ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

Vùng xây dựng công trình có cường độ gió q g = 1,2 kNm 2 , hệ số k gió đẩy = 0,8, hệ số k gió hút = 0,6. Cầu máng thuộc công trình cấp III. Dùng bê tông mác M200, cốt thép nhóm CII. Dung trọng bê tông  b = 25 kNm 3Vùng xây dựng công trình có cường độ gió q g = 1,2 kNm 2 , hệ số k gió đẩy = 0,8, hệ số k gió hút = 0,6. Cầu máng thuộc công trình cấp III. Dùng bê tông mác M200, cốt thép nhóm CII. Dung trọng bê tông  b = 25 kNm 3Vùng xây dựng công trình có cường độ gió q g = 1,2 kNm 2 , hệ số k gió đẩy = 0,8, hệ số k gió hút = 0,6. Cầu máng thuộc công trình cấp III. Dùng bê tông mác M200, cốt thép nhóm CII. Dung trọng bê tông  b = 25 kNm 3

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) Bề rộngB (m) Hmax(m) Mác bêtông Nhómthép Số nhịp

Vùng xây dựng công trình có cường độ gió q g = 1,2 kN/m 2, hệ số

kgió đẩy = 0,8, hệ số k gió hút = 0,6 Cầu máng thuộc công trình cấp III Dùng bê tông mác

M200, cốt thép nhóm CII Dung trọng bê tông b = 25 kN/m 3

Tra các phụ lục tronggiáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép được số liệu sau:

2 3

1

B

R 11,5 daN cm/ 2

c n

E n E

1 500

1 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 khôngthay đổi dọc theo chiều dòng chảy Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáymáng ta cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng Đốivới dầm đỡ, sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp

3 Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềmtính kết cấu

xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêucầu an < angh , nếu an>angh , đưa ra giải pháp khắc phục.

6 Tính độ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l] Nếu f/l >[f/l] thì đưa ragiải 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 đinhư một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng Chọn bề rộng lề là 1m Chiều dày lềthay đổi dần 8÷12cm

A =

k n n c M

m b R n .b h02 = 2

1,15.1.160801,15.90.100.8 = 0,028

A = 0,028<A0= 0,42  Tính cốt đơn,  = 1 - √ 1−2 A = 1 - 1 2.0,028  =0,0284

Fa =

m b R n b h0 α

m a R a =

1.90.100.8.0,0331,1.2700 = 0.792 cm2< µminbh0 = 0,001.100.8 =0,8 cm2

Chọn và bố trí cốt thép chịu lực : 5ϕ8/1m ( 2,51 cm2) theo phương vuông góc vớiphương dòng chảy

Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực :4ϕ8/1m (2,01 cm2)

a=250

8

Hình 1.3 –Bố trí thép lề người đi.

- Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M bt

- Áp lực nước tương ứng vơi H max : q n

- Áp lực gió ( gồm gió đẩy và gió hút ): q gđ và q gh

Các tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng 2.2.1 Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng: M bt , q gđ (gió đẩy, trong máng không có nước và không có người đi trên lê).

2.2.2 Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng :M 1 , M ng , q n

,q gh (gió hút, trong máng có nươc chảy qua với mực nước H max và trê lề có người đi)

M1c = 0,8 kNm và M1 = 0,84 kNm đã tính ở trường hợp căng ngoài

q = 26 kN/m nmax

TH căng ngoài TH căng trong

3,12 kN Q

0 kN Q +

Hình 2.3 –Nội lực vách máng trong trường hợp căng ngoài.

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm )

M=M1 + Mgđ

M1c = 0,8 kNm M1= 0,84 kNm

Mgđ = ng.Mc

gđ = 1,3.3= 3,9 kNm

M= 3,9 – 0,84= 3,06 kNm

2.3.2 Trường hợp căng trong

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất ( mặt cắt ngàm )

ng

0

26 -

Hình 2.4 –Nội lực vách máng trong trường hợp căng trong.

1 Trường hợp căng ngoài : M = 3,06 kNm.

A =

k n n c M

m b R n .b h02 =

2 2

1,15.1.3,06.101,15.90.100.18 = 0,01

1,15.1.21,866.10

A = 0,075< A0 = 0,42  Tính cốt đơn,  = 1 - √ 1−2 A = 1 - 1 2.0,075 =0,078

Không cần đặt cốt ngang

c Bố trí cốt thép.

Lớp trong: 512/1m; Lớp ngoài: 58/1m

Dọc theo phương dòng chảy bố trí lớp thép cấu tạo 48/1m.

 12 a=200

k – hệ số lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn.

c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn hạn,bằng 1,3 với tải trọng dài hạn

n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy bằng 1 với thép có gờ

μ= F a

bh 0 =

5,65 100.18 = 0,00314

Hình 3.1 – Sơ đồ tính toán đáy máng.3.2 Tải trọng tác dụng.

Do điều kiện làm việc cảu đáy máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy mángbao gồm các tải trọng sau :

1 Tải trọng bản thân đáy máng :

nmax = 17,333 kNm; Mnmax = 17,333 kNm đã tính ở phần thiết kế vách máng

4 Áp lực nước ứng với mực nước cột nước nguy hiểm H ngh :

Cột nước nguy hiểm Hngh là cột nước gây momen uốn lớn nhất tại mặt cắt trên gốigiữa

6 Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống:

a Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề

người đi truyền xuống (q đ , M bt ):

( M g Q g tra bảng 18 trang 167 giáo trình KCBTCT,  , tra bảng 21 trang 179 giáo trình CKBTCT)

bt

q = 6,563 kN/md

2,390,84

kNmM

-6,907

6,907+

5,234

-b Nội lực do áp lực nước ứng với H max (q nmax , M nmax ):

( M g Q g tra bảng 18 trang 167 giáo trình KCBTCT,  , tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT).

32,091

+

( M g Q g tra bảng 18 trang 167 giáo trình KCBTCT,;  , tra bảng 21 trang

179 giáo trình KCBTCT).

-

-0,196

M = 2,925 kNm

Q kN

2,925 kNm M

g Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (M gđ , M gh ):

3,9 2,24 1,558

+ +

1 TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách :

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax có người đi trên lề bên trái hoặc cả 2 bên

và có gió thổi từ phải qua trái

M1 = Ma + Mb + Md + Mg = 0,84 + 17,333 + 0,768 + 2,925= 21,866 kNm

2 TH tải trọng gây mômen căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh có người đi trên lề bên phải và có gió thổi

từ trái sang phải

M2 = Ma + Mc + Me + Mf = 1,94 + 2,424 + 0,096 + 1,558 = 5,272 kNm

3 TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa:

Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh không có người đi trên lề và có gió thổi từphải qua trái và ngược lại

M3 = Ma + Mc + Mf ( hoặc Mg) = 2,39 + 4,85+ 0,196 = 7,436 kNm

3.4 Tính toán và bố trí cốt thép đáy máng.

a Tính toán cốt dọc chịu lực:

1 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất M 1 tại mặt cắt sát vách:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật : b = 100cm, h = 25cm Chọn a

A = 0,051< A0 = 0,42  Tính cốt đơn

2 0

2 Trường hợp gây căng dưới lớn nhất M 2 tại mặt cắt giữa nhịp:

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữa nhật: b = 100cm, h = 25cm Chọn a

= 3cm, h0 = h – a = 22cm

3 Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất

Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm Chọn a =3cm, h0 = h – a = 22cm

Kiểm tra nứt tại 2 mặt cắt : mặt cắt sát vách và giữa nhịp.

Điều kiện để cấu kiện không bị nứt : nc.Mc Mn = 1.Rkc.Wqđ

nc.Mc= 1.48400 = 48400 daNcm < Mn

Mặt cắt giữa nhịp không bị nứt

IV DẦM ĐỠ GIỮA

4.1 Sơ đồ tính toán.

Đáy máng bố trí 3 dầm đỡ bao gồm 2 dầm bên và 1 dầm giữa Hai dầm bên chịu tảitrọng từ vách máng và phần lề người đi truyền xuống nhưng chịu tải trọng nước và tảitrọng bản thân ít hơn dầm đỡ giữa Do vậy, ta có thể tính toán và bố trí cốt thép chodầm giữa, bố trí thép tương tự cho 2 dầm bên Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọcmáng

Sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa

Hình 4.1 sơ đồ tính toán dầm đỡ giữa

2, trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp :(tại mặt cắt có x/l = 0,4)

kn.nc.M < Mc trục trung hoà đi qua cánh

Tính toán tương tự như đối với tiết diện chữ nhật b'cxh = 160x80 cm

Hình 4.4 Tính toán cốt thép cho trường hợp căn dưới

Chọn a = a’ = 4cm  h0 = h-a = 76cm

15747011,15.1

0,0191,15.90.160.76

Tính toán cốt đai không cốt xiên

Chọn đường kính cốt đai d = 8mm  Diện tích một nhánh đai fd = 0,503cm2

Tính toán cốt xiên.

4.5 Kiểm tra nứt và tính bề rộng khe nứt.

Kiểm tra nứt tại 2 mặt cắt có mômen căng trên và căng dưới lớn nhất

Điều kiện để dầm không bị nứt tại các tiết diện trên: nc.Mc Mn = 1.Rkc.Wq®

a Trường hợp căng dưới: Mc

Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế

b Trường hợp căng trên: Mc

f = Mp ¯M k =

1

B dhΩp ¯y k0

Ωp – diện tích của biểu đồ mômen uốn Mp.

¯y k0 - tung độ biểu đồ M¯k0 trên hệ cơ bản ứng với vị trí trọng tâm của biểu đồ Mp

Hình 4.7 – Biểu đồ mômen cuối cùng và biểu đồ mômen trên hệ cơ bản.

Dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêshagin, ta tính được độ võng tại mặt cắt giữanhịp biên: