Đồ án Thiết kế cầu máng bê tông cốt thép

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊTÔNG CỐT THÉP 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 1 4 3 2 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/m 2  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/m 3  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/m 2 = 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 Bước 1: Kích thước - Sơ đồ tính  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) Bước 2: Tải trọng  Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề người đi gồm:  Trọng lượng bản thân (qbt): q c bt = b . h . 1m  Tải trọng người (qng): q c ng = 2x1m = 2 kN/m  Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi: q = nbt . q c bt + nng . q c ng nbt = 1,05; nng = 1,2 - Hệ số vượt tải (TCVN 4116- 85) Lập bảng thống kê tải trọng STT Tên lực Giá trị tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tính toán 1 Tải trọng bản thân … 1.05 … 2 Tải trọng người 2 1.2 5.025 Bước 3. Nội lực  Sử dụng giá trị tải trọng tính toán  Vẽ biểu đồ mômen M và lực cắt Q  Xét tại mặt cắt ngàm  Mmax bố trí cốt dọc  Qmax Kiểm tra bố trí cốt ngang Bước 4: Tính toán bố trí cốt thép  Mmax áp dụng cho cấu kiệnchịu uốn tiết diện chữ nhật b=100cm; h=15cm.  Qmax áp dụng kiểm tra điều kiện bố trí cốt ngang. Bố trí cấu tạo  Đường kính thép chịu lực d=(6÷12)mm thuộc nhóm AI.  Thép cấu tạo đặt vuông góc với thép chịu lực có đường kính bằng hoặc nhỏ hơn cốt thép chịu lực.  Khoảng cách cốt thép phải thoả mãn yêu cầu đối với kết cấu đặc trưng cho cấu kiện chịu uốn là bản II - Thiết kế vách máng Bước 1,2: Kích thước - Sơ đồ tính  Áp dụng tính toán cho Bản  Cắt 1m theo chiều dài cầu máng  Hv=Hmax+ (0.2 0.5)  Mặt cắt sát vách máng  b=100cm  h=25cm Hv 25 100 Bước 3: Tải trọng - tổ hợp tải trọng  Lề đi thay bằng tải trọng truyền xuống vách máng  Tải trọng gây căng ngoài:  Tải trọng lề đi (M1)  Tải trọng gió đẩy (qgd)  Tải trọng gây căng trong:  Tải trọng lề đi (M1)  Tải trọng do người (Mng)  Áp lực nước (qn)  Tải trọng gió hút (qgh) Lập bảng thống kê các lực tác dụng STT Tên lực Giá trị tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tính toán I Tải trọng gây căng ngoài 1 Lề đi (M1) 0.8 1.05 0.84 2 Gió đẩy (qgd) 0.96 1.3 1.248 II Tải trọng gây căng trong 1 Lề đi (M1) … … … 2 Gió hút (qgh) … … … 3 Người trên lề (Mng) 4 Áp lực nước … … … Tải trọng tác dụng lên vách máng Căng ngoài Căng trong Căng ngoài Căng trong M1 qgh qgd Mng M1 qn Bước 4: Nội lực  Vẽ biểu đồ mômen - lực cắt cho trường hợp căng ngoài, căng trong:  Căng ngoài:  Mmax tính cốt dọc lớp ngoài vách máng  Qmax Kiểm tra tính cốt ngang cho lớp ngoài  Căng trong:  Mmax tính cốt dọc lớp trong vách máng  Qmax Kiểm tra tính cốt ngang cho lớp trong Bước 5: Tính toán cốt thép  Tính lớp thép cho căng ngoài:  Áp dụng cho cấu kiện chịu uốn tiết diện CN cốt đơn:  b=100cm,h=25cm, Mmax căng ngoài  Tính lớp thép cho căng trong:  Áp dụng cho cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật cốt kép với Fa’ là cốt thép lớp ngoài đã tính toán  b=100cm,h=25cm, Mmax căng trong, Fa’=Fa căng ngoài  Kiểm tra tính toán cốt ngang theo lực cắt. Bước 6: Kiểm tra nứt  Cho trường hợp căng trong  Nếu bị nứt:  Tính bề rộng khe nứt để kiểm tra với bề rộng khe nứt cho phép.  Quay lại bước thiết kế để khống chế không cho vết nứt xuất hiện. Bước 7: Bố trí cấu tạo sơ bộ  Kết luận:  Chọn thép cho lớp trong.  Chọn thép cho lớp ngoài.  Chọn thép cấu tạo theo phương dòng chảy.  Vẽ hình bố trí sơ bộ trong thuyết minh  Triển khai cụ thể ra bản vẽ A1 III - Thiết kế đáy máng Bước1,2: Kích thước - Sơ đồ tính L L (20-25)cm (30-35)cm b=100cm h=(20-25)cm 2 ba2B L d4 a4 Bước 3: Tải trọng - tổ hợp tải trọng  Tải trọng lề (M1; Mng) truyền xuống đáy máng.  Tải trọng vách máng truyền thẳng đứng nên không kể đến trong tính toán.  Tải trọng bản thân của đáy máng.  Tải trọng nước:  Ứng với cột nước Max (Hmax)  Ứng với cột nước nguy hiểm (Hngh)  Tải trọng gió  Gió đẩy.  Gió hút. Bảng thống kê các lực tác dụng STT Tên lực Giá trị tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tính toán I Tải trọng truyền trên lề 1 Lề đi (M1) 0.8 1.05 0.84 2 Người (qgd) … … … II Tải trọng bản thân (qbt) … … … III Tải trọng nước … … … 1 Hmax … … … 2 Mômen do Hmax … … … 3 Hng.h … … … 4 Mômen do Hng.h … … … … … … … … Tổ hợp tải trọng M = 0,768 kNmng M = 3,4117 kNmgh M = 4,549 KNmg® g®M = 4,549 KNm M = 3,4117 kNmgh M Q I II III IV V VI VII THµNH PHÇN LùCSTT 0, 84 5, 03 5, 03 6, 46 11 ,5 11 ,5 38 ,5 4 14 ,1 8 14 ,1 8 14 ,1 7 23 ,0 7 16 ,7 6 11 ,3 3 6, 78 3, 10 0, 29 1, 63 2, 68 2, 86 2, 16 0, 59 4, 13 1, 90 0, 16 1, 08 1, 82 2, 07 1, 82 1, 07 0, 17 1 ,9 0 4 ,1 4 0. 77 0. 19 0. 19 0. 77 4. 55 0. 28 3. 41 4. 55 3. 41 0. 28 6, 46 38 ,5 4 14 ,1 7 0, 55 0, 11 0. 96 0, 55 0, 11 1, 79 2, 76 1, 79 2, 76 q =16,2 kN/mM = 4,131 kNmngh ngh M = 4,131 kNmngh M = 0,768 kNmng M = 0,84 kNml q =6,56 kN/m lM = 0,84 kNml 0, 06 0, 52 1, 04 1, 07 1, 05 0, 82 0, 39 0, 23 1 ,0 6 2, 09 M = 23,0707 kNmM = 23,0707 kNmmax q = 28,6 kN/mmax max Tổ hợp I q =6,56 kN/m l I-a I-b l I-c M = 0,84 kNm M = 0,84 kNm l M = 0,84 kNml q =6,56 kN/m lM = 0,84 kNml I Xây dựng biểu đồ mômen I-a  Phụ lục 18 đối với dầm liên tục chịu tải trọng phân bố đều  Lập bảng tính xác định giá trị mômen cho từng đoạn chia x/L  Vẽ biểu đồ mômen. 0,06 0,52 1,04 1,07 1,05 0,82 0,39 0,23 1,0 6 2,090,84 q =6,56 kN/m l I-a x/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Mg … … … … … … … … … … … M-Ia … … … … … … … … … … … 0,84 2,0 9 1,060,230,390,821,051,071,040,520,06 L Xây dựng biểu đồ mômen I-b  Phụ lục 21 đối với dầm liên tục 2 nhịp chịu mômen tập trung  Lập bảng tính xác định giá trị mômen cho 3 đoạn chia 0,1,2  Vẽ biểu đồ mômen. I-b lM = 0,84 kNm I-b 0 1 2 Phụ lục 18 - 21 I I-c I-b I-a Bước 4: Nội lực…  Mặt cắt giữa nhịp:  Mmax1=MI + MIII + MV + MVI  Mặt cắt sát vách máng:  Mmax2=MI + MII + MIV + MVII  Mặt cắt tại gối:  Mmax3=MI + MIII + MVI  Đối với biểu đồ bao lực cắt kiểm tra tại mặt cắt sát vách  Qmax= QI + QII + QIV + QV + QVII Bước 5: Tính toán cốt thép…  Cốt dọc:  Căng trên tại hai mặt cắt: Sát vách - Gối giữa  Căng dưới tại mặt cắt giữa nhịp  Áp dụng với cấu kiện chịu uốn có tiết diện CN  b=100cm  h=(20-25)cm  Cốt ngang:  Kiểm tra theo lực cắt Bước 6: Kiểm tra nứt…  Kiểm tra tại hai mặt cắt:  Mặt cắt sát vách.  Mặt cắt giữa nhịp.  Trường hợp xảy ra nứt:  Thiết kế lại để vết nứt không xảy ra.  Tính bề rộng khe nứt thoả mãn điều kiện cho phép. Bước 7: Bố trí cấu tạo sơ bộ…  Kết luận:  Chọn thép cho lớp trên (căng âm).  Chọn thép cho lớp dưới (căng dương)  Chọn thép cấu tạo theo phương dòng chảy.  Vẽ hình bố trí sơ bộ trong thuyết minh  Triển khai cụ thể ra bản vẽ A1 4 - Thiết kế dầm đỡ Bước1,2: Kích thước - Sơ đồ tính…  Cắt 1m dài.  Mặt cắt tính toán của dầm là chữ T  Chọn trước chiều cao dầm  h= …  b= 30÷35cm  Xác định bề rộng cánh dầm:  bc’=min{L/3;B/2}  Là dầm liên tục 6 nhịp Bước 3: Tải trọng…  Tải trọng bản thân  Tải trọng của nước STT Tên lực Giá trị tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Giá trị tính toán 1 Tải trọng bản thân … 1.05 … 2 Tải trọng nước … 1 … Bước 4: Tính toán nội lực…  Tra bảng phụ lục 18, lập bảng tính và vẽ biểu đồ mômen và lực cắt cho dầm liên tục 6 nhịp  Xuất phát từ dầm liên tục 5 nhịp Bước 5: Tính toán cốt thép…  Mômen dương max tại nhịp đầu tiên của dầm:  Tính toán cho dầm chữ T cánh nén  Mômen âm max tại gối thứ hai của dầm:  Tính toán cho dầm chữ T cánh kéo  Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng theo lực cắt để tính cốt ngang  Cốt đai: chia đoạn đầu dầm và đoạn giữa dầm.  So sánh được lượng thép tiết kiệm được. Bước 6: Kiểm tra nứt…  Kiểm tra cho hai mặt cắt:  Mặt cắt có mômen dương max tại nhịp dầm đầu tiên  Mặt cắt có mômen âm max tại gối thứ hai của dầm Bước 7: Kiểm tra độ võng…  Sử dụng biểu đồ mômen Mp đã có.  Lập trạng thái phụ Pk=1kN tại vị trí có mômen dương max (x/L=0,4).  Sử dụng phương pháp nhân biểu đồ của sức bền vật liệu )M)(M( B 1 f Kp dh 3 y1 y2 y3 y4 y5 Pk =1 p.a.b L Triển khai bản vẽ A1