Xem mẫu
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Giáo viên hướng dẫn: Đới Thị Bình
STT: 07
A, TÀI LIỆU THIẾT KẾ:
Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng. Sau khi so sánh các phương án đã
chọn ra phương án xây dựng một cầu máng bê tông cốt thép. Dựa vào địa hình, qua
tính toán thuỷ lực và thuỷ nông người ta đã xác định kích thước và mức nước yêu
cầu trong cầu máng như sau:
Số thứ Chiều Bề rộng Số nhịp
Hmax (m) Mác bê Nhóm
tự dài L (m) B (m) tông thép
07 30 3,6 2,4 150 CI 5
1
3
2
Sơ đồ cầu máng
1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Nối tiếp
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 1
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
B
Cắt ngang máng
δ
1. Lề đi 1
2. Vách máng
2
3. Đáy máng
H
4. Dầm đỡ dọc máng
5. Khung đỡ 3
5 4
Vùng xây dựng công trình có:
- Cường độ gió
qq = 1,2 (KN/m2),
Hệ số gió đẩy kgió đẩy = 0,8
Hệ số gió hút kgió hút = 0,6.
Cầu máng thuộc công trình cấp III
Dùng bê tông mác M150, cốt thép nhóm CI,
Dung trọng bê tông γ b = 25 KN/m3
- Các chỉ tiêu tính toán tra trong quy phạm như sau:
- Hệ số tin cậy: kn = 1,15
Cường độ tính toán đối với các trạng thái giới hạn nhóm một:
- Nén dọc trục: Rn = 70 (daN/cm2)
- Kéo dọc trục: Rk = 6,3 (daN/cm2)
Cướng độ tính toán đối với các trạng thái giới hạn nhóm hai:
- Kéo dọc truc: R c = 9,5 (daN/cm2)
k
- Nén dọc trục: R c = 85 (daN /cm2)
n
Cường độ tính toán của cốt thép đối với các trạng thái giới hạn nhóm thứ
nhất:
- Ra = R'a = 2100 (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
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 2
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
- Hệ số giới hạn: α0 = 0,7 → A0 = 0,455
- 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
- Hàm lượng cốt thép tối thiểu: µmin = 0,1%
- an.gh = 0,24 (mm)
f 1
- Độ võng cho phép : =
l 500
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 3
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
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. Trong khi tính toán thì lấy chiều dày trung bình: h = 10 cm.
80cm
8cm
800cm
12cm
Hình1-1 : Sơ đồ tính toán lề người đi
1.2. Tải trọng tác dụng:
a- Trọng lượng bản thân (qbt):
q bt = γ b . 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 2 kN/m2
c
q ng = 2 . 1 = 2 (kN/m)
→ Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi
Trong đó: n tb = 1,05 ; n ng = 1,2 là các hệ số vượt tải
→ qtc = nbt . qbt + nng . qng = 1,05 . 2,5 + 1,2 . 2 = 5,025 (kN/m)
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 4
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
1.3 Xác định nội lực:
ql = 5,025 kN/m
1,608 kNm
M
4,02 kN
Q
Hình 1-2. Biểu đồ nội lực lề người đi
1.4. Tính toán, bố trí cốt thép
● Tính toán thép cho mặt có mô mên lớn nhất (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm
Chọn tiết diện chữ nhật có các thông số sau:
b = 100cm, h = 10cm. Chọn a = 2 → h 0 = 8 cm
Tra các hệ số: kn = 1,15 mb = 1,00
Rn = 70 daN/cm2
nc = 1
Ra = 2100 daN/cm2
ma = 1,1
M= 1,608 kNm = 1,608.104 daNcm
1,15 × 1×1,608 × 104
kn nc M
A= = = 0,041
2
1× 70 ×100 × 82
mb Rnbh0
→ α = 1 − 1 − 2. A = 0,042
mb Rnbh0α 1× 70 × 100 × 8 × 0,042
= 1,018cm 2
Fa = =
1,1× 2100
ma Ra
Bố trí 5φ8/1m (2,51cm 2 ). Bố trí thép cấu tạo vuông góc 4φ6/1m
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 5
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
● Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Q max = 402 daN)
k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.6,3.100.8 = 3628,8 daN
kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN
Có: kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 Không cần đặt cốt ngang
● Bố trí thép lề người đi:
Fa
M
φ6
1m 1
a = 25
=
b
φ8
2
a = 25
5φ8
a
ho
h
b = 100cm
Hình1-3. Bố trí thép lề nguời 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 = 2,4 + 0,5 = 2,9 m.
Trong đó: δ = 0,5 m - độ cao an toàn.
- Bề dày vách thay đổi dần từ: hV = 12 ÷ 20 cm.
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 6
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
δ=0,5m
Hv = 2,9m
Hmax = 2,4m
20
Hình2-1. Sơ đồ tính toán vách máng
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: M ng ;
- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M l ;
- Áp lực nước nước tương ứng với H max : q n ;
- Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): q g ;
Các tải trọng này gây căng trong và căng ngoài vách máng
- Các tải trọng gây căng ngoài: M l , q gd
ql L2 2,5.0,8 2
M= = = 0.8kNm
c l
l
2 2
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 7
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
c
Ml = nl . M l = 1,05 . 0,8 = 0,84 kNm
c
q gd = k gd q g 1m = 0,8.1,2.1 = 0,96kN / m;
c
q gd = ng q gd = 1,3.0,96 = 1,248kN / m
Trong đó: ng =1,3 – hệ số vượt tải của gió
- Các tải trọng gây căng trong: M l , M ng , q n , q gh :
M lc = 0,8kNm; M l = 0,84kNm
qng L2 2.0,82
l
c
= = = 0,64kNm
M ng
2 2
c
= nng M ng = 1, 2.0,64 = 0,768kNm
M ng
Biẻu đồ áp lực nước có dạng hình tam giác:
q c max = kd.γ n.Hmax.1 = 1,3.10.2,4.1 = 31,2 (kN/m)
n
q n max = nn.q c max = 1.31,2 = 31,2 (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)
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 8
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
Ml = 0,84 kNm Mng=0,768 kNm
Ml=0,84 kNm
Hmax
qgh = 0,936 kN/m
qmax = 31,2 kN/m
qgd = 1,248 kN/m
Hình 2-2. Tải trọng tác dụng lên vách máng
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 9
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
2.3. Xác định nội lực
2.3.1. Trường hợp căng ngoài
- Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)
M = M l + M gd
c
M l = 0,8 kNm ; M l = 0,84 kNm
c 2
0,96.2,92
qgd .H v
c
= = = 4,0368kNm;
M gd
2 2
c
M gd = n g M gd = 1,3.4,0368 = 5,248 kNm
M = 5,248 + 0,84 = 6,088 kNm
3,37 kN
5,248 kNm 0,84 kNm
Qgd Ql
Mgd Ml
Hình 2-3. Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài)
2.3.2. Trường hợp căng trong
- Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)
M = M l + M ng + M n + M gh
c
M l = 0,8 kNm ; M l = 0,84 kNm
c
M ng = 0,64 kNm ; M ng = 0,768 kNm
c 2
qn max H max 31, 2.2,42
c
= = = 29,952kNm
Mn
6 6
c
M n = nn .M n = 1.29,952 = 29,952kNm
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 10
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
q gh .H v2 0,72.2,92
c
c
M gh = = = 3,0276kNm
2 2
c
M gh = ng .M ng = 1,3.3,0276 = 3,9359kNm
M = 0,84 + 0,786 + 29,952 + 3,9359 =35,5139 kNm
Q = Q l + Q ng + Q n + Q gh
Q l = 0 ; Q ng = 0
qmax H max 31, 2.2, 4
Qn = = = 37,44kN
2 2
Qgh = qgh H v = 0,936.2,9 = 2,714kN
Q = 37,44 + 2,714 = 40,15 kN
2,714 kN
37,44 kN
29,952 kNm
0.84 kNm 0,768 kNm 3,9356 kNm
Qgh
Qn
Ql Q
Ml M
Mn
M ng
gh
ng
Hình2-4. Biểu đồ nội lực vách máng
(Trường hợp căng trong)
2.4.Tính toán, bố trí cốt thép
Tiết diện tính toán hình chữ nhật b = 100cm, h = 20cm
Chọn a = 2cm, h 0 = h – a = 18cm
Tra các hệ số: kn = 1,15 mb = 1,00
Rn = 70 daN/cm2
nc = 1
Ra = 2100 daN/cm2
ma = 1,1
2.4.1. Trường hợp căng ngoài (M = 6,088 kNm)
kn nc M 1,15.1.60880
= 0,031 → α = 0.031
A= =
mb Rnbh0 1.70.100.182
2
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 11
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
mb Rnbh0α 1× 70 × 100 × 18 × 0,031
= 1,7cm 2
Fa = =
1,1× 2100
ma Ra
Chọn 5φ 8/1m (2,51cm 2 )
2.4.2. Trường hợp căng trong (M=35,5139 kNm)
kn nc M 1,15.1.355139
= 0,180 → α = 0,180
A= =
mb Rnbh0 1.70.100.182
2
m R bh α 1× 70 × 100 ×18 × 0,18
= 9,82cm 2
Fa = b n 0 =
1,1× 2100
ma Ra
Chọn Fa = 5φ 14/1m (7,69cm 2 )
'
Fa
Fa
'
Fa
Fa
Theù caá taï
puo
1m
=
b
a
M
M
h = 20cm h = 20cm
Caê g ngoaø
n i Caê g trong
n
Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q
Kiểm tra cho trường hợp căng trong:
kl mb 4 Rk bh0 = 0,8.0,9.6,3.100.18 = 8164,8( daN )
kn ncQ = 1,15.1.4015 = 4617, 25(daN )
kn ncQ < kl mb 4 Rk bh0 Không cần đặt cốt ngang
Bố trí cốt thép
Lớp trong: 5φ 14/1m
Lớp ngoài: 5φ 8/1m
Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 4φ 8/1m
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 12
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
φ14
φ8 a = 20
a = 20
a = 25
φ8
Hình 2-5. Bố trí thép vách máng
2.5.Kiểm tra nứt
- Kiểm tra cho trường hợp căng trong
c
M c = M l + M ng + M c + M gh = 0,8 + 0,64 + 29,952 + 3,0276 =34,42 kNm
c c
n
- Điều kiện để cấu kện không bị nứt
n c M c ≤ M n = γ 1 R c W qd
k
γl = mhγ =1. 1,75 = 1,75
Với mh = 1 ; γ = 1,75
J qd
Wqđ =
h − xn
bh 2 100.20 2
+ nFa h0 + nFa a ' + 8,75.7,69.18 + 8,75.2,51.2
'
2 2
xn = = = 10,2cm
bh + n( Fa + Fa' ) 100.20 + 8,75.(7,69 + 2,51)
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 13
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
bx n b(h − x n ) 3
3
= + + nFa (h0 − x n ) 2 + nFa' ( x n − a' ) 2
J qd
3 3
100.10,2 3 100(20 − 10,2) 3
= + + 8,75.7,69(18 − 10,2) 2 + 8,75.2,51(10,2 − 2) 2
J qd
3 3
= 72317,19cm 4
J qd
J qd 72317,19
= = 7379,31 cm3
Wqđ =
h − xn 20 − 10,2
c
Mn = γl R k Wqđ = 1,75.9,5.7379,31 = 122681.03 daNcm
ncMc = 1.34,42.104 = 344200 daNcm
→ncMc > Mn
Kết luận: Mặt cắt sát đáy máng bị nứt
Tính toán bề rộng khe nứt
an = an1 + an2
Trong đó: an1, an2- Bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng dài hạn và ngằn hạn gây
ra.
M c = M l + M c = 0,8 + 29,952 = 30,752 kNm = 30,752.104 daNcm
c
dh n
c c c
M ngh = M ng + M gh = 0,64 + 3,0276 = 3,6676 kNm = 3,6676.104 daNcm
Tính bề rộng khe nứt an theo công thức kinh nghiệm
σ a1 − σ 0
a n1 = kc1η .7.(4 − 100.µ ). d
Ea
σ −σ0
an 2 = kc2η a 2 .7.( 4 − 100.µ ). d
Ea
c
M dh 30,752.10 4
σ a1 = = = 2613,7 daN/cm2
Fa Z1 7,69.15,3
c
M ngh 3,6676.10 4
σ a2 = = = 311,72 daN/cm2
Fa Z1 7,69.15,3
Với Zl = η.h0 = 0,85.18 = 15,3 cm
η tra bảng 5-1 (GTBTCT/94)
Fa 7,69
× 100 = × 100 = 0,42 tra bảng 5-1 → η ≈ 0,85
có
bh0 100.18
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 14
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
2613,7 − 200
an1 = 1.1,3.1. .7.(4 − 100.0,0031). 12 = 0,13mm
2,1.10 6
311,72 − 200
an1 = 1.1.1. .7.(4 − 100.0,0031). 12 = 0,005mm
2,1.10 6
→ an = an1 + an2 = 0,13 + 0,005 = 0,135mm
an < an.gh = 0.24(mm)
Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế.
3.Đáy máng
3.1. Sơ đồ tính toán
Cắt 1 m dài vuông góc với chiều dòng chảy, đáy máng được tinhs toán 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 hđ = 25cm
- Bề rộng đáy máng B = 3,6 m
- Chọn bề rộng dầm bd = 30 cm
- Chiều dài nhịp l = 0,5 (B + 2h4 – bđ) = 0,5 (3,6 + 2.0,2 – 0,3) = 1,85 m
3,6m
h4 = 20cm
25cm
1m
30cm
185cm 185cm
Hình 3-1. Sô ñoàtính toaù ñaù maù g
ny n
3.2. Tải trọng tác dụng
- Tải trọng bản thân
qcđ = γhhđ1 = 25.0.25.1 = 6,25 kN/m
c
qđ = nđq đ = 1,05.6,25 = 6,56 kN/m
- Tải trọng nước ứng với cột nước Hmax
c
q max = kđγnHmax.1 = 1,3.10.2,4.1 = 31,2 kN/m
c
qmax = nn q max = 1.31,2 = 31,2kN/m
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 15
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
c
M max = 29,952 kNm; Mmax = 29,952 kNm
- Tải trọng nước ứng với mực nước cột nước nguy hiểm (Hngh)
l 1,85
H ngh = đ = = 1,31m
2 2
c
q ngh = kđγnHngh.1 = 1,3.10.1,31.1 = 17,03kN/m
qngh = nn.qcngh = 1.17,03 = 17,03kN/m
k đ γ n H ngh 1 1,3.10.1,313.1
3
c
= = 4,871kNm
M ngh =
6 6
Mngh= 4,871 kNm
- Tải trọng gió
c
M gđ = 4,0368 kNm; Mgđ = 5,248 kNm.
c
M gh = 3,0276 kNm; Mgh = 3,9359 kNm.
- Tải trọng do người
c
M ng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm.
- Tải trọng do lề truyền xuống
c
M l = 0,84 kNm, Ml = 0,84 kNm.
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 16
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
3.3. Xác định nội lực
Tra các phụ lực 18, 21 (Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép), vẽ biểu đồ cho
từng thành phần tải trọng tác dụng.
a, Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và trọng lượng do tải trọng bản thân lề
truyền xuống (q = 6,56 kN/m; Ml = 0,84 kNm)
Ml = 0,84 kNm Ml = 0,84 kNm
2,386
0,84
0, 84
0,281
0, 281
M
0, 647
0,647
0, 926
0,926
1,236
1, 182
1, 236
4,477
2, 805
2, 050
6, 904
0, 378
5, 232
0,378
Q
5, 232
2, 050
6,904
2,805
4,477
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 17
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
b, Nội lực do áp lực nước ứng với Hmax (qmax = 31,2 kN/m; Mmax = 29,952 kNm)
Mmax = 29,952
kN/m
Mmax = 29,952
kNm
kNm
29,952
29,952
15,093
15,093
M
4,506
4,506
1,628
1,810
1,810
3,855
3,855
34,386
22,842
11,298
45,950
0.246
11,79
11,79
0.246
Q
45,950
11,298
22,842
34,386
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 18
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
c, Nội lực do áp lực nước ứng với Hngh (qngh = 17,03 kN/m; Mngh = 4,871 kNm)
ngh
kN/m
Mngh = 4,871 Mngh = 4,871
kNm kNm
4 ,8 7 1
4 ,8 7 1
4 ,8 5
M
0 ,1 9 2
0,204
0,192
0,204
2 ,1 3 2
2,383
2 .1 3 2
2,136
2.136
9 ,4 4 0
9,463
3,139
3 ,1 6 2
15,741
1 5 ,7 6 4
Q
1 5 ,7 6 4
1 5 ,7 4 1
3 ,1 6 2
3 ,1 3 9
9 ,4 4 0
9 ,4 6 3
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 19
- Trêng cao ®¼ng thuû lîi B¾c Bé
Líp C1TK2
d, Nội lực do tải trọng người đi lề bên trái (Mng = 0,768 kNm)
Mng = 0,768
kNm
0,768
0,576
0,384
0,192
M
0
0,038
0,115
0,077
0,154
0,192
0,519
Q
0,104
§å ¸n m«n häc: KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 20
nguon tai.lieu . vn
