PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
-TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG-
-PHÂN HIỆU CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI THÁI NGUYÊN-
…………….000……………
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

GIẢNG VIÊN:LÊ XUÂN QUANG
BỘ MÔN: CẦU
SINH VIÊN: LÊ VĂN TRUNG
Lớp: 59CĐB2
THÁI NGUYÊN NGÀY THÁNG NĂM 2010
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 1
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
Giáo viên hướng dẫn :LÊ XUÂN QUANG
Sinh viên thực hiện : LÊ VĂN TRUNG
Lớp: 59CĐB2
ĐỀ BÀI: Thiết kế một dầm cho cầu đường ôtô nhịp giản đơn, bằng BTCT, thi công
bằng phương pháp đúc riêng 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= 17 (m)
: HL – 93
: 210(m)

1. Chọn mặt cắt ngang dầm.
2. Tính mômen, lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra.
3.Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt do tải trọng gây ra.
4. Tính và bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp.
5. Tính và bố trí cốt thép đai.
6. Tính toán kiểm toán nứt.
7. Tính độ võng do hoạt tải gây ra.
8. Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu.
9. Thuyết minh đánh máy trên giấy A4
B-BẢN VẼ:
1. Thể hiện trên khổ giấy A1
2. Vẽ mặt cắt chính dầm, vẽ các mặt cắt đại diện, chi tiết neo, nối, uốn cốt
thép.
3. Vẽ biểu đố bao vật liệu
4. Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu và ghi chúa ần thiết khác
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 2
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
BÀI LÀM
I-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 với dầm BTCT khi chiều cao đã thỏa mãn điều kiện cường độ thì cũng
đạt yêu cầu về độ võng.
- Chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp,chọn theo
công thức kinh nghiệm:
h=
h=0,(m)
÷

tham gia chịu lực tổng thể với các bộ phận khác. Theo kinh nghiệm h
f
= 16(cm).
1.4.Chiều rộng bản cánh b:
-Theo điều kiện đề bài cho: b=170(cm).
1.5.Chọn kích thước bầu dầm:b
1
,h
1
b
1
=33 (cm).
h
1
=19 (cm).
1.6.Tính sơ bộ trọng lượng bản thân của dầm trên 1(m) dài:
- Diện tích mặt cắt dầm:
A=1,7x0,17+0,1x0,1+0,065x0,065+(1,2-0,175-0,19)x0,2+0,19x0,33
=>A = 0,5499(cm
2
)
- Trọng lượng bản thân của dầm trên 1 mét dài là:
W
dc
=A x γ=0,5499 x 24=12,72 (kN/m)
-Trong đó:
γ=24(kN/m
3
): trọng lượng riêng của bê tông.
*Xác định bề rộng cánh dầm tính toán:

+

=18.667cm=186.67(mm)
-diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm:
S
2
= .6,5.6,5=21,125(cm
2
)
-Chiều cao bầu dầm mới:
H
f
qd
=h
1
+

=
)2033(
125,212
19
−
×
+
=22.25 (cm)=195.8 (mm)
Mặt cắt ngang tính toán
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 4
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT

.(1+IM)]}W
M
Q
i
=η{(1,25.w
dc
+1,5.w
dw
)W
Q
+mg
Q
[1,75.LL
l
+1,75.k.LL
Q
.(1+IM)]w
lQ
}
-Các công thức tính toán trị số mômen lực cắt thứ i theo trạng thái giới hạn sử
dụng
M
i
=1,0{(w
dc
+w
dw
)+mg
M
[LL

M
:Diện tích đường ảnh hưởng mômen tại măt cắt thứ i.
w
Q
:Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng lực cắt.
w
lQ
:Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh huởng lực cắt.
LL
M
:Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt thứ i.
LL
Q
:Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt thứ i.
mg
M
,mg
Q
:Hệ số phân bố ngang tính cho mômen, lực cắt.
LL
L
=9.3(KN/m):tải trọng dải đều.
(1+IM):Hệ số xung kích, lấy bằng 1,25
η :Hệ số điều chỉnh tải trọng xác định bằng công thức:
η =η
d
.η
R
.η
I

Mi
tan
(KN/m)
M
i
cd
(KN/m)
M
i
sd
(KN/m)
1 1.7 0.10 13.01 30.768 24.93
783.5 316.15
2 3.4 0.20 23.12 29.905 24.81
1375.85 536.97
3 5.1 0.30 30.35 29.305 24.62
1790.97 689.78
4 6.8 0.40 34.68 28.425 24.37
2021.11 769.85
5 8.5 0.50 36.13 27.545 24.125
2079.19 785.70
-Ta vẽ được biêu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ:
Biểu đồ bao mômem M (KNm)
2. Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện
Bảng giá trị lực cắt
Mặt
cắt
x
i
(m)

510.35 362.02
1 1.7 15.3 6.89 6.81
34.6
27.17
422.97 302.21
2 3.4 13.6 5.44 5.1 37.82 30.96
329.32 241.27
3 5.1 11.9 4.17 3.4 41.58 35.13
288.37 182.99
4 6.8 10.2 3.06 1.7 45.97 40.65
204.11 125.74
5 8.5 8.5 2.13 0.00 51.21 48.26
123.18 70.39
-Ta vẽ được biêu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ:
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 7
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
Biểu đồ lực cắt Q (KN)
III.TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT GIỮA
DẦM
-Tính mômen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ, tính tại
mặt cắt giữa nhịp:
M= η {(1,25w
dc
+1,5w
dc
)+mg
M
[1,75.LL

(1+IM) :Hệ số xung kích.
ω
M
=36,13 : Diện tích đường ảnh hưởng mômem tại mặt cắt giữa dầm (m
2
).
K=0.5 :Hệ số của HL-93
- Thay số vào ta có:
M=0.95{(1,25x13,2+1,5x6)+0,8[1,75x9,3+1,75x0,5x27,55(1+0.25)]}x36,13
=> M = 2079,19(KN/m).
-Giả sử chiều cao hữu hiệu của dầm:
d=(0,8
÷
0,9)h chọn d=0,9h=0,9x120=108(cm).
-Giả sử trục trung hoà đi qua sườn dầm ta có:
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 8
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
M
n
=0,85.a.b
w
. f
c
’
(d- )+0.85.β
1
(b-b
W

1
: Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén,được xác định:
=0.85 khi 28 MPa ≥ƒ
c
’
=0.85-0.05x(ƒ
’
c
-28)/7khi 56MPa ≥ƒ≥28MPa
=0.65khi ƒ
’
c
≥56MPa
Vì ƒ
’
c
=30MPa nên ta có β
1
=0,836
h
f
=0,18667m: Chiều dày bản cánh sau khi quy đổi.
a=β
1
.c :Chiều cao khối ứng suất tương đương.
-Ta có :a=d
×

Với M
f

10
3
×
(1,08 –
2
18667,0
)
=>M
f
=5889,55(KN/m)
Ta có:

=
9,0
19,2079
=2310,2(KNm)<M
f
=5889.55 (KNm)
→
a<0
=>Vậy trục trung hoà đi qua bản canh ta chuyển sang tính toán như mặt cắt chữ
nhật.
-Xác định a từ điều kiện:
M
u
=M
r
=Φ.M
n
=Φ

=
22
05,5321,5305
420
3017004,5185,0
cmmm ≈=
×××
*Sơ đồ chọn và bố trí cốt thép:
Phương án Φ F
t
(cm
2
) Số thanh F
t
(cm
2
)
1 19 2,84 18 48,28
2 22 3,87 14 54,18
3 25 5,10 10 56,1
-Từ bảng trên chọn phương án 2:
+Số thanh bố trí:14
+Số hiệu thanh: Φ 22
+Tổng diện tích cốt thép thực tế: 54,18cm
2

SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 9
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT

×
=5,249<β
1
h
f
=15,61(cm)
=>Vậy điều giả sử là đúng.
-Mômen kháng tính toán:
M
r
=φ.M
n
=0.9
×
0.85.a.b.f
c
’
(d
e
- )
=>M
r
=0,9
×
0,85
×
42,49
×
1700
×

=1,13%
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 10
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
Tỷ lệ hàm lượng cốt thép ρ=1,13%>0.03

=0.03
×
420
30
=0,214%
→
Thoả mãn.
IV-VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU
*Tính toán mômen kháng tính toán của dầm khi bị cắt cốt thép.
Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép chọn khi tính với mặt cắt có mômen lớn nhất sẽ
lần lượt được cắt bớt đi cho phù hợp với hình bao mômen.
Tại mỗi mặt cắt phải xá định lại diện tích cốt thép, vị trí trục trung hoà, chiều cao
khối ứng suất tương đương và mômen kháng tính toán.
Do đó ta có bảng sau:
Số lần
cắt
ST còn
lại
As(mm
2
)
Còn lại
ds(cm) a(cm) Vị trí TTH Mr(kNm)

r
≥
1.33M
u
. Điều nàycó
nghĩa là khả năng chịu lực của dầm phải bao ngoài đường M
u
khi M
u

≤
0.9M
cr
-Xác định mômen nứt: M
cr
=f
r
.

+ Diện tích của mặt cắt ngang: Ag
A
g
=18,667x170+(120-18,667-22,25)20+22,25x33=4810.3(cm
2
)
-Vị trí trục trung hoà:y
t
=

3,4810

25.2233
3
×
+33x22,25x(91.37-11.125)
2
=>I
g
=8240194,023(cm
4
)
-Cường độ chịu kéo khi uốn của bêtông: f
r
f
r
=0.63 =0.63
×

30
=3,451(MPA)
=>Vậy momen nứt là:
M
cr
=ƒ
r=311,14

(kNm)
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN

=0.9×311.14=280.026(kNm)
⇒
x
1
=720.54 (mm)
-Tại đoạn M
r
≥1,2M
cr
ta giữ nguyên biểu đồ M
u
.
-Trên đoạn 0,9M
cr
≤M
r
≤1,2M
cr
vẽ đườn nằm ngang với giá trị 1.2M
cr
.
-Tại đoạn M
u
≤0.9 M
cr
vẽ đ ường M
u
’
= M
u

300(mm).Trong đó, l
db
lấy giá trị lon nhat trong hai giá trị sau:
l
db
=

=
30
42038702,0 ××
=593.51(mm)
l
db
=0.06xd
b
xf
y
=0.06x22x420=559.44(mm).
Trong đó:A
b
là diện tích thanh 22
d
b
là đường kính thanh 22
=>Chọn l
db
=560(mm).
-Hệ số điều chỉnh làm tăng l
d
: 1,4

Trang 12
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU
Mu(kNm)
Mu'=4/3Mu
Mu
1,2Mcr
0,9Mcr
V. T ÍNH TOÁN CHỐNG CẮT :
Biểu thức kiểm toán:
ϕ
.V
n
>V
u
V
n
:Sức kháng cắt danh định, được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của:V
n
=V
c
+V
s
Hoặc V
n
=0.25x
'
c
f
xb

. Đồng
thời d
v
=max{0.9d
e
;0.72h}.
Vậy: d
v
=max{0.9d
e
;0.72h;
2
a
d −
}
0,9d
e
=0,9x1076,4=968,76 mm
0,72h=0,72x1200=864 mm
mm
a
d 155,1050
2
49,52
4,1076
2
=−=−
+b
v
: Bề rộng bản bụng hữu hiệu, lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong

c
: Khả năng chịu lực cắt của bêtông(N).
+V
u
: Lực cắt tính toán.
Bước 1:Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu d
v
.
d
v
=max{0.9d
e
;0.72h;d-
2
a
}
Ta có bảng sau:
Vị trí
tính
d
e
(mm) a(mm) 0.9 d
e
d
e
-a/2 0.72h d
v
(mm)
12 thanh 885.00 39.53 796.50 865.24 720 865.24
10 thanh 900.00 32.94 810 883.53 720 883.53

v v
V
d b
ϕ
× ×
(N/mm
2
),tỉ số ứng suất
'
c
v
f
(phải<0.25).
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 14
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
dv(mm) V(N/mm
2
) v/f’
c
865.24 2.929 0.0976
883.63 2.861 0.0953
890.58 2.835 0.0945
900.12 2.802 0.0934
Tại mỗi mặt cắt cách gối một đoạn dv tương ứng,giả sử góc nghiêng của ứng suât nén
chính θ và tính biến dạng dọc trong cốt thép chịu uốn:
0.5 cot
0,002
.

định. Nếu sai số lớn tính lại
x
ε
và lại xác định θ đến khi θ hội tụ thì dừng lại.Sau đó
xác định hệ số biểu thị khả năng truyền lực kéo bêtông β .
*Trường hợp 1: d
v
=865.24 (mm); A
s
= 4561(mm
2
).
Kết quả nội suy:
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4
Θ 45 33.2674 34.6246 34.4697
1000*
x
ε
0.7011 0.8321 0.8132 0.8153
Β 2.2382
*Trường hợp 2: dv=883.53(mm); A
s
=3081 (mm
2
).
Kết quả nội suy:
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4
Θ 45 34.6440 35.7822 35.6356
1000*
x

SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 15
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
Ta có: V
s
=
u
V
ϕ
-V
c
=
u
V
ϕ
-0.083
β
'
c v v
f b d
Với V
c
là sức kháng danh định của bêtông.
Ta có bảng sau:
d
v
(mm) b
i
V

v
=2x71=142(mm
2
)
Vậy ta có bảng sau:
d
v
(mm) A
v
(mm
2
) Cotg(q) V
s
(N) S
max
(mm) Chẵn
S(cm)
865.24 142 1.4566587 330811.26 227.223 20
883.53 142 1.3949532 334084.98 220.019 20
890.58 142 1.3473411 342134.15 209.166 20
900.12 142 1.25346 367457.21 183.062 15
-Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
Điều kiện kiểm tra : A
v
>A
v
min
Trong đó : A
v
=142(mm

0.8d
v
+Nếu V
u
≥
0.1
'
c v v
f b d
thì s
≤
0.4d
v
Vậy ta có bảng sau:
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 16
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
V
u
(kN) d
v
(mm) 0.8d
v
0.4d
v
0.1*
'
c
f

s
=
. . .cot
v y v
A f d g
s
θ
:là khả năng chịu cắt của cốt thép đai.
F=
0.5 cot ( )
u u
s
v
M V
V g N
d
θ
ϕ ϕ
 
+ −
 ÷
 
Vậy ta có bảng sau:
M
u
(kN.m)
V
u
(kN) d
v

336337.35 878508.7
7
Đạt
Tóm lại: Cốt thép đai được bố trí như sau:
*Từ gối đến vị trí gần nhất (vị trí 1) ta bố trí với bước cốt đai s=150(mm)
*Từ vị trí cắt 1 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 2) ta bố trí bước cốt đai s=200(mm)
*Từ vị trí cắt 2 đến vị trí cắt tiếp theo (vị trí 3) ta bố trí bước cốt đai s=200(mm)
*Từ vị trí cắt 3 đến giữa nhịp ta bố trí bước cốt đai s= 200(mm).
VI:TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN NỨT:
-Tại một mặt cắt bất kì thì tuỳ vào giá trị nội lực bêtông có thể bị nứt hay
không.Vì thế để tính toán kiểm toán nứt ta kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không.
-Để tính toán xem mặt cắt có bị nưt hay không người ta coi phân bố ứng suất
trên mặt cắt ngang là tuyến tính và ứng suất kéo f
c
của bêtông.
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 17
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
Mặt cắt ngang tính toán
yt
Bước 1: Kiểm tra tiết diện ở giữa dầm có bị nứt hay không.
-Diện tích của mặt cắt ngang:Ag
A
g
=18,667x170+(120-18,667-22,25)20+22,25x33=4810,3 (cm
2
)
-Vị trí trục trung hoà:y
t

+
12
25.2233
3
×
+33x22,25x(91.37-11.125)
2
=>I
g
=8240194,023(cm
4
)
- Tính ứng suất kéo của bê tông
f
c
=

y
t
=

2
8
3
1037,91
10023,8240194
1070,785
−
−
−

-Điều kiện kiểm tra: f
s
<f
sa
Trong đó f
sa
là khả năng chịu kéo lớn nhất trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử
dụng:
f
sa
=min

+d
c
: Chiều cao phần bêtông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đên tâm thanh
gần nhất,theo bố trí cốt thép dọc ta có d
c
=40(mm)
+A:Diện tích phần bêtông có trọng tâm với cốt thép chịu kéo và đượcbao bởi
Các mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà chia số lượng
thanh.Bằng cách tìm ngược và giải phương trình:
y
a
=
=12,359(cm)
=>y
a
=0,505(cm)
-Khi đó diện tích phần bêtông có cùng trọng tâm với trọng tâm cốt thép chịu
kéo là:dt

=2x10
5
Mpa
E
c
=0,043.γ
c
1,5
x =0,043x2400
1,5
x =26752,5(Mpa)
-Tỷ lệ môđun đàn hồi giữa cốt thép và bêtông:
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 19
PHÂN HIỆU CĐGTVT MIỀN NÚI  ĐỒ ÁN MÔN HỌC:KCBTCT
n=

=

=
-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

1
a
cr
M
y d
I
−
.
M
a
:Mômen tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (M
a
=2823.14kN.m)
-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

 
+ × × −
=29141182.75(cm
4
)
⇒
f
s
=7
( )
6
2823.14 10
76.96 13.5
29141182.75
×
× −
=43035.15(N/mm
2
)= 43.035Mpa
f
s
=43.035MPa< f
sa
=252MPa
⇒
thoả mãn
VII.TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI GÂY RA:
Xác định vị trí bất lợi nhất của xe tải thiết kế:
Để tìm vị trí bất lợi ta chỉ cần xét trong nử nhịp 0<x<L/2
Xét trường hợp cả ba trục đều ở trong nhịp.Vị trí bất lợi của xe được xc định theo

3
3
2
2
2 3
2
3 8.6 4 8.6
3 4.3 4 4.3
3 4
48 48 48
l
l
P L L x L x
P L L x L x
P L x x
y
EI EI EI
− − − − −
− − − − −
−
= + +
Trong đó: P
1
=0.145MN
P
2
=0.35MN
L-x-4.3=4.931m
L-x-8.6=0.631m
E=E

cr
a
 
Μ
 
=
 ÷
 ÷
Μ
 
 
=0.01437
I
e
là mômen quán tính hữư hiệu đối với các cấu kiện đã nứt.
I
e
=
3 3
cr cr
g cr
a a
M M
I + 1- I
M M
 
   
 
 ÷  ÷
 

Độ võng do tải trọng làn:
y
L
=
( )
3 4
4
5 0.75 9.3 10 13
5
384. 384 28605.04 0.01984
c
qL
E I
−
× × ×
=
× ×
=
3
4.57 10
−
×
(m)
Độ võng do 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế:
f
2
=0.25.mg.(1+IM).y+y
L
=0.25f
1

Đạt
SV: LÊ VĂN TRUNG GVHD:LÊ XUÂN
QUANG
Trang 22