9,95 → Mn = γ1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.7014,67 = 141713,56 (daNcm) → nc.Mc = 56000 (daNcm) < Mn → Mặt cắt giữa nhịp không bị nứt. 4. Dầm đỡ giữa: 4.1. Sơ đồ tính toán: Đáy máng bố trí 3 dầm (2 dầm bên và 1 dầm giữa). Hai dầm bên chịu tải trọng từ vách máng và phần lề người đi truyền xuống nhưng chịu tải trọng nước và tải bản thân ít hơn dầm giữa. Do đó ta sẽ tính toán dầm giữa, hai dầm bên bố trí tương tự. Tách dầm giữa bằng hai mặt cắt dọc máng. Tiết diện chữ T. Sơ đồ tính là dầm liên tục 4 nhịp, có các gối tựa là các trụ đỡ. L 30 Chiều dài nhịp: lnhip = = = 7,5 m. 4 4 Chọn kích thước dầm: - Chiều cao dầm: hd = 80 cm. - Bề rộng sườn: b = 30 cm. B 3,1, - Bề rộng cánh dầm: = = 1,45 m = 145 cm 2 2 - Chiều cao cánh dầm: hc = 20 cm
nguon tai.lieu . vn