Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 1
-
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
* * *

Giáo viên hướng dẫn
:
Nguyễn Văn Tuấn Sinh viên
:LÀNH XUÂN THƯỢNG Lớp
:60CĐB20

ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu dường ô tô nhịp giản đơn,bằng BTCT,thi công bằng phương
pháp đúc rieng từng dầm tại công trường và tải trọng cho trước.
I SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH
Chiều dài nhịp:
Hoạt tải
Khoảng cách tim hai dầm
Bề rộng chế tạo cánh
:l=20 (m)
:HL-93
:210 cm
:b
f

2. Tính mômen,lực cắt lớn nhất do tải trong gây ra.
3 Vẽ biểu đồ bao moomen,lực cắt do tải trong gây ra.
4 Tính,bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.
5. Tinh,bố trí cốt thép đa.
6. Tính toán kiểm soát nứt.
7. Tính độ võng do hoạt tải gây ra.
8. Xác đinh vị trí cốt thép,vẽ biểu đồ bao vật liệu.
B-BẢN VẼ:
9. Thể hiện trên giấp A1
10. Vẽ mặt chính dầm,vẽ các mặt cắt đại diện.
11. Vẽ biểu đồ bao vật liệu.
12. Bóc tách cốt thép,thống kê vật liệu.
Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 2
-
1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM:
1.1 Chiều cao dầm h.
Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng,thông thường đối với
dầm BTCT khi chiều cao đã thỏa mãn điều kiện cường độ thì cũng đã đạt yêu cầu về độ võng.
Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài của nhịp,chọn theo công thức
kinh nghiệm:
h =(
10
1
÷
20
1
)
l


Theo
đề ra ta có:b=160(cm)
1.5 Chọn kích thước bầu dâm b
l
,h
l
:
h
l
=19cm
b
l
=33cm
1.6 Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài
:
Diện tích mặt cắt dầm.
A=1,6x0,18+0,1x0,1 + 0,065x0,065+(1,4
−
0,18
−
0,19)x0,2+0,19x0,33=0,5489(m
2
)
Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 3
-
W
dc
=A×γ=0,5489×24=13,1736 (KN/m)
Trong đó


Chiều dày cánh quy đổi:

qd
f
h
=h
f
+
w
bb
S
−
1
2
=18 +
(2 50)
170 20
×
−
= 18,667cm =186,67mm
-

Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm:
S
2
=6,5x6,5/2=21,125cm
2
.
-


2. TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM.

Tính moomen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ,tính tại mặt cắt giữa nhịp;
M=η{(1,25×w
dc
+1,5×w
dw
)+mg
M
[1,75×LL
1
+1,75×k×LL
M
×(1+IM)]}×w
M
Trong đó:
LL
L
:Tải trọng làn rải đều (9,3kn/m).
LL
dem
M
tan
=25,44 :Hoạt tải tương đương của xe 2 trục thiết kế ứng với đ.a.h M tại mặt
cắt giữa nhịp(KN/m).

LL
truck
M

×f
'
c
(d
−
a/2)+0,85×β
l
(b
−
b
w
)×h
f
×f
'
c
(d
−
h
f
/2)
M
u
=ΦM
n

Trong đó:
M
n
:Mô men kháng danh định

≥28MPa
=0,65 khi f
'
c
≥56MPa
Vậy theo điều kiện đầu bài f
'
c
=28MPa nên ta có β
l
=0,85
h
f
=0,18667m:chiều dày bản cánh sau khi quy đổi.
a=β
l
c:Chiều cao khối ứng suất chữ nhật tương đương.
Ta có a=d













−
h
f
/2)
Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 5
-
Thay các số liệu vào ta có:
M
f
=0,85x0,85x(1,7
−
0,2)x0,18667x28x10
3
x(1,08
−
0,18667
2
)=5588,97(KNm).
φ
u
M
=
1592,58
0,9
=1769,53 KNm < M
f
→ a<0
Vậy trục trung hòa đi qua bản cánh ta chuyển sang tính toán như mặt cắt chữ nhật.
Xác định a từ điều kiện:


=
2
2 1592,58
1,08 1 1
0,9 0,85 28000 1,7 1,08
 
×
− −
 
× × × ×
 
= 0,0413 m
Thay số vào ta được a=0,0413 m=4,13 cm < b
l
h
f1
= 15,86(cm)
A
s
=
y
c
f
fba
'
85,0 ×××

A
s

A
s
=43,96 cm
2

Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép.
d
l
=
i
ii
F
yF
Σ
Σ
=
4 40 4 105 4 170 2 235
14
× + × + × + ×
=123,6mm=12,36cm
d:Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu
kéo:d=h
−
d
l
=120
−
12,36=107,64cm
Giả sử trục trung hòa đí qua bản cánh.
Tính toán chiều cao vùng nén quy đổi:

M
r
=0,9x0,85x45,63x1700x28x(
45,63
2
1076,4 −
)=1750606092(Nmm)=1750,61 (KNm)
Như vậy M
r
>M
u
=1592,58
=> Dầm đủ khả năng chịu mômen.
Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:

d
c
=
d
a
l
β
=
4,563
0,85 7,64
×10
=0,050 < 0,42
Vậy cốt thép tối đa thỏa mãn.
Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
ρ=
DAH M5 DAH M4 DAH M3

DAH M2

DAH M1

Các công thức tính toán giá trị moomen,lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn
cường độ:
M
i
=η
{
}
MMlMdwdc
wIMLLkLLmgww
×+××+×+×+×
)]1(75,175,1[)5,125,1(
Q
i

w
dw
;w
dc
:tĩnh tải rải đều và trọng lượng bản thân của dầm(KNm)
w
M
:diện tích đ.a.h moomen tại mặt cắt thứ i.
Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 8
-
w
Q
:tổng đại số diện tích đ.a.h lực cắt.
w
lQ
:diện tích phần lớn hơn trên đ.a.h lực cắt
LL:hoạt tải tương ứng với đ.a.h moomen lực cắt tại mặt cắt thứ i.
LL
Q
:hoạt tải tương ứng với đ.a.h lực cắt tại mặt cắt thứ i.
mg
M
;mg
Q
:hệ số phân bố ngang tinh cho mômen lực cắt.
LL
L
=9,3KN/m:tải trọng làn rải đều.
(l+IM):hệ số xung kích,lấy=1,25

(KN/m)

dem
Mi
LL
tan
(KN/m)

cd
i
M
(kNm)

sd
i
M
(kNm)
1,60 0,10

11,52 32,44 26,33 603,75 507,87
3,20 0,20

20,48 31,47 26,20 1059,92 870,24
4,80 0,30

26,88 30,50 25,99 1373,53 1125,90
6,40 0,40

30,72 29,51 25,72 1549,51 1267,73
8,00 0,50Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 9
-
§−êng a/h lùc c¾t t¹i c¸c tiÕt diÖn:
DAH Q0

DAH Q5 DAH Q4 DAH Q3

DAH Q2

DAH Q1

B
¶ng gi¸ trÞ lùc c¾t

LL
kn m

)(kNQ
cd
i

)(kNQ
sd
i

0,00 16,00 08,00 08,00 33,40 26,47 585,76 407,74
1,60 14,40 06,48 06,40 36,20 29,31 493,64 342,08
3,20 12,80 05,12 04,80 39,50 32,79 403,96 277,98
4,80 11,20 03,92 03,20 43,30 37,22 316,19 215,09
6,40 09,60 02,88 01,60 47,67 43,07 230,60 153,58
8,00 08,00 02,00 00,00 53,02 50,88 148,49 77,54

ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp
Sv:Lnh Xuõn thng Gv:Nguyn Vn Tun - 10
-1.Biểu đồ bao lực cắt ở trạng thái giới hạn cờng độ

585,76493,64

2 Vẽ biu bao vt liu

Tớnh toỏn moomen khỏng tớnh toỏn ca dm khi b ct hoc un cụt thộp:
Kt qu tớnh toỏn c th hi trong bng sau:
S ln

ct
S thanh
cũn li
Din tớch A
s

cũn li(mm
2
)
d(cm) a(cm) V trớ trc
trung hũa
M
r
(KNm)
0 14 43,96 12,36 4,563
Qua c
ánh
1750,61
1 12 3768 10,5 3,92

u
0,9M
cr
thỡ iu kin lng cụt thộp ti thiu l M
r
1,33M
u
.iu ny cú ngha l kh nng
chu lc ca dm phi bao ngoi ng
3
4
M
u
Khi;M
u
0,9M
c
Ta cú:Din tớch mt ct ngang
g
A
=18,667
ì
170+(120

18,667

22,25)
ì
20+22,25
ì

g
I
× ×
= + × × − +
×
+ × × + − + × × −

=5710828,099
4
cmr
f
=0,63
,
c
f
×
=
28
0,63× =3,334 Mpa
⇔
M
cr
=f
r
g
t
I

=726,34mm *Xác định điểm cắt lý thuyết
Điểm cắt lý thuyết mà tại đó theo yêu cầu về uốn không cần cốt thép dài hơn
Để xác định điểm cắt lý thuyết ta chỉ cần vẽ biểu đồ moomen tính toán M
u
và xác định điểm giao
biểu đồ ΦM
n

*
Xác định điểm cắt thực tế

Từ điểm cắt lý thuyết này cần kéo dài về phía moomen 1 đoạn là l
l
.chiều dài l
l
lấy bằng trị số lớn
nhất trong các trị số sau:
-chiều cao hữu hiệu của tiết diện:d=1076,4 mm
-15 lần đường kính danh định:15x20=300 mm
-1/20 lần nhịp:(1/20)x16000=800mm
=>chọn l
l
=1080mm
Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 12
-
Đồng thời chiều dài này cũng không nhỏ hơn chiều dài phát triển lực l

0,02
28
×314× 420
=498,46(mm)
Đồng thời l
db
≥0,06×A
b
×f
y
=0,06x22,2x420=504(mm)
Trong đó
A
b
=314 :diện tích thanh số 20(mm
2
)
f
y
=420MPa:cường độ chảy được quy định của các thanh cốt thép.
f
'
c
=28MPa:cường độ chịu nén quy định của BT ở tuổi 28 ngày
d
b
=20 mm:đường kính thanh(mm)
Hệ số điều chỉnh làm tăng l
d
:1,4

d
tới mặt cắt thiết kế có the kéo dài liên tục lên mặt đối diện côt thép.

Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 13
-

630
1173.23 890.02 1260.95 1864.43250

n
> V
u
V
n
sức kháng danh định,được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của
V
n
=V
c
+V
s
(N)
Hoặc V
n
=0,25f
'
c
b
v
d
v
(N)
V
c
=0,083β
'
c
f d
v

e
=0,9x1076,4 = 968,76 mm
0,72h=0,72x1200=864mm
d
−
a/2=1076,4
−
41,3/2= 1055,75(mm)
+b
v
:bề rộng bản bụng hữu hiệu,lấy băng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao d
v
,vậy
b
v
=b
w
=20cm
Từ trên ta thấy d
v
=1055,75 (mm)
+s(mm):bước cốt thép đai.
+β:Hệ số chỉ khả năng của BT bị nứt chéo truyền lực kéo.
+
θ
:góc nghiêng của ứng suất nén chéo.
+ β,
θ
được xác định băng cách tra đồ thị và tra bảng.
+α:góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc,bố trí cốt thép đai vuông với trục dầm nên

v
d
v
)=0,9 x 0,25 x 28 x 200 x 1055,75=1330,25 x 10
3
N=1330,25 KN
V
u
= 524,98 (KN) < ΦV
n
= 1330,25 KN=> Đạt
Tính góc
θ
và hệ số β:
+Tính toán ứng suất cắt
V=
vv
u
bd
V
××
φ
=
3
489,76 10
0,9 1055,75 200
×
× ×
=2,763 N/mm
2

=
Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép
Sv:Lành Xuân thượng Gv:Nguyễn Văn Tuấn - 15
-
d
v
=1055,75 mm
E
s
=2 x 10
5
N/mm
2
A
s
=1884mm
2
(khi kéo về gối cắt 8 thanh còn lại 6 thanh).
ε
x
=1,698 x 10
-3

Tra bảng ta được
θ
=38,52
o
Tính lại ε
x
=1,877 x 10


V
c
=0,083×β
'
c
f ×d
v
×b
v
=0,083×1,533× 28 ×200×1055,75=142,16×10
3
(N)
Yêu cầu về khả năng chịu lực cắt cần thiết của côt thép:
V
s
=V
n
−
V
c
=
3
524,98 10
0,9
×
−
142,16×10
3
=441,15×10

3
(N)
A
v
:diện
θ
tích cốt thép đai(mm
2
)
Chọn côt thép đai là thanh số 10,đư
ờng kính danh định d=9,5mm,diện tích mặt cắt ngang
cốt thép đai là:
A
v
=2x71=142mm
2

Vậy ta tính được S
max
=
0
3
142 420 1055,75 cot 38,872
441,15 10
g× × ×
×
=176,98 (mm)
Ta chọn khoảng cách bố trí côt đai s=160 cm
Kiểm tra lượng cốt thép đai tối thiểu
A

×d
v
×b
v
=0,1×28×1055,75×200=591,22×10
3
(N) > V
u
=524,98×10
3
(N)
*Nên ta kiểm tra theo các điều kiện sau
:
S ≤ 0,8d
v

s=160 mm ≤ 0,8d
v
=0,8 x 1055,75=844,6 mm=>thỏa mãn.
S ≤ 600 mm=>thỏa mãn.
Kiểm tra điều kiện đảm bảo cho cốt thép dọc không bị chảy dưới tác dụng tổ hợp cua mômen,lực
dọc trục và lực cắt:
Khả năng chịu lực cắt của cốt thép đai:
V
s
=
s
gfA
yv
θ






−
s
u
V
V
5,0
φ
cotgӨ=
5
398,38 10
1055,75 0,9
×
×
+
3
3
524,98 10
0,5 317, 22 10
0,9
 
×
− × ×
 
 
cotg(38,872

5,0
φ
cotgӨ=>đạt.
=791,28 x 10
3
> 5 x 10
3
=568,79>
§¹t

Mặt cắt ngang tính toán
1700
186,67
222,5
330
1200
Yt

Di
ện tích của mặt cắt ngang:


g
A =5489,3 )(
2
cm

Xác định vị trí trục trung hoà:


t
y
=
83,27(cm)

Mô men quán tính của tiết diện nguyên:

g
I
=

r c
f f MPa
= = =

r
c
ff 8,0
>

18,97 > 0,8 x 3,334 = 2,67
Vậy mặt cắt bị nứt.

ỏn mụn hc kt cu bờ tụng ct thộp
Sv:Lnh Xuõn thng Gv:Nguyn Vn Tun - 18
-
Xác định ứng khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng
1/3
min ;0,6
( )
sa y
Z
f f
d A

=

ì+Trong đó:

0,5
cm

=

Khi đó phần bê tông bọc cốt thép cần tìm là:

2 2
33 19 6,5 (33 2 6,5) 6,5 20 809,25
A
dt cm

= ì + + ì ì + ì =

A=

2
5780,36
14
A
dt
mm
=
Z : thông số bề rộng vết nứt sét trong điều kiện bình thờng Z= 30000 N/mm

1/3 1/3
30000

1,5 ' 1,5
0,043 2400 28
c c
f
γ
× = × ×
=26752,50(Mpa)
- Tỷ lệ môđun đàn hồi giữa cốt thép và bêtông:
n =
5
2 10
26752,50
s
c
E
E
×
= =
7,48
⇒
chọn n=7
- Xác định vị trí trục trung hoà dựa vào phương trình mômen tĩnh với trục trung hoà bằng không:
S =
( ) ( ) ( )
w w 1
2 2
f
f s
h
h y

( )
1
a
cr
M
y d
I
− .
- Tính mômen quán tính của tiết diện khi đã bị nứt:
I
cr
=
( )
( )
( )
( )
2
3
3
2
w
1
12 2 3
f f
w
f w s
b b h h
b h y
h b b h y nA y d
−

)
⇒
f
s
=
( )
6
8
7 1300,96 10
1019,8 123,6
359,17 10
× ×
× −
×
=227,23(N/mm
2
)= 227,23MPa
f
s
=227,23 MPa< f
sa
=252MPa
⇒
Đạt