Đồ án Môn học kết cấu bê tông cốt thép Thiết kế cầu máng bê tông cốt thép

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCTTHIẾT KẾ CẦU MÁNG BTCT GV hướng dẫn: Nguyễn Anh Dũng Bộ môn: Kết cấu công trình  CẦU MÁNG BÊTÔNG CỐT THÉP Yêu cầu đồ án: Thiết kế kênh dẫn nước qua vùng trũng gồm các hạng mục công trình chính: 1 - Lề đi 2 - Vách máng 3 - Đáy máng 4 - Dầm đỡ giữa Yêu cầu chung Thuyết minh: (35÷40) trang Nêu chi tiết các bước tính toán cho từng hạng mục theo các bước tính toán Vẽ hình thể hiện cách bố trí Bản vẽ: (A1) Thể hiện chi tiết mặt cắt dọc, ngang, các lớp thép cho các hạng mục theo đúng yêu cầu của bản vẽ kỹ thuật A. SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Số liệu riêng) Chiều dài máng L Mác bê tông Bề rộng máng B Loại cốt thép Cột nước lớn nhất trong máng Hmax Số nhịp n A. SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Số liệu chung) Độ vượt cao an toàn:  = 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 Bề rộng vết nứt giới hạn: angh = 0,24 mm Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500 Tải trọng người đi: qng = 200 kG/m2 = 2 kN/m2 Các bước thiết kế Bước 1: Chọn kích thước và sơ đồ tính Bước 2: Tải trọng tác dụng Bước 3: Xác định nội lực Bước 4: Tính toán và bố trí cốt thép Bước 5: Kiểm tra biến dạng, Kiểm tra nứt Bước 6: Kiểm tra võng B. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG Tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản Trình tự thiết kế các bộ phận: Bước 1: Chọn kích thước và Xác định sơ đồ tính toán Bước 2: Xác định tải trọng tác dụng Tải trọng tiêu chuẩn qc  Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt, độ võng (TTGH II) Tải trọng tính toán qtt = qc.nt  Xác định cốt thép dọc chịu lực, cốt đai và cốt xiên (nếu cần) (TTGH I). Bước 3: Xác định nội lực (tính tay, tra bảng, hoặc dùng phần mềm) Bước 4: Tính toán và bố trí cốt thép: Cốt dọc chịu lực tại mặt cắt có Mmax (bố trí 45 thanh/m với KC dạng bản) Cốt cấu tạo (45 thanh/m vuông góc với cốt chịu lực với KC dạng bản) Tính toán cốt thép đai, xiên cho mặt cắt có Qmax (phương pháp TTGH) Bước 5: Kiểm tra nứt (mặt cắt có Mmax): Mặt cắt cho phép xuất hiện khe nứt: nếu bị nứt, tính an<angh Mặt cắt không cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt  đề ra giải pháp khắc phục (không cần tính lại từ đầu) Bước 6: Tính và kiểm tra độ võng I - THIẾT KẾ LỀ ĐI I. LỀ NGƯỜI ĐI 1.1. Sơ đồ tính toán Cắt 1m theo chiều dài máng, coi lề như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. (Chọn bề rộng lề l = 0,8m, chiều dày lề h1= 8 12cm) I. LỀ NGƯỜI ĐI 1.2. Tải trọng tác dụng Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề người đi gồm: Trọng lượng bản thân (qbt): qcbt = b . h . 1m Tải trọng người (qng): qcng = 2.1m = 2 kN/m Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi: q = nbt . qcbt + nng . qcng nbt = 1,05; nng = 1,2 - Hệ số vượt tải (TCVN 4116-85) I. LỀ NGƯỜI ĐI Lập bảng thống kê tải trọng I. LỀ NGƯỜI ĐI 1.3. Xác định nội lực I. LỀ NGƯỜI ĐI 1.4. Tính toán và bố trí cốt thép Tính toán và bố trí cốt thép dọc: (mặt cắt ngàm) Tính như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm Bố trí cốt thép chịu lực: 45 thanh/1m Bố trí cốt thép cấu tạo : 45 thanh/1m Tính toán và bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện tính toán cốt ngang tại mặt cắt có Qmax knncQ < k1mb4Rkbh0  Không cần đặt cốt ngang. II - THIẾT KẾ VÁCH MÁNG II. VÁCH MÁNG 2.1. Sơ đồ tính toán Cắt 1m theo chiều dài máng, coi vách máng như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm dọc. Hv = Hmax +  (Độ vượt cao an toàn:  = 0,5m) II. VÁCH MÁNG 2.2. Tải trọng tác dụng Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách gồm: Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: Mng Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: Mbt Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): qg Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp: căng trong và căng ngoài vách máng. Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất: Mbt , qgđ (gió đẩy, máng không có nước và không có người đi trên lề) Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất: Mbt , Mng , qn , qgh (gió hút, trong máng có nước và trên lề có người đi) II. VÁCH MÁNG 2.3. Xác định nội lực II. VÁCH MÁNG 2.4. Tính toán và bố trí cốt thép Tính toán và bố trí cốt thép dọc:(mặt cắt ngàm) CK chịu uốn, tiết diện chữ nhật b = 100cm, h = 20cm, a = 2cm Tính toán cốt thép cho 2 trường hợp căng trong và căng ngoài Tính toán và bố trí cốt thép ngang: Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang: knncQ < k1mb4Rkbh0  Không cần đặt cốt ngang Bố trí cốt thép Lớp trong: 45 thanh/1m Lớp ngoài: 45 thanh/1m Dọc theo phương dòng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 45 thanh/1m II. VÁCH MÁNG 2.5. Kiểm tra nứt Kiểm tra cho trường hợp căng trong Điều kiện để tiết diện đáy máng không bị nứt: nc . Mc  Mn = 1 . Rkc . Wqđ Nếu mặt cắt sát đáy máng bị nứt, tính toán an = an1 + an2 an1, an2 - Bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn tác dụng dài hạn và ngắn hạn gây ra: ani = k.ci.. .7.(4 - 100. ) Nếu an < angh  Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế III - THIẾT KẾ ĐÁY MÁNG III. 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. Chiều dày bản đáy: hđ = 2025 cm Bề rộng đáy máng: B Chiều dài nhịp: l = 0,5(B+2h4-bd) Chọn sơ bộ bề rộng dầm đỡ: bd = 3035cm III. ĐÁY MÁNG 3.2. Tải trọng tác dụng Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy máng gồm: Tải trọng bản thân đáy máng: qđ Tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống: Mbt Áp lực nước ứng với cột nước Hmax: Mn max Áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm (Hngh): Mn ngh Hngh là cột nước gây ra mô men uốn căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa, Hngh = Tải trọng gió: Mgh , Mgđ (2 TH: gió trái và gió phải) Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống: Mng (3 TH: người đi lề trái, lề phải, cả 2 bên lề) III. ĐÁY MÁNG 3.3. Xác định nội lực Cách 1: Tra các phụ lục 18, 21 (Giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép) Vẽ biểu đồ nội lực cho các tải trọng độc lập tác dụng lên đáy máng Tổ hợp lại thành các trường hợp tải trọng gây bất lợi nhất cho các mặt cắt cần tính toán. Cách 2: (tham khảo) Dùng phần mềm Sap2000 vẽ biểu đồ bao nội lực. a, Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống (qđ, Mbt): b, Nội lực do áp lực nước ứng với Hmax (qmax, Mnmax): c, Nội lực do áp lực nước ứng với Hngh (qngh, Mngh): d, Nội lực do tải trọng người đi lề bên trái (Mng): e, Nội lực do tải trọng người đi lề bên phải (Mng): f, Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mgđ , Mgh): g, Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (Mgđ , Mgh): Các trường hợp tải trọng gây bất lợi nhất cho các mặt cắt cần tính toán: 1, TH tải trọng gây mô men căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách: (Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax , người đi lề bên trái và có gió thổi từ phải sang trái)  M1= Ma + Mb + Md + Mg 2, TH tải trọng gây mô men căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp: (Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh , người đi trên lề phải và có gió thổi từ trái sang phải)  M2 = Ma + Mc + Me + Mf 3, TH tải trọng gây mô men 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 từ phải sang trái hoặc ngược lại)  M3 = Ma + Mc + Mf ( hoặc Mg) III. ĐÁY MÁNG 3.4. Tính toán và bố trí cốt thép Tính toán và bố trí cốt thép cho 3 mặt cắt nguy hiểm trên đáy máng: Mặt cắt sát vách máng chịu mômen căng trên lớn nhất M1 Mặt cắt giữa nhịp chịu mômen căng dưới lớn nhất M2 Mặt cắt trên gối giữa chịu mômen căng trên lớn nhất M3 Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b=1m; h=hđ Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng (chỉ đặt cốt xiên nếu cần): knncQ < k1mb4Rkbh0  Không cần đặt cốt ngang Cốt thép chịu lực lớp trên: 45 thanh/1m Cốt thép chịu lực lớp dưới: 45 thanh/1m Dọc theo chiều dòng chảy bố trí cấu tạo: 5 thanh/1m III. ĐÁY MÁNG 3.5. Kiểm tra nứt Kiểm tra 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. IV - THIẾT KẾ DẦM ĐỠ GIỮA IV. DẦM ĐỠ GIỮA 4.1. Sơ đồ tính toán Tách dầm giữa bằng 2 mặt cắt dọc máng. Sơ đồ tính là dầm liên tục n nhịp tiết diện chữ T có các gối tựa là các trụ đỡ Chiều cao dầm: hd = 80 cm Chiều dài nhịp lnhịp = L/n Bề rộng sườn: b = 30cm Bề rộng cánh dầm: B/2 IV. DẦM ĐỠ GIỮA 4.2. Tải trọng tác dụng Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên dầm đỡ giữa gồm: Tải trọng bản thân Áp lực nước tương ứng với cột nước Hmax 4.3. Xác định nội lực Tra phụ lục 18 (Giáo trình Kết cấu BTCT) vẽ biểu đồ nội lực M, Q của dầm n nhịp. IV. DẦM ĐỠ GIỮA 4.4. Tính toán cốt thép Tính toán cốt thép dọc chịu lực cho 2 mặt cắt có M-max và M+max như cấu kiện chịu uốn. Trường hợp căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối thứ 2: (M-max ) Tiết diện chữ T cánh kéo  Tính toán như đối với tiết diện chữ nhật bd x hd Trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp biên: (M+max) Tiết diện tính toán hình chữ T cánh nén: b = bd , h = hd , bc’= B/2, hc’=hđ IV. DẦM ĐỠ GIỮA 4.4. Tính toán cốt thép (tiếp) Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng và tính cốt thép ngang: (mặt cắt có Qmax) k1.mb4.Rk.b.h0 < kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0  Bố trí cốt ngang. Tính toán cốt đai Chọn đường kính cốt đai d = 8mm  fđ = 0,503cm2, số nhánh nđ = 2  Chọn utk = max (umax; uct; utt) Tính toán cốt xiên. kn.nc.Q < Qđb Không cần đặt cốt xiên. 4.4. Kiểm tra nứt và tính bề rộng vết nứt Điều kiện để dầm không bị nứt: nc.Mc  Mn = 1 . Rkc . Wqđ Kiểm tra cho 2 mặt cắt có M-max (Tiết diện chữ T cánh kéo) và M+max (Tiết diện chữ T cánh nén) IV. DẦM ĐỠ GIỮA 4.6. Tính toán và kiểm tra độ võng Tính Bdh Nhân biểu đồ Vêrêshagin: f = Mp =  Dầm thoả mãn yêu cầu về độ võng