ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ.

Số liệu riêng:

Nhóm

Chiều dài

L (m)

Bề rộng

B (m)

Hmax

(m)

Mác bê tông

Nhóm thép

Số nhịp

3.10

1.90

M150

Hình 1 – Mặt cắt dọc cầu máng

1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Nối tiếp

Hình 2 – Mặt cắt ngang máng

1 - Lề người đi

2 – Vách máng

3 – đáy máng

4 – Dầm đỡ dọc máng

5 – Khung đỡ (không tính toán trong đồ án)

Số liệu chung:

Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng: d = 0,5m Tải trọng gió: q_g = 1,2 kN/m² Gió đẩy: Hệ số k_gió
đẩy= 0,8 Gió hút: Hệ số k_{gió hút} = 0,6 Cầu máng thuộc công trình cấp III Dung trọng bê tông: g_b = 25 kN/m³ Bề rộng vết nứt giới hạn: a_ngh = 0,24 mm Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500 Tải trọng người đi:q_ng=200 kG/m²= 2 kN/m²

Từ các số liệu đã cho , tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta có:

k_n=1,15; R_n=70 daN/cm²; R_k=6.3 daN/cm²; R_k^c = 9.5daN/cm²;R_n^c = 85 daN/cm²; m_b= 1,15; m_b4=0,9; m_a=1,1; R_a = R^’_a= 2100 daN/cm²; α₀= 0,7 ; A₀= 0,455 ;E_a= 2.100.000 daN/cm²; E_b= 2.1.10⁵ daN/cm²; n=E_a/E_b= 10.0 ; µ_min= 0,1 % ;

B. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG

Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian thi công. Tuy nhiên, trong phạm đồ án này chỉ tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng cơ bản.

Trình tự thiết kế các bộ phận:

1. Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu:

Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đổi dọc theo chiều dòng chảy. Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng. Đối với dầm đỡ, sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp.

2. Xác định tải trọng các dụng:

Tải trọng tiêu chuẩn q^cdùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt và tính độ võng.

Tải trọng tính toán : q^tt= q^c.n_t (với n_tlà hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn I : Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép ngang bao gồm cốt đai và cốt xiên (nếu cần).

3. Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kết cấu.

4. Tính toán và bố trí thép:

Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có M_max. Đối với các bộ phận kết cấu dạng bản lề (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/m

Kiểm tra và tính toán cốt ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần ) tại cá mặt cắt có Q_max theo phương pháp trạng thái giới hạn.

5. Kiểm tra nứt:

Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có M_max. Với những mặt cắt không cho phép xuát hiện khe nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục. Với những mặt cắt cho phép xuất hiện

khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu a_n< a_ngh , nếu a_n>a_ngh, đưa ra giải pháp khắc phục.

6. Tính đọ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l]. Nếu f/l >[f/l] thì đưa ra giải pháp khắc phục.

I. LỀ NGƯỜI ĐI.

1.1. Sơ dồ tính toán

Cắt 1m dài lề người đi theo chiều dọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề là 1m. Chiều dày lề thay đổi dần 8÷12cm

Hình 1.1 – Sơ đồ tính toán lề người đi.

1.2. Tải trọng tác dụng.

Do điều kiện làm việc của lề người đi, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề bao gồm:

a. Trọng lượng bản than (q_bt): q^c_bt = g_b.h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m.

b. Tải trọng người (q_ng): q^c_ng = 2.1m = 2kN/m.

Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi :

q = n_bt.q^c_bt + n_ng.q^c_ng= 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m.

Trong đó: n_bt = 1,05; n_ng = 1,2 – hệ số vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người đi theo TCVN 4116-85.

1.3. Xác định nội lực

Hình 1.2 – Biểu đồ nội lực lề người đi.

1.4. Tính toán và bố trí cốt thép.

a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc.

Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt có mô mêm uốn lớn nhất (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm, h₀= h – a = 8cm.

Chọn và bố trí cốt thép chịu lực : 5ϕ8/1m ( 2,51 cm²) theo phương vuông góc với phương dòng chảy.

Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực :4ϕ6/1m (2,01 cm²).

b. Tính toán và bố trí cốt thép ngang:

Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang tại mặt cắt có Q_max= 4,02kN = 402 daN.

k₁.m_b4.R_k.b.h₀= 0,8.0,9.6,3.100.8 = 3629 daN.

k₁= 0,8 đối với kết cấu bảng.

k_n.n_c.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN.

k_n.n_c.Q < k₁.m_b4.R_k.b.h₀ => Không cần đặt cốt ngang.

Hình 1.3 – Bố trí thép lề người đi.

II. Vách máng

2.1. Sơ đồ tính toán

Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều dài máng, vách máng được tính toán như một dầm công xôn ngàm tại đáy máng và dầm dọc.

Chiều cao vách:

H_v = H_max + d = 1,9 + 0,5 = 2,4 m.

d - độ vượt cao an toàn , lấy d = 0,5 m. Bề dày thay đổi dần :

h_v = 12 ¸ 20 cm.

Hình 2.1 – Sơ đồ tính toán vách máng

2.2. Tải trọng tác dụng.

Do điều kiện làm việc cảu vách máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách bao gồm các tải trọng sau:

- Mô men trung do người đi trên lề truyền xuống: M_ng

- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M_bt

- Áp lực nước tương ứng vơi H_max: q_n

- Áp lực gió ( gồm gió đẩy và gió hút ): q_gđ và q_gh

Các tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng.

a. Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : M_bt, q_gđ(gió đẩy, trong máng không có nước và không có người đi trên lê).

b. Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : M_bt, M_ng, q_gh,q_n( gió hút, trong máng có nươc chảy qua với mực nước H_maxvà trê lề có người đi)

TH căng ngoài TH căng trong

Hình 2.2 – Tải trọng tác dụng lên vách máng

2.3. Xác định nội lực.

a. Trường hợp căng ngoài.

Hình 2.3 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng ngoài.

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm ).

M₁ = M_gđ + M_bt= 3,594 - 0,84 = 2,754 kNm.

M₁^c = M_gđ^c+ M_bt^c = 2,765 – 0,8 = 1,965 kNm.

M = M_bt + M_gđ = 3,594 – 0,84 = 2,754 kNm.

Q₁ = Q_bt + Q_gđ= 0 + 2,995 = 2,995 kN

b. Trường hợp căng trong

Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất ( mặt cắt ngàm ).

Hình 2.4 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng trong.

2.4. Tính toán và bố trí cốt thép.

a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc:

Tính toán và bố trí thép dọ chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mô men uốn lớn nhất ( mặt cắt ngàm ) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài.

Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm. Chọn a = 2 cm, h₀= h – a = 18cm.

1. Trường hợp căng ngoài : M = 2,754 kNm.