thiết kế các bộ phận cầu máng

đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
nội dung đồ án môn học
PhầnI-Các tài liệu thiết kế.
Phần II-Thiết kế các bộ phận cầu máng.
I.Thiết kế lề ngời đi.
II.Thiết kế vách máng.
III.Thiết kế đáy máng.
IV.Thiết kế dầm đỡ giữa.
PhầnIII-Các tài liệu tham khảo và bản vẽ kèm theo .
Phần IV-Kết luận và đề nghị.
Trang 1
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
phần I
Tài liệu thiết kế
Kênh dẫn nớc đi qua vùng trũng có chiều dài L=24m.Sau khi so sánh phơng án thiết kế
đã đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông có cốt thép qua vùng.
Dựa vào địa hình, qua tính toán thủy lực và thủy nông đã xác định đợc mức nớc yêu
cầu trong cầu máng nh sau:
Số đề bài:
Số nhịp L(m) B(m) H
max
(m) M
#
Nhóm thép
4 24 3.1 2.3 150 C
I
Vùng xây dựng công trình có cờng độ gió q
1
=1,2(KN/m

2
)
k
gđ
=0,8 q
gđ
=0,96 (KN/m
2
)
k
gh
=0,6 q
gh
=0,72 (KN/m
2
)
Tải trọng do ngời đi lại q
2
=2(KN/m)
*Các chỉ tiêu thiết kế
Bê tông M=150 công trình cấp III, Cốt thép nhóm C
I
,Tổ hợp tải trọng cơ bản
Theo phụ lục 2 R
n
=70(Kg/cm
2
)
Theo phụ lục 3 k
n

=1.15
Theo phụ lục 4 n
c
=1.0
Theo phụ lục 5 m
b
=1
Theo phụ lục 7 R
a
=2100(Kg/cm
2
)
Theo phụ lục 8 m
a
=1.1(giả thiết số thanh cốt thép <10)
Theo phụ lục 11
0
=0.7
A
0
=
0
(1-0.5
0
)=0.455
Trang 2
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
phần.II
Thiết kế cầu máng

I.Thiết kế lề ngời đi
1.Sơ đồ tính toán
Cắt một mét dài theo chiều dọc máng.Xem kết cấu làm việc nh một dầm côn son
ngàm tại vách máng.(Sơ đồ xem hình1-I)
Bề rộng lề L=0,8m=80cm
Chiều dày lề thay đổi dần từ mép ngoài h
1
=8cm đến mép trong h
2
=12cm.
Để tiện lợi cho việc tính toán ta chọn chiều dày trung bình h=10cm

80cm
80cm
1
2
c
m
8
c
m
1
0
c
m
q
q
ng
le
H1.1: Sơ đồ tính lề người đi

2.Tải trọng tác dụng
Tải trọng tác dụng lên lề gồm tĩnh tải và hoạt tải (coi giókhông ảnh hởng đến phần
lề ngờng đi)
*Tĩnh tải . Tải do trọng lợng bản thân gây ra(q
bt
)
q
bt
=
b
.h.b=2500.0,1.1=250(kg/m)
*Hoạt tải .Tải do ngời đi lại gây ra(q
ng
)
q
ng
=q
2
.b=200.1=200(kg/m)
Để đơn giản coi nh tải trọng tác dụng đúng tâm của 1m dài cắt ra với tải trọng phân
bố : q
lê
=n
bt
.q
bt
+n
ng
.q

ng
Trong đó :
n: là hệ số vợt tải. tra bảng 1-Tập bảng tra KCBT và BTCTTC
n
bt
=1,05
n
ng
=1,1
q
lề
=1,05.250 +1,1.200=482,5(kg/m)
Trang 3
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
3. Xác định nội lực
Dầm conson tải trọng phân bố đều với q
tt
lề
= 482,5 (kg/ m)
M=q
tt
lê.
x
2
/2
Q= q
tt
lề
x

Xét mặt cắt đầu ngàm
M= q
tt
lề.
l
2
= 482,5* 0,8
2
/ 2 = 154,4 (kg.m)
Q = q
tt
lề
* x =482,5 * 0,8 =386 (kg)

4. Tính toán cốt thép
Cốt thép đợc tính từ giá trị M
max
với trờng hợp mặt cắt chữ nhật cốt thép đơn. Chọn lớp
bảo vệ a = 2cm ta có h
0
= h a = 8cm. Bè rộng b = 100cm.
Chọn a = 2 => h
0
= h-a = 10-2 = 8 (cm)
X = 0

m
a
. F
a

.R
a
= m
b
. R
n
.b . x
M
Fa
= 0

k
n
. N
c
. M = m
b
. R
n
. b . x . (h
0
-
2
x
)
Đặt x = . h
0
; A = . (1

-

2
x
)
Thay giá trị x, A vào hệ 1.2 ta đợc hệ:
m
a
. F
a
.R
a
= m
b
. R
n
. b . . h
0
k
n
. N
c
. M = m
b
. R
n
. b . h
0
2
. A
Từ (2) ta có:
A =

0396,0
8.100.70.1
15440.1.15,1
h.b.R.m
M.n.k
22
0nb
tt
cn
==
A = 0,0396 < A
0
= 0,455
Vậy F
a
đợc tính theo công thức:
F
a
tt
=
aa
0nb
R.m
.h.b.R.m

Trong đó tra phụ lục 10. A = 0,0396 => = 0,0407
F
a
tt
=

99,0
2100.1,1
0407,0.8.100.70.1
=
(cm
2
)
*Kiểm tra điều kiện Fa
min
< Fa <Fa
max
Fa
min
= à
min
. b . h
0
= 0,001.100.8 = 0,8(cm
2
)
Fa
min
=
aa
0nb
R.m
.h.b.R.m

=
97,16

2100.1,1
7,0.8.100.70.1
=
(cm
2
)
Fa
min
= 0,8 cm
2
< F
a
tt
= 0,99 cm
2
< Fa
max
= 16,97 cm
2
Vậy kích thớc tiết diện F
a
tt
= 0,99 (cm
2
)
Trang 4
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
5.Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên

1
=
0
cn
h.b
Q.n.k
<
2
= k
1
.m
b4
.R
k
Trong đó:
Q = 386 (kg)
Lề ngời đi đợc coi nh một dầm conson. Vậy k
1
= 0,6
m
b4
= 0,9 (hệ số làm việc của bê tông)

1
=
555,0
8.100
386.1.15,1
=
(kg/cm

2
)

2
= k
1
. m
b4
. R
k
= 0,6 . 0,9 . 6,3 = 3,402 (kg/cm
2
)

1
= 0,555 <
2
= 3,402
Vậy bê tông đảm bảo đợc lực cắt.
6.Bố trí thép
Vì F
a
= 0,99 (cm
2
) quá nhỏ nên chỉ cần đặt lới thé cấu tạo. Chọn 58/1m dài và 36 đặt
vuông góc với 5 thanh.
Bố trí thép xem cụ thể hình 4.1
56
8 a=20

8 a=20
56
Hình 4-1: sơ đồ bố trí thép lề ngời đI
II.thiết kế vách máng
1. Sơ đồ cấu tạo
*Sơ bộ chọn kích thớc máng nh sau:
- Độ cao của máng H
vách
= H
max
+
Trong đó là độ vợt cao an toàn. Lờy = 0,5m
H
vách
= 2,3 + 0,5 = 2,8m
Trang 5
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
- Bề dày của máng thay đổi dần từ h
v1
đến h
v2
.
Chọn: h
v1
= 12cm h
v2
= 30cm
Sơ đồ tính toán (xem hình 1)

Dùng hai mặt cắt, cắt xén một mét dài máng.

Hv
1
Hvách
Hv
2
Hình 1-II: cấu tạo vách máng
2.Tải trọng tác dụng
Tính vách máng nh một dầm conson dọc ngàm tại đáy, tải trọng tác dụng lên gồm hai
loại:
- Các tải gây căng ngoài: M
lề
, M
gió đẩy
- Các tải gây căng trong: M
ng
, M
lề
, M
nớc
, M
gió hút

Chọn mặt cắt ngàm D làm mặt cắt tính toán.
3.Trờng hợp căng ngoài
a) Xác định nội lực
Xét mô men tại mặt cắt ngàm:
M
cn

tt
= M
lề
+ M
gió đẩy
Trong đó:
M
Lề
: mô men do trọng lợng bản thân lề gây nên tại mặt cắt ngàm.
M
lề
= 8400 (kg.cm)
M
gió đẩy
: mô men do gió gây nên.
Trang 6
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
M
gió đẩy
=
584,451
2
72,2.96.2,1
2
H.q.n
2
vachghgd
==
(kg.m)

M
gió đẩy
= 45158,4 (kg.cm)
Vậy áp lực căng ngoài:
M
cn
tt
= 45158,4 8400 = 36758,4 (kg.cm)
M
lề
M
gđ
M
lề
8400
q
gđ
45158,4 8400 36758,4
hình 2-II: biểu đồ nội lực (th.căng ngoài)
b) Tính thép
Mặt cắt tính toán dạng chữ nhật có tiết diện (30cm x 100cm). Tính thép trong trờng
hợp mặt cắt chữ nhật cốt thép đơn.
Chọn a = 2cm tính đợc h
0
= h-a = 30-2 = 28cm
A =
2
0
...
..

hbRm
Mnk
nb
tt
cn
=
01,0
28.100.70.1
4,36758.3,1.15,1
2
=
A = 0,01 < 0,455
Vậy F
a
tt
=
aa
0nb
R.m
.h.b.R.m

Trong đó tra phụ lục 10.
A = 0,01 => = 0,01
F
a
tt
=
85,0
2100.1,1
01,0.28.100.70.1

=
(cm
2
)
Kiểm tra điều kiện Fa
min
< Fa < Fa
max
Fa
min
= à
min
. b . h
0
= 0,001 . 100 . 28 = 2,8 (cm
2
)
Fa
max
=
)cm(6,38
2100.1,1
455,0.28.100.70.1
R.m
.h.b.R.m
2
aa
0nb
==

Trang 7
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2
F
a
tt
= 0,85 cm
2
< Fa
min
= 2,8 cm
2

Vậy lấy F
a
tt
= Fa
min
= 2,8 cm
2
Với F
a
định nh trên ta bố trí 59/1m (F
a
= 3,18 cm
2
)
4. Trờng hợp căng trong
a) Xác định nội lực
Xét mô men tại mặt cắt ngàm:

M
CT
= M
ng
+ M
lề
+ M
ac
+ M
gió hút
Trong đó:
M
ng
: mô men do ngời trên lề gây nên tại mặt cắt ngàm.
M
ng
= 7040 (kg.cm)
M
lề
: mô men do trọng lợng bản thân lề gây nên tại mặt cắt ngàm.
M
lề
= 8400 (kg.cm)
M
nc
: mô men do áp lực nớc. (áp lực nớc phân bố theo quy luật tam giác)
M
nc
=
)m.KN(2783,20

6
23.10
6
H
3
3
maxn
==

M
nc
= 202783 (kg.cm)
M
gió hút
: mô men do gió gây nên.
M
gió hút
=
)m.kg(69,338
2
8,2.72.2,1
2
H.q.n
2
2
vachg
gh
==
M
gió hút

= 33869 (kg.cm)
Vậy áp lực căng trong:
M
CT
tt
= 7040 + 8400 + 202783 + 33869 = 252092 (kg.cm)
M
gh
M
lề
+ M
ng
M
nc
15440
M(kg.cm)
Trang 8
đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2

33869 15440 202783 252092
Q
gh
Q
lề
+ Q
gh
Q
nc
Q(kg)

Hình 4-II : biểu đồ nội lực (th. Căng trong)
b) Tính thép
Mắt cắt tính toán dạng chữ nhật có tiết diện (30cm x 100cm). Tính thép trong trờng
hợp mặt cắt chữ nhật cốt thép đơn.
Lớp bảo vệ a = 2cm tính đợc h
0
= h-a = 30-2 = 28 cm
A =
2
0nb
tt
cn
h.b.R.m
M.n.k
=
053,0
28.100.70.1
252092.1.15,1
2
=
A = 0,053 < 0,455
Vậy F
a
tt
đợc tính theo công thức cốt đơn:
F
a
tt
=
053,0

R.m
.h.b.R.m
aa
2
0nb
=


Trong đó tra phụ lục 10. A = 0,053 => = 0,05
F
a
tt
=
)cm(24,4
2100.1.1,1
05,0.28.100.70.1
2
=
Kiểm tra điều kiện Fa
min
< F
a
tt
< Fa
max
Fa
min
= 2,8 (cm
2
)

Fa
max
= 38,6 (cm
2
)
Fa
min
= 2,8 cm
2
< F
a
tt
= 4,24 cm
2
< Fa
max
= 40,3 cm
2
Vậy F
a
tt
= 4,24 cm
2
Với F
a
định nh trên ta bố trí 512 (Fa = 5,65 cm
2
)
5. Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai, cốt xiên
Trang 9

đamh-Thiết kế cầu máng- sv: lê thái sơn 38 c
2

1
=
k4b1
0
cn
R.m.k
h.b
Q.n.k
=<
Trong đó:
Q = n
g
. q
gh
. H
vách
+
n
.
2
h
2
max
=
=1,2 . 0,72 . 2,8+(10 . 2,3
2
)/2 = 28,87 (KN) = 2887 (kg)

1

)cm/kg(185,1
28.100
2887.1.15,1
2
==

2
= k
1
. m
b4
. R
k
= 0,6 . 0,9 . 6,3 = 3,402 (kg/cm
2
)

1
= 1,185 <
2
= 3,402
Vậy bê tông đảm bảo đợc lực cắt. Theo cấu tạo đặt 56.
6. Bố trí thép
6 a=20 12 a=20 6

6 a=20 12
a=20

9
a=20 6 8 a=20
Hình 6-II: sơ đồ bố trí thép vách
7. Kiểm tra nứt
Vì trị só mômen căng trong lớn hơn trị số mômen căng ngoài nên nếu xảy ra nứt thì
kết cấu sẽ nứt do mômen căng trong. Vậy trong tính toán kiểm tra ta tính với trờng hợp
mômen căng trong max.
Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:
n
c
. M
tc
M
n
Trong đó:
n
c
: là hệ số tổng hợp tải trọng n
c
= 1
M
tc
: mômen uốn do tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn.
M
tc
= 252092 (kg.cm)
M
n
: mômen uốn mà tiết diện có thể chịu đợc ngay trớc khi khe nứt xuất hiện. M
n

=

1
. R
k
c
. W
qđ

1
: hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo.
1
= m
h
.
Tra phụ lục 13: m
h
= 1
Tra phụ lục 14: = 1,75

1
= m
h
. = 1 . 1,75 = 1,75
W
qđ
: mômen chống uốn của tiết diện quy đổi lấy đối với mép biên chịu kéo của tiết
diện. W
qđ
= J

qđ
/ (h-x
n
)
x
n
: khoảng cách từ mép biên chịu nén đến trọng tâm của tiết diện quy đổi.
Trang 10