Đồ án môn học bê tông cốt thép

Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

Phần I - tàI liệu htiết kế
Kênh dẫn nớc N đi qua vùng trũng có chiều dàI 36m. Sau khi so sánh
phơng án thiết kế đã đi tới kết luận cần xây dựng một máng bê tông
cốt thép dẫn nớc qua vùng.
Dựa vào địa hình, qua tính toán thuỷ lực và thuỷ nông đã xác
định đợc các thông số kỹ thuật trong cầu máng nh sau:
Số đề Số
nhịp

L(cm)

B(m)

Hmax(m
)

Mác BT Cốt
thép

BT(kg/c
m3)

65

36

3.4

2.2

200

2500

6

CII

Vùng xây dựng công trình có cờng độ gió q1=1,2 (KN/m2)
kgđ=0,8 qgđ= 0,96 KN/m2
kgh=0,6 qgh= 0,72 KN/m2
Tải trọng do ngời đi lại q2= 2Kn/m2.
Các chỉ tiêu thiết kế:
Bê tông M200, công trình cấp III, Cốt thép nhóm CII, tổ hợp tải trọng cơ
bản .
Theo phụ lục 2: Rn=
kg/cm2, Rk=
kg/cm2, Rkc= kg/cm2.
Theo phụ lục 3: kn=
Theo phụ lục 4: nc=
Theo phụ lục 5: mb=
mb4=
mb3=
2
Theo phụ lục 6: Eb=
kg/cm
Theo phụ lục 7: Ra=
kg/cm2, Rađ=
kg/cm2.

Theo phụ lục 8: (giả thiết các thanh cốt thép nhỏ hơn 10)
Theo phụ lục 9: Ea= 2,1x106 kh/cm2.
Theo phụ lục 11: 0=0,7; Ao=,455; a= 4cm; a'= 3cm
Phần ii : thiết kế dầm đỡ giữa cầu máng
i. Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng lên dầm
Đáy gối máng lên ba dầm dọc (hai dầm bên và 1 dầm giữa). Hai
dầm bên chịu tải trọng từ vách máng, phần lề ngời đi truyền xuống nhng chịu tải trọng nớc và tải trọng bản thân ít hơn dầm giữa.
Dầm giữa chịu tải trọng nớc và bản thân là chính
Theo cấu tạo dầm đỡ giữa tạo thành một khối với bản đáy nên sơ
đồ tính nh một dầm chữ T liên tục có 6 nhịp:
L1nhịp=

L 36
=
= 6m
6
6

1) Sơ đồ tính toán
Để các dầm trong cầu máng làm việc có sự đồng nhất về tải trọng
và dựa vào kinh nghiệm sơ bộ chọn:
1
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

+ Bề rộng cánh dầm B/2= bc=3,4/2=1,7m =170cm
+ Chiều cao dầm dọc: hd=80cm; b=30cm.
+ Chiều cao cánh dầm (chiều dày bản đáy) hc=20cm

(hình vẽ)

2) Tải trọng tác dụng lên dầm:
Dựa vào tính chất của tải trọng tác dụng lên ta thấy ngoại lực tác
dụng lên dầm chỉ có tải trọng tĩnh.

Ptt=Ptĩnh=qbt+qnc
Trong đó:
qbt- Trọng lợng bản thân dầm
qnc- Tải trọng nớc
Tách 1 m chiều dài dầm để tính toán tải trọng
- Tải trọng bản thân dầm:
qbt= bt.Fd.1
Với Fd= 0,3x0,8+1,4x0,2= 0,52m2
qc bttt= 2500x0,52x1=1300kg/m
Vậy qbt= nt.qc bttt= 1,05.1300=1365kg/m
(với nt là hệ số vợt tải tra ở phụ lục 1)
- Tải trọng nớc: (Tính với Hmax=2,2m)
qnc= n.Wn.1
với Wn=B/2xHmax=1,7x2,2=3,74 m2
qc nctt= 1000x3,74x1=3740kg/m
qnc=nt.qc nctt=1x3740=3740 kg/m
* Tải trọng tổng cộng:
2
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

q=qbt+qnc

+ Tải trọng tiêu chuẩn: qc=qc bt+qc nc=1300+3740=5040 kg/m
+ Tải trọng tính toán: qtt=qttbt+qttnc=1365+3740=5105 kg/m
(hình vẽ)

II . nội lực dầm
Mô men uốn, lực cắt và phản lực gối tựa trong dầm liên tục đều
nhịp , chịu tải trọng phân bố đều. Công thức chung để tính tung độ
biểu đồ bao mô men và lực cắt:
Mmax=Mg +Mpmax, Mmin=Mg +Mpmin,.
Qmax=Qg +Qpmax, Qmin=Qg +Qpmin
Trong đó:
g: Tĩnh tải; P: Hoạt tải
Do lực tác dụng là tĩnh tải nên công thức chung là:
Mmax,min=Mg, Qmax,min=Qg
1) Nội lực dầm ứng với tải trong tiêu chuẩn
2) Nội lực của dầm ứng với tải trọng tính toán

iii- Tính cốt thép của dầm
1) Tính cốt thép cho mặt cắt có Mmax căng dới của nhịp bên có
( /L= ); M=...............
Từ điều kiện đầu bài tra phụ lục ta có:
3
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

Kn= 1,15, nc= , ma=1,1; mb=1,0; o=0,7; Ao=0,455; Ra=2700kg/cm2;
Rn=2700kg/cm2;
ho=h-a=80-4=76cm

Kiểm tra vị trí trục trung hoà:
Mc= mb.Rn.bc.hc'.(ho-hc'/2)=1x70x170x20x(76-20/2)=
kg.cm
Kn.nc.M=1,15x1x...................=kg.cm
Kn.nc.Mnhật (bc.h=170x80)cm
Sơ đồ ứng suất nh hình vẽ:

k n .nc .M
1,15.1,0...........10 5
=
= .....
A=
mb .Rn .bc' .ho2
1,0.90.170.76 2

=...........=.........Fa =

mb .Rn .bc .h0 .
=
ma .Ra

= .....

* Kiểm tra:
àminààmax, hau FaminFâmx
àmin=0,1% => Famin=0,001x170x76=12,92cm2
àmax=o=

mb .R n
=
m a .R a

= .....

Famax= àmax.170.76=................
Bố trí sơ bộ 6 18 có Fa=15.26cm2
* Kiểm tra sai số tơng đối :
Fabỏti Fa min 15,26 ...........
=
= ......... <5%
FABỏTI
15,26

4
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

Việc lựa chọn cốt thép đạt yêu cầu.
2)Tính cốt thép cho mặt cắt có Mmax căng trên lớn nhất của
nhịp bên (x/L=1)
Bài toán tính cốt thép cho dầm chữ T có cánh nằm trong miền
kéo. Việc tính cốt thép tơng tự nh đối với mặt cắt chữ nhật
(bxh=30x80cm)
M=.............T.m, ho=h-a=80-4=76cm
Sơ đồ ứng suất nh hình vẽ:

A=

k n .nc .M
1,15.1,0..........
=
= .....
2
mb .Rn .b.ho 1,0.90.30.76 2

A<Ao=> =0,151 => cốt đơn.
Fa =

mb .Rn .b.h0 .
=
ma .Ra

= .....

* Kiểm tra điều kiện:
Fa>àmin.b.ho=0,001.30.76=2,28cm2
Sơ bộ chọn (3 16 +

218 có Fa=11,12cm2)

* Kiểm tra sai số tơng đối
Fabỏti Fa min 11,12 ...........
=
= ......... so sánh với 5% nếu <= thì đạt yêu cầu bố
FABỏTI
11,12

trí
iv. tính cốt thép ngang cho dầm
Để tính cốt đai, cốt xiên về nguyên tắc phải tính với từng nhịp. Để
giảm bớt khối lợng tính toán có thể chọn một nhịp nào đó có lực cắt lớn
nhất để tính và bố trí cốt thép, các nhịp còn lại bố trí theo kinh
nghiệm hoặc tăng giảm cốt ngang cho phù hợp với nội lực.
- Chọn nhịp biên để tính toán
- Sơ đồ nội lực nh hình vẽ:

5
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

11,0624(T
)
16,9221(T)
5m

Từ điều kiện đầu bài tra phụ lục ta đợc:
Kn= 1,15; nc=1,0; mb3=1,15; mb4=0,9;
Rađ=Rax=1700kg/cm2; Rn=70kg/cm2 ; ho=h-a=80-4=76 cm
Tính cốt đai cốt xiên theo phơng pháp TTGH
1) Tính cho mặt cắt I-I
Q= ..............(T)
* Kn.nc.Q=1,15x1,0x..............= ............kg
* K1.mb4.Rk.b.ho=0,6x0,9x................= ........ kg
* 0,25.mb3.Rn.b.ho=0,25x1,15x..................=.........kg

So sánh ta thấy K1.mb4.Rk.b.ho<Kn.nc.Q 0,25.mb3.Rn.b.ho =>Vậy cần
phải đặt cốt đai, cốt xiên.
a) Tính cốt đai:
U max =

1,5.mb 4 .Rk .b.h02 1,5.0,9.........30.76 2
=
= .........cm
K n .nc .Q
1,15.1,0................

Chọn n=2, 8, fđ=0,503cm2
U tt = ma .Rad .Fd .

8.mb 4 .Rk .b.h02
=
= .........cm
.....
( K n .nc .Q) 2

Uctạo=h/3=80/3=26,7cm
Utt=...........cm
u

Umax=.........cm

Ucấu tạo -......cm
Chọn U=20cm, n=2, fđ=0.503cm2

, 8

b) Tính khả năng chịu lực cắt của cốt đai và bê tông Qbđ
6
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép
qd =

ma .Rad .Fd 1,1.1700.2.0,503
=
= 94,06kg / cm
U
20
m .R .b.q = 2,8.76. 0,9.6,3.30.94,6 = 26,917.10 3 (T )

Qđb=2,8.ho b 4 k d
Qđb=26,917.103> Kn.nc.Q=................
Kết luận: không cần tính cốt xiên.
2) Tính cho mặt cắt II-II
Q=..........(T)
* Kn.nc.Q=1,15x1,0x..............= ............kg
* K1.mb4.Rk.b.ho=0,6x0,9x................= ........ kg
* 0,25.mb3.Rn.b.ho=0,25x1,15x..................=.........kg
So sánh ta thấy K1.mb4.Rk.b.ho<Kn.nc.Q 0,25.mb3.Rn.b.ho =>Vậy cần
phải đặt cốt đai, cốt xiên.
a) Tính cốt đai:
U max =

1,5.mb 4 .Rk .b.h02 1,5.0,9.........30.76 2

=
= .........cm
K n .nc .Q
1,15.1,0................

Chọn n=2, 8, fđ=0,503cm2
U tt = ma .Rad .Fd .

8.mb 4 .Rk .b.h02
=
= .........cm
.....
( K n .nc .Q) 2

Uctạo=h/3=80/3=26,7cm

Utt=...........cm
u

Umax=.........cm

Ucấu tạo -......cm
Chọn U=20cm, n=2, fđ=0.503cm2

, 8

b) Tính khả năng chịu lực cắt của cốt đai và bê tông Qbđ
qd =

ma .Rad .Fd 1,1.1700.2.0,503

=
= 94,06kg / cm
U
20
m .R .b.q = 2,8.76. 0,9.6,3.30.94,6 = 26,917.10 3 (T )

Qđb=2,8.ho b 4 k d
Qđb=26,917.103> Kn.nc.Q=................
Kết luận: không cần bố trí cốt xiên, việc bố trí cốt xiên chỉ là cấu
tạo hoặc chuyển đổi thép từ Fa sang Fa'.
7
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

V. kiểm tra nứt
Dầm bị nứt do mô men uốn gây ra, vì vậy để kiểm tra nứt và
tính toán nứt phải đợc tiến hành tại những mặt cắt có M lớn.
1) Kiểm tra nút tại mặt cắt có x/L=0,4
Từ điều kiện đầu bài tra phụ lục ta đợc
Ea=
kg/cm2; Eb=
kg/cm2; nc=1,0; Rkc=9,5kg/cm2;
=1,75; mh=1,0
1= .mh=1,75;

n=Ea/Eb=10; Mc=.................. (T.m)

Fa=15,26cm2 (6 18); Fa'=6,03cm2 (3 16)

Điều kiện để tiết diện trên không bị nứt:
nc.Mc Mn= 1.Rkc.Wqđ (T cánh nén)
Fqđ=b.h+(b'c-b)h'c+n(Fa+Fa')= 30.80+(195-30)20+10.
(15,26+6,03)=5912,9 cm2
Xn=

hc'2
+ nFa' .a ' + n.Fa .ho
0,5.30.80 2
2
=
Fqd

0,5.b.h 2 + (bc' bc )

bc' .x n3 (bc' b)( x n hc' ) 3 b(h x n ) 3
Jqđ=

+
+ nFa' ( x n a ' ) 2 + nFa (h0 x n ) = ..................
3
3
3

Wqđ=

J qd
h xn

= ....... cm3

Mn= 1.Rkc.Wqđ =........................ kg.cm
ncMc=.....................kg.cm
ncMc > Mn
Kết luận: Mặt cắt trên đã bị nứt.
* Tính bề rộng khe nứt:
an=an1+an2
an1,an2: Bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn dài hạn và ngắn hạn
gây ra;
Do cấu kiện chỉ chịu tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn dài hạn nên:
an=an1
Bề rông khe nứt thẳng góc với trục cấu kiện đợc tính theo công thức
thực nghiệm
0
.7(4 100à ) d
An=k.c. a
Ea

Trong đó:
K=1 (cấu kiện chịu uốn)
C=1.3 (tải trọng dài hạn)
8
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

=1.3 (thép AI trơn)
d=18 (đờng kính cốt thép)
à=Fa/b.ho=.............

a=Mc/FaZ1=Mc/Fa..ho=...................
: Hệ số phụ thuộc hàm lợng cốt thép à
0=0 Cấu kiện ở trên khô:
Thay số ta đợc:
...............................................................................
an=..........mm<[an]=0.2mm
Kết luận: Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế.
2) Kiểm tra nứt cho mặt cắt qua gối
Mc=..............T.m (căng trên)
Tiết diện là mặt cắt chữ T cánh nằm trong miền kéo.
Tiết diện đa bố trí : Fa=11,12cm2 (316 +218)
Fa'=5,09cm2 (218)
Điều kiện để tiết diện không bị nứt
nc.Mc Mn= 1.Rkc.Wqđ
Fqđ=b.h+(b'c-b)h'c+n(Fa+Fa')= 30.80+(195-30)20+10.
(15,26+6,03)=5912,9 cm2
hc'2
0,5.b.h + (b bc )
+ nFa' .a ' + n.Fa .ho
0,5.30.80 2
Xn=
2
=
Fqd
2

Jqđ=

'
c

bc' .x n3 (bc' b)( x n hc' ) 3 b(h x n ) 3

+
+ nFa' ( x n a ' ) 2 + nFa (h0 x n ) =
3
3
3

..................
Wqđ=

J qd
h xn

= ....... cm3

Mn= 1.Rkc.Wqđ =........................ kg.cm
ncMc=.....................kg.cm
ncMc > Mn
Kết luận: Tại mặt cắt trên tiết diện không bị nứt.
Vi - tính biến dạng dầm
1) Tính đơn giản dạng 1
Tính độ võng của mặt cắt giữa nhịp dầm đầu tiên:
Để đơn giản coi xét một dầm đơn hai đầu gối tựa với
Mc=..................T.m tại giữa nhịp cốt thép vùng kéo đã đặt 618 có
Fa=15,26cm2 , cốt thép vùng nén đã đặt 316 có Fa'=6,03cm2
9
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân

Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

Tra phụ lục đợc:
Rck=............ kg/cm2 ; Rcn=............ kg/cm2 ; Eb=...........kg/cm2,
Ea=...............kg/cm2
a) Tính f1 cho toàn bộ tải trọng tác dụng ngắn hạn V=0,5 (tả trọng ngắn
hạn)
5 M c .L2
f1=
48 Bngh

Bngh=

E a .Fa .Z 1 ( h0 x )
a

* Chiều cao vùng nén x
(tính thử dần thấy Theo công thức thực nghiệm:
= x/x=1à=

0,7
=> x =x/
100 à + +1

Fa
15,26
=
= 0,00118

'
bc .h0 170 x76

Mc
L= c ' 2 = .................. = ..................
Rn .bc .h0

'=2a'/h0=24/760,015 ( tiết diện chữ nhật cốt thép kép)
'=

n.F ' a
10.6,03
=
= 0,0093
V .b' c .ho 0,5.170.76

T= '(1-'/2)=..............(1-0,0105/2)=.............
1
1
=
= ........
= x/ho= 1,8 + 1 + 5( L + T ) 1,8 + 1 + 5(..................)
10 à .n
10..................10

>a'/ho Việc tính với cốt thép kép là đúng.
X=.ho=.........76=............... cm
......
= ..........................
x =x/= 1 0,7

100.à + 1

* Tính Z1
' '+ 2
................

76 = ................
Z1= 1
ho = 1
....................
2( '+ )

* Tính a

10
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

a=Mc/Fa.Z1=......../15,26............=kg/cm2

Tra phụ lục với P%=à.100=0,103
=>a=0,4
a=..............kg/cm2
Thay vào công thức trên:
2,1.10 6.15,26.72,84.(76 16,85)
= 3,4517.1011 kg.cm
Bngh=
0,4

5 M c .10 5.500 2
= ............cm
f1= .
48 3,4517.1011

b) Tính f3 ( do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn)
Mc=.......T.m; V=0,15
qc + pc
Bdh=Bngh.
.q c + p c

qc: Tải trọng tiêu chuẩn tác

dụng dài hạn
dụng ngắn hạn
Bngh=

Pc:Tải trọng tiêu chuẩn tác

E a .Fa .Z 1 ( h0 x )
a

Xác định các trị số trong công thức:b
- Chiều cao vùng nén x
'=

n.Fa'
10.6,03
=
= 0,0311

'
.bc .h0 0,15.170.76

'
0,105
) = 0,0311 .(1
) = 0,0295
2
2
1
1
=
=
= .............
1 + 5( L + T )
1 + 5( L + 0,0295)
1,8 +
1,8 +
10 à .n
10.0,00118 .10

T= ' (1

x=.ho=.........76=.........cm
x
= ........cm
0,7
x =x/= 1
100.0,00118 + 1

* Tính Z1:
11
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép


Z1= 1


0,105.0,0311 + 2
'. '+ 2
h
=
0 1
.76 = .....cm
2( '+ )
2.(0,0311 + )


* Tính a:
a =

Mc
Mc
=
= .............kg / cm 2
Fa .Z 1 15,26.Z 1

Tra phụ lục với P%=à.100=0,103
=>a=0,4
a=..............kg/cm2
adh =

2 a + 1 2.0,4 + 1
=
= 0,6
3
3

Thay vào công thức trên:
2,1.10 6.15,26.Z 1 .(76 x)
= ............1011 kg.cm 2
0,6
Bdh= ..................................

Bngdh=

5 M c. L2
= ............ kg/cm2
f3= .
48 Bdh

c) Tính f tổng cộng:
f=f1+f3=................cm
f/L=......../500=1/...<1/500
Kết luận: Thoả mãn yêu cầu về độ võng.
2) Tính đơn giản dạng 2 (Phơng pháp cơ học kết cấu)
Muốn tìm chuyển vị thẳng tại tiết diện theo một phơng nào đó,

thì Pk là lực tập trung bằng đơn vị đặt tại tiết diện có phơng cần với
phơng cần tính chuyển vị, có chiều tạm giả thiết. Nừu kết quả tính ra
mang dấu dơng chứn tỏ chiều của chuyển vị cần tìm trùng với lực P k và
ngợc lại.
Để đơn giản trong quá trình tính toán bỏ qua ảnh hởng của các
nội lực của các nhịp bên cạnh, trạng thái phụ k lập trên 1 nhịp bên coi nh
dầm gối tựa 2 đầu.
C ông thức tính f nh sau:
f= (Mp).( M k )
Trong đó:
Mp: Nội lực do tải trọng gây ra.
Mk: Nội lực ở trạng thái phụ K.
Xác định Mp; Mk bằng phơng pháp nhân biểu đồ của Vêrêsagin.
12
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


Đồ án môn học: Bê tông cốt thép

a) Biểu đồ nội lực của nhịp bên:

b) Biểu đồ nội lực ở trạng thái phụ K

c) Tính độ võng:
2
3

4
3

1. y1=2( .a.l.yk)= ............................= ...............kg.m 2
1
2

1
2

1
2

1
3

1
2

1
2

1
2

1
3

2. y2= a.l. y + a.l. . y + (b a ).l. . y ) = a.l. y + a.l. . y + (b a).l. . y ) = ...kg.cm 2
i.yi=1. y1- 2. y2= ................................= kg.cm2
(Mp).( M k ) =

1

........................
( i . y i ) =
EJ
EJ

Bdh=EJ=....................kg.cm2
Thay vào công thức trên
f= (Mp).( M k ) =

.......................
= 0,1...........cm
..............................

f/L=0,1./500=1/........<1/500
Kết luận: Dầm thoả mãn yêu cầu về chuyển vị.

13
Sinh Viên thc hiện: Nguyễn Văn Dân


§å ¸n m«n häc: Bª t«ng cèt thÐp

14
Sinh Viªn thc hiÖn: NguyÔn V¨n D©n