Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG D0ẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ 2
KHOA: CÔNG TRÌNH
BỘMÔN :KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
…….o0o…….
THIẾT KE ÁMÔN HỌC
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

GVHD : Thư
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân
LỚP : ĐƯỜNG BỘ 1-K44
Thành phố HCM ngày 2710/2006
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
A ) NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế một dầm cho cầu đường ô tô nhòp giản đơn bằng bê tông cốt thép thường , thi công bằng
phương pháp đúc riêng từng ầm tại công trừơng.
Số liệu thiết kế
Chiều dài nhòp : L =11 m
Khỏang cách 2 tim dầm : 180 cm
Bề rộng cánh chế tạo : b
f
= 140 cm
Họat tải : HL-93
Tónh tải rải đều : W
dw
= 5.5 KN/m
Tải trọng làn : LL
L


95.0=
η
:với trạng thái giới hạn cường độ

00.1=
η
:với trạng thái giới hạn sử dụng
Độ võng cho phép của họat tải : 1/800
Vật liệu
Cốt thép ASTM A615M : - Cốt thép chòu lục : f
y
= 420 (MPa)
- Cốt thép đai : f
y
= 420 (MPa)
Bê tông : f
c
’ = 35 (MPa)
Quy trình thiết kế cầu 22TCN272-05
B ) TÍNH TÓAN
1) Xác đònh sơ bộ mặt cắt ngang dầm
- Chiều cao dầm h
Chiều cao dầm h được chọn theo điều kiện cường độ và điều kiện độ võng, thông
thường với dầm bê tông cốt thép 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 nhòp ,chọn theo công
thức kinh nghiệm sau:

Chiều cao nhỏ nhất : h


Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn dầm được đònh ra theo công thou
tính tóan và ứng suất kéo chủ. Tuy nhiên ở nay ta chọn chiều rộng sườn dầm không đổi
trên suốt chiều dài dầm. Bề rộng b
w
chủ yếu được chọn theo yêu cầu thi công sao cho dễ
đổ bê tông với chất lượng tốt.
Theo đó ta chọn chiều rộng sườn dầm b
w
= 20 cm
- Chọn kích thước bầu dầm b
1
= 320 mm
h
1
= 180 mm
Vậy chọn sơ bộ kích thước mặt cắt như sau

SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
Chiều cao dầm h (mm) 1000
Chiều rộng dầm bản cánh b
f
(mm) 1400
Chiều dày bản cánh h
f
(mm) 180
Bề rộng sườn dầm b
w
(mm) 200
Chiều rộng bầu dầm b

f
= 1400 mm
Vậy bề rộng cánh hữu hiệu la b = b
f
= 1400 mm
- Qui đổi diện tích tính tóan :
+ Diện tích tam giác chỗ vát bản cánh :

+ Chiều dày cánh qui đổi

+ Diện tích tại chỗ vát bầu dầm
2
2
1866
2
1
cmS =××=
+ Chiều cao bầu dầm mới
- Mặt cắt ngang tính tóan
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
( )
2
45120018032060602006401001001801400 mmA
=×+×+×+×+×=
2
1
501010
2
1
cmS

2032
182
18
2
1
2
11
==
−
+=
−
×
+=
mL 5.3
4
14
4
1
==
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
2) Tính tóan diện tích bố trí cốt thép ở mặt cắt giữa dầm
- Tính tóan mô men lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm
Tải trọng tác dụng :
+ Họat tải tác dụng :
Họat tải tương đương của xe HL-93 ứng với đường ảnh hưởng tại mặt cắt giữa nhòp
LL
M
= max (LL
M
tandem

Trong đó : ω
M
= 24.5 m
2

M = 0.95{(1.25 x 10.8288 + 1.5 x 5.5 ) + 0.56[ 1.75 x 9.3 + 1.75 x0.5 x 30.63 x 1.25 ]}x 24.5
M =1155.857 KN/m
- Bố trí cốt thép
Giả sử chiều cao hữu hiệu d
s
= 0.9h = 0.9 x 1000 = 900 mm
Giả sử trục trung hòa đi qua cánh và tất cả các coat thép đều chảy dẻo
Chiều cao khối ứng suất chữ nhật

a = 34.94 mm
Chiều cao vùng bê tông chòu nén β
1
=
8.0
7
2835
05.085.0
7
28'
05.085.01 =
−
−=
−
−=
fc

da
S
φ








××××
××
−−=
2
6
90014003585.09.0
10857.11552
11900
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
Diện tích cốt thép chòu kéo cần thiết

Các phương án để lựa chọn :

Chọn 14#19
Bố trí cốt thép như hình vẽ
180 60
60606045
4560
11060





−×××××
2
'85.09.0
a
dsfcba
M
r
=
Nmm1289222885
2
094.40
857.8771400094.4085.09.0
=






−××××
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
φ
Diện tích 1 thanh (mm
2
) Số lượng thanh Tổng diện tích (mm
2

×+×+×+×
==
mm
bcf
fA
a
ys
094.40
14003585.0
4203976
'85.0
.
=
××
×
=
××
=
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
M
r
= 1289.223 KNm
M
u
=1155.857 < M
r
= 1289.223 KNm
- Kiểm tra lượng cốt thép đã dùng
+ Lượng cốt thép tối đa
+ Hàm lượng cốt thép tối thiểu

×
−
=
2
2
1
ωCác công thức tính tóan giá trò mô men và lực cắt tại mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường
độ được tính theo công thức sau :
Các công thức tính tóan giá trò mô men và lực cắt tại mặt cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử
dụng được tính theo công thức sau :
( ) ( )( ){ }
iMMLMdwdci
IMkLLLLmgwwM
ω
×+××+×++×= 11

Bảng giá trò mô men
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
42.00571.0
857.8778.0
094.40
.
1
<=
×
==
ds

A
ρ
⇒×=>×=
−− 3
min
3
105.21081.8
ρρ
)({ ( )
[ ]
}
M
iMLMdwdci
wIMLLLLmgwwM ×+×+++×= 111
)({ ( )
[ ]
}
iQQLQQdwdci
wIMLLLLmgwwwQ ×+××+×+××+×= 175.175.15.125.1
η
)({ ( )
[ ]
}
iQQLQQdwdci
wIMkLLLLmgwwwQ ×+××++×+×= 11
D.a.h M
i
D.a.h Q
i
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư

1
12 35.196 29.823 598.017 406.2648
3
14
3
16.5 34.299 29.694 813.66 553.4339
4
7
2
20 33.39 29.051 975.676 664.466
5
14
5
22.5 32.47 29.244 1085.591 740.2793
6
7
3
24 31.55 28.987 1145.116 781.9032
7 0.5 24.5 30.63 28.73 1155.857 790.3039

Biểu đo àbao mô men cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ
327.318
598.017
813.66
975.676
1085.591
1145.116
1155.857
1145.116
1085.591

/
( )
mKNLL
dem
Q
/
tan
( )
KNQ
cd
( )
KNQ
sd
0 14 7.00 7.00 39.99 30.08 404.2877 270.382
1 13 6.036 6.00 39.06 32.28 344.0751 230.2404
2 12 5.143 5.00 41.33 34.83 298.7308 199.086
3 11 4.321 4.00 43.81 37.82 254.0655 168.34
4 10 3.571 3.00 46.51 41.36 210.1517 138.046
5 9 2.893 2.00 49.40 45.63 166.9904 108.2047
6 8 2.286 1.00 53.02 50.88 125.5304 79.3867
7 7 1.75 0.00 57.41 57.47 81.96709 49.3035
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
Biểu đồ bao lực cắt ở trạng thái giới hạn cường độ
Biểu đồ bao Q
4) Tính tóan trạng thái giới hạn sử dụng
- Kiểm sóat nứt :
Tại một mặt cắt bất kỳ tùy thộc vào giá trò nội lực bê tông có thể bò nứt hay không. Vì thế để
tính tóan kiểm sóat nứt ta phải kiểm tra xem mặt cắt có bò nứt hay không
Để tính tóan xem mặt cắt có bò nứt hay không người ta coi phân bố ứng suất trên mặt cát
ngang là tuyến tính và tính ứng suất kéo f’

3
215.681
2
8335.510
2108335.510200215.6818335.905333.1881400
12
333.1881400






−+××+−××+
×
=
g
I

( )
( )
410
2
33
103765.4105215.681210320
12
210320
12
8335.510200
mm×=−××+

Vậy mặt cắt sẽ bò nứt
Vì mặt cắt bò nứt ,do đó ta kiểm toán vết nứt có thõa mãn quy trình hay không

Xác đònh khả
năng chòu kéo
lớn nhất trong
cốt thép ở
trạng thái giới
hạn sử dụng
( )










×
=
y
c
sd
f
Ad
Z
f 6.0;min
3

+×××+






+×××−+××
=
2006060232060180320
2
180200
3
60
18060
2
1
2
2
60
18060602320
2
180
320180
2
2
A
y

mm426.340675.51687143.115

3
1
3
1
=
×
=
× Ad
Z
c
N/mm
2
= 471.602 Mpa
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
y
A
320
180
60
y
A
320
180 60
.
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
0.6f
y
= 0.6
×
420 = 252 Mpa





×
=






=
c
s
E
E
n
Để xác đònh trục trung hòa ta lấy mô men tónh với trục trung hòa ( )
( )
( )
0143.12239766
2
1000
200
2
333.188

−×
+






−−×−×+
×
=
cr
I

( )
44
2
10468.1401312143.122111.84139766 mm×=−××+
ng suất trong bê tông
( ) ( )
MPady
I
M
nf
g
sd
s
288.243143.122111.841
10468.1401312
103039.790

sw
f
wf
2
1
3
2
3
).(.
12
).(
)
2
).(.(
12
).(
dyAn
yhb
h
yhbbh
hbb
I
s
w
f
wf
fw
cr
−+
−

Kiểm tra điều kiện các trục xe đều ở trong một nhòp
X = 4.2566 m < L/2 = 7 m
L – X – 8.6 = 1.1434 m

⇒
Điều kiện này thõa mãn
Độ võng do xe tải thiếtkế gây ra :
Mô men nứt :
MPa
y
I
fM
t
g
rcr
9.239442987
215.681
103765.4
727.3
10
=
×
×=×=
Mô men quán tíh hữu hiệu : I = min ( I
g
,I
e
)
Trong đó
I

cr
g
a
cr
e
×=××














×
−+××






×
=

e
= 1.4841
×
10
-2
m
4

( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
[ ]
EI
y
EI
XLXLLP
EI
XLXLLP
EI
XXLP
y
48
1434.131434.1143035.04434.544434.51432566.442566.4143145.0
48
6.846.83
48
3.443.43

3
10419.33
−
×=
Độ võng do họat tảithiết kế gây ra

( )
mmyIMmgkf 4434.10419.3325.15.05.01
1
=×××=×+××=
Độ võng do tải trọng làn
m
IE
qL
y
c
L
3
2
44
1024.5
104841.1202.29910384
140093.05.05
384
5
−
−
×=
×××
×××

5) Biểu đồ bao vật liệu
Tính mô men kháng tính toán của dầm khi bò uốn hoặc cắt thép
Để tiết kiệm thép, số lượng cốt thép khi chọn tính toán vơi mặt cắt có mô men lớn
nhất sẽ dần được bớt đi cho phù hợp với hình bao mô men. Ta sẻ có được số lầncần phải
tính lại khả năng chòu lực của mặt cắt thẳng góc tương ứng với diện tích cốt thép dọc chủ
còn lại. Việc tính toán tiến hành theo các công thức thông thường của bài tóan kiểm tra
cường độcủa mặt cắt chữ T khi cho trước diện tích cốt thép A
s
Chiều cao vùng nén quy đổi
Nếu
f
ha ×≥
1
β
thì TTH đi qua sườn dầm và mô men kháng tính toán được tính :
Nếu a <
f
h×
1
β
thì TTh đi qua cánh , và mô men kháng tính tóan tính theo công thức
sau:
Dựa vào các công thức trên ta tính tóan được bảng sau
Số lần
cắt
Số thanh
còn lại
Diện tích A
s
còn lại (mm

dài l
1
được lấy bằng trò số lớn nhất trong các trò số sau
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
'
'
1
.85.0
.)(85.0.
cw
fwys
fb
fchbbfA
a
−−
=
β






−−+−== )
2
(.)(85.0)
2
( 85.0
'
1

85.0
'
a
dfbMM
scur
φφ
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
Chiều cao hữu hiệu của tiết diện d
s
= 972.1429 mm
15
×
d
b
=15 x 19.1 = 286.5 mm
L/20 =14000/20 = 700 mm
Vậy l
1
= 975 mm
Đồng thời chiều dài này củng không nhỏ hơn chiều dài phát triển lực l
d

Chiều dài l
d
của thanh được lấy như sau : l
d
=l
db

21

35
42028402.0
02.0
=
××
=
××
=

mmfdl
ybdb
32.4814201.1906.006.0 =××=××≥
mml
d
5878715.04.132.481 =××=⇒
Vậy chọn l
d
= 590 mm
Biểu đồ bao vật liệu
6) Tính toán chống cắt
Chiều cao chòu cắt hữu hiệu d
v







−=

V
u
=352.6367 (KN)
M
u
= 270.7767(KNm)
KNNdbfV
vvcn
5783.135025.135057881.8572003525.09.0'25.0 ==××××=×××=
φφ
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
V
u
= 352.6367 KN <
⇒= KNV
n
5783.1350
φ
Đạt
Tính góc
θ
và hệ số
β
- Tính ứng suất cắt
mm
bd
V
v
vv

104436.1
1704102
45cot106367.3525.0
81.857
107767.270
cot5.0
−
×=
××
×××+
×
=
×
××+
=
ag
AE
agV
d
M
ss
u
v
u
r
θ
ε

(A
s

r
ε
tra bảng
0
1528.40=
θ
Tính lại
3
1053948.1
−
×=
r
ε
tra bảng
0
1579.40=
θ
Tính lại
3
1053937.1
−
×=
r
ε
tra bảng
0
1575.40=
θ
Tính lại
3

106367.352
33
3
NVVV
cus
×=×−
×
=−=
- Khoảng cách bố trí cốt thép đai lớn nhất
Chọn cốt thép đai là thanh số 10 có đường kính danh đònh d = 9.5( mm) diện tích
A
v
= 2 x 71 = 142 (mm
2
)
mm
g
V
gdfA
s
s
vyv
7526.259
104167.233
1575.40cot81.857420142
cot
3
0
max
=

= ?
⇒
thoã mãn
- Kiểm tra khoảng cách tối đa của cốt thép đai
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44
Thiết kế môn học: KCBTCT GVHD : Thư
Ta có :

NVNbdf
uvvc
33
106367.352)(10467.60020081.857351.0'1.0 ×=>×=×××=×××
Nên ta kiểm tra theo các điều kiện sau:
s
≤
0.8d
v
= 0.8 x 857.81 = 686.248 (mm)
⇒
thoã mãn
Kiểâm tra điều kiện đảm bảo cho cốt thép dọc không bò chảy dưới tác dụng tổ hợp của
mô men, lực dọc trục và lực cắt :
- Khả năng chòu cắt của cốt thép đai
N
g
s
gdfA
V
vyv
s

36
103764.671
1575.40cot105224.2425.0
9.0
106367.352
81.8579.0
107767.270
cot5.0
×=








××−
×
+
×
×
=








Đạt
B) PHẦN BẢN VẼ
SVTH : Nguyễn Minh Cao Nhân-Đường Bộ K44