ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

N MÔN HỌC:
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Giáo viên hướng dẫn: Đới Thị Bình
STT: 07

A, TÀI LIỆU THIẾT KẾ:
Kênh dẫn nước N đi qua một vùng trũng. Sau khi so sánh các phương án đã
chọn ra phương án xây dựng một cầu máng bê tơng cốt thép. Dựa vào địa hình, qua
tính tốn thuỷ lực và thuỷ nơng người ta đã xác định kích thước và mức nước yêu cầu
trong cầu máng như sau:
Số thứ tự
07

Chiều
dài L (m)
30

Bề rộng
B (m)
3,6

Hmax (m)
2,4

Mác bê
tơng
150

Nhóm
thép
CI

Số nhịp
5

1

3

2

Sơ đồ cầu máng
1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Ni tip

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cèt thÐp

1


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2
B



Ct ngang máng

1. Lề đi
2. Vách máng
3. Đáy máng
4. Dầm đỡ dọc máng
5. Khung đỡ

1

H

2

3

5

4

Vùng xây dựng cơng trình có:
- Cường độ gió
qq = 1,2 (KN/m2),
Hệ số gió đẩy kgió đẩy = 0,8
Hệ số gió hút kgió hút = 0,6.
Cầu máng thuộc cơng trình cấp III
Dùng bê tơng mác M150, cốt thép nhóm CI,
Dung trọng bê tơng b = 25 KN/m3
- Các chỉ tiêu tính tốn tra trong quy phạm như sau:
- Hệ số tin cậy: kn = 1,15
Cường độ tính tốn đối với các trạng thái giới hạn nhóm một:
- Nén dọc trục: Rn = 70 (daN/cm2)

- Kéo dọc trục: Rk = 6,3 (daN/cm2)
Cướng độ tính tốn đối với các trạng thái giới hạn nhóm hai:
- Kéo dọc truc: R ck = 9,5 (daN/cm2)
- Nén dọc trục: R cn = 85 (daN /cm2)
Cường độ tính tốn của cốt thép đối với các trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất:
- Ra = R'a = 2100 (daN /cm2)
- Hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông: mb4 = 0,9
- Hệ số điều kiện làm việc của thép: ma = 1,1
- Hệ số giới hạn: 0 = 0,7 A0 = 0,455
Đồ án môn học: Kết cấu bê t«ng cèt thÐp

2


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

- Mụ dun dàn hồi của thép: Ea = 2,1.106 (daN /cm2)
- Mô dun đàn hồi ban đầu của bê tông: Eb = 2,1.105 (daN /cm2)
E

a
- n  E 10
b

- Hàm lượng cốt thép tối thiểu: min = 0,1%
- an.gh = 0,24 (mm)

f

1

- Độ võng cho phép :   
 l  500

B. TÍNH TỐN KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CỦA CU MNG:
Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thÐp

3


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

Tớnh ni lực trong các bộ phận cầu máng với các tổ hợp tải trọng: cơ bản, đặc biệt,
trong thời gian thi cơng. Trong phạm vi đồ án này chỉ tính với tải trọng tổ hợp tải
trọng cơ bản.
1. Thiết kế lề người đi:
1.1. Sơ đồ tính tốn:
Cắt 1m dài theo chiều dọc máng xem lề người đi như một dầm công xôn ngàm tại đầu
vách máng.
Chọn bề rộng lề L1 = 0,8 m = 80 cm. Chiều dày lề người đi thay đổi dần:
h1 = 8  12 cm. Trong khi tính tốn thì lấy chiều dày trung bình: h = 10 cm.

12cm

8cm

80cm

800cm

Hình1-1 : Sơ đồ tính tốn lề người đi
1.2. Tải trọng tác dụng:
a- Trọng lượng bản thân (qbt):
c
q bt
= b . h . b = 25 . 0,1 . 1 = 2,5 (kN/m)
b- Tải trọng người đi (qng):Tải trọng do người có thể lấy sơ bộ bằng 2 kN/m2
c

q ng = 2 . 1 = 2 (kN/m)
 Tải trọng tính tốn tổng cộng tác dụng lên lề người đi
Trong đó: n tb = 1,05 ; n ng = 1,2 là các hệ số vượt tải

 qtc = nbt . qbt + nng . qng = 1,05 . 2,5 + 1,2 . 2 = 5,025 (kN/m)

1.3 Xác định nội lực:
§å án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

4


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

4,02 kN

1,608 kNm

ql = 5,025 kN/m

M

Q

Hình 1-2. Biểu đồ nội lực lề người đi
1.4. Tính tốn, bố trí cốt thép
● Tính tốn thép cho mặt có mơ mên lớn nhất (mặt cắt ngàm): M = 1,608 kNm
Chọn tiết diện chữ nhật có các thông số sau:
b = 100cm, h = 10cm. Chọn a = 2 → h 0 = 8 cm
Tra các hệ số: kn = 1,15
mb = 1,00
nc = 1
Rn = 70 daN/cm2
ma = 1,1
Ra = 2100 daN/cm2
M= 1,608 kNm = 1,608.104 daNcm

kn nc M
1,15 11,608 104
A

0,041
mb Rnbh02
170 100 82

Fa 

→  = 1  1  2. A = 0,042
mb Rnbh0 170 100 8 0,042
ma Ra



1,12100

1,018cm 2

Bố trí 58/1m (2,51cm 2 ). Bố trí thép cấu tạo vng góc 46/1m
● Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q (tính với Q max = 402 daN)

k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.6,3.100.8 = 3628,8 daN
kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN

Có: kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0  Khơng cần đặt cốt ngang
● Bố trí thép lề ngi i:
Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thÐp

5


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

M

a = 25
2


a = 25

h

ho

a

58

b = 100cm

Hình1-3. Bố trí thép lề nguời đi
2. Vách máng:
2.1. Sơ đồ tính tốn:
Cắt 1m dài dọc theo chiều dài máng. Vách máng được tính như một dầm công xôn
ngàm tại đáy máng và dầm dọc.
Sơ bộ chọn kích thước vách máng như sau:
- Chiều cao vách máng: Hv = Hmax +  = 2,4 + 0,5 = 2,9 m.
Trong đó:  = 0,5 m - độ cao an toàn.
- Bề dày vách thay đổi dần từ: hV = 12 20 cm.

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

6

1


Lớp C 1TK2

Hv = 2,9m

Hmax = 2,4m

m

Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

20

Hỡnh2-1. S tớnh toỏn vỏch mỏng
2.2. Ti trọng tác dụng
Do điều kiện làm việc của vách máng nên tải trọng tác dụng gồm:
- Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: M ng ;
- Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: M l ;
- Áp lực nước nước tương ứng với H max : q n ;
- Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): q g ;
Các tải trọng này gây căng trong và căng ngoài vách máng
- Các tải trọng gây căng ngoài: M l , q gd
ql L2l 2,5.0,8 2
M 

0.8kNm

2
2
c
l

Ml = nl . M lc = 1,05 . 0,8 = 0,84 kNm

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

7


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

c
qgd
k gd qg 1m 0,8.1, 2.1 0,96kN / m;
c
qgd ng qgd
1,3.0,96 1, 248kN / m

Trong đó: ng =1,3 – hệ số vượt tải của gió
- Các tải trọng gây căng trong: M l , M ng , q n , q gh :

M lc 0,8kNm; M l 0,84kNm
c
M ng

M ng

qng L2l

2.0,82


0,64kNm
2
2
c
nng M ng
1, 2.0,64 0,768kNm

Biẻu đồ áp lực nước có dạng hình tam giác:

q cn max = kd.n.Hmax.1 = 1,3.10.2,4.1 = 31,2 (kN/m)
q n max = nn.q cn max = 1.31,2 = 31,2 (kN/m)
Trong đó: kd = 1,3 là hệ số động

nn = 1 là hệ số vượt tải của dòng nước
c

q gh = kgh.qg.1 = 0,6.1,2.1 = 0,72 (kN/m)
c

qgh = ng.q gh = 1,3.0,72 = 0,936 (kN/m)
Ml = 0,84 kNm

Mng=0,768 kNm

Hmax

Ml=0,84 kNm

qgd = 1,248 kN/m

qmax = 31,2 kN/m

qgh = 0,936 kN/m

Hình 2-2. Ti trng tỏc dng lờn vỏch mỏng
Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

8


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

2.3. Xỏc định nội lực
2.3.1. Trường hợp căng ngoài
- Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)
M = M l + M gd
M lc = 0,8 kNm ; M l = 0,84 kNm
c
M gd



c
qgd
.H v2

2

c

0,96.2,92

4,0368kNm;
2

M gd = n g M gd = 1,3.4,0368 = 5,248 kNm
M = 5,248 + 0,84 = 6,088 kNm

5,248 kNm

0,84 kNm

Mgd

Ml

3,37 kN

Qgd

Ql

Hình 2-3. Biểu đồ nội lực vách máng (trường hợp căng ngoài)
2.3.2. Trường hợp căng trong
- Xét mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm)
M = M l + M ng + M n + M gh
M lc = 0,8 kNm ; M l = 0,84 kNm
c

M ng = 0,64 kNm ; M ng = 0,768 kNm

M nc

2
qnc max H max
31,2.2, 42


29,952kNm
6
6

M n nn .M nc 1.29,952 29,952kNm
Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thÐp

9


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

c
qgh
.H v2

0,72.2,92


3,0276kNm
2
2
c
M gh ng .M ng
1,3.3,0276 3,9359kNm
M = 0,84 + 0,786 + 29,952 + 3,9359 =35,5139 kNm
Q = Q l + Q ng + Q n + Q gh
c
M gh

Q l 0 ; Q ng = 0

qmax H max 31,2.2, 4

37,44kN
2
2
Qgh qgh H v 0,936.2,9 2,714kN
Qn 

Q = 37,44 + 2,714 = 40,15 kN

0.84 kNm
Ml

0,768 kNm
M

ng

29,952 kNm
Mn

37,44 kN

3,9356 kNm
M

gh

Ql

Q

ng

Qn

2,714 kN
Qgh

Hình2-4. Biểu đồ nội lực vách máng
(Trường hợp căng trong)
2.4.Tính tốn, bố trí cốt thép
Tiết diện tính tốn hình chữ nhật b = 100cm, h = 20cm
Chọn a = 2cm, h 0 = h – a = 18cm
Tra các hệ số:

kn = 1,15
mb = 1,00
nc = 1
Rn = 70 daN/cm2
ma = 1,1
Ra = 2100 daN/cm2
2.4.1. Trường hợp căng ngoài (M = 6,088 kNm)

A

kn nc M
1,15.1.60880

0,031 0.031
mb Rnbh02 1.70.100.182

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

10


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Fa

Lớp C 1TK2

mb Rnbh0 170 100 18 0,031

1,7cm 2
ma Ra
1,12100

Chọn 5 8/1m (2,51cm 2 )
2.4.2. Trường hợp căng trong (M=35,5139 kNm)

kn nc M
1,15.1.355139

0,180   0,180
2
mb Rnbh0 1.70.100.182
m R bh  170 100 18 0,18
Fa  b n 0 
9,82cm 2
ma Ra
1,12100
A

Fa
'
Fa

Fa
'

Fa

Chọn Fa = 5 14/1m (7,69cm 2 )

b

=

1m

Thép cấu tạo

a

M

M

h = 20cm

h = 20cm

Căng ngoài

Căng trong

Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q

Kiểm tra cho trường hợp căng trong:
kl mb 4 Rk bh0 0,8.0,9.6,3.100.18 8164,8(daN )

kn ncQ 1,15.1.4015 4617,25(daN )
kn ncQ  kl mb 4 Rk bh0  Không cần đặt cốt ngang

Bố trí cốt thép
Lớp trong: 5 14/1m
Lớp ngồi: 5 8/1m
Dọc theo phương dịng chảy bố trí 2 lớp thộp cu to 4 8/1m
Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

11


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2


a = 20


a = 25


a = 20

Hình 2-5. Bố trí thép vách máng
2.5.Kiểm tra nứt

- Kiểm tra cho trường hợp căng trong
c

M c = M lc + M ng + M cn + M gh = 0,8 + 0,64 + 29,952 + 3,0276 =34,42 kNm
c

- Điều kiện để cấu kện không bị nứt
n c M c  M n = 1 R ck W qd
γl = mhγ =1. 1,75 = 1,75
Với mh = 1 ; γ = 1,75

Wqđ =

J qd
h  xn

bh 2
100.20 2
 nFa h0  nFa' a'
 8,75.7,69.18  8,75.2,51.2
2
xn  2

10,2cm
bh  n( Fa  Fa' )
100.20  8,75.(7,69  2,51)
J qd 

bx n3 b(h  x n ) 3


 nFa (h0  x n ) 2  nFa' ( x n a ' ) 2
3
3

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

12


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

100.10,2 3 100( 20  10,2) 3
J qd 

 8,75.7,69(18  10,2) 2  8,75.2,51(10,2  2) 2
3
3
J qd 72317,19cm 4

 Wqđ =

J qd
h  xn



72317,19
7379,31

20  10,2

cm3

Mn = γl R k Wqđ = 1,75.9,5.7379,31 = 122681.03 daNcm
ncMc = 1.34,42.104 = 344200 daNcm
→ncMc > Mn
Kết luận: Mặt cắt sát đáy máng bị nứt
c

Tính tốn bề rộng khe nứt
an = an1 + an2
Trong đó: an1, an2- Bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng dài hạn và ngằn hạn gây ra.
M cdh = M lc + M cn = 0,8 + 29,952 = 30,752 kNm = 30,752.104 daNcm
c

c

c

M ngh = M ng + M gh = 0,64 + 3,0276 = 3,6676 kNm = 3,6676.104 daNcm
Tính bề rộng khe nứt an theo cơng thức kinh nghiệm
 a1   0
.7.( 4  100. ). d
Ea
  0
kc2 a 2
.7.(4  100. ). d
Ea

a n1 kc1
an 2

 a1 
 a2 

c
M dh
30,752.10 4

2613,7 daN/cm2
Fa Z1
7,69.15,3
c
M ngh

Fa Z1



3,6676.10 4
311,72
7,69.15,3

daN/cm2

Với Zl = η.h0 = 0,85.18 = 15,3 cm
η tra bảng 5-1 (GTBTCT/94)
Fa

7,69

có bh 100 100.18 100 0,42 tra bảng 5-1 → η 0,85
0
2613,7  200
.7.(4  100.0,0031). 12 0,13mm
2,1.106
311,72  200
1.1.1.
.7.(4  100.0,0031). 12 0,005mm
2,1.106

an1 1.1,3.1.
an1

→ an = an1 + an2 = 0,13 + 0,005 = 0,135mm
 an < an.gh = 0.24(mm)
Kết luận: Vậy bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế.
3.Đáy máng
3.1. Sơ tớnh toỏn

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cèt thÐp

13


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

Ct 1 m dài vng góc với chiều dịng chảy, đáy máng được tinhs tốn như một
dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc.
Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau:
- Chiều dày bản đáy hđ = 25cm
- Bề rộng đáy máng B = 3,6 m
- Chọn bề rộng dầm bd = 30 cm
- Chiều dài nhịp l = 0,5 (B + 2h4 – bđ) = 0,5 (3,6 + 2.0,2 – 0,3) = 1,85 m
3,6m

1m

25cm

h4 = 20cm

30cm

185cm

185cm

Hình 3-1. Sơ đồ tính toán đáy máng

3.2. Tải trọng tác dụng
- Tải trọng bản thân
qcđ = γhhđ1 = 25.0.25.1 = 6,25 kN/m
qđ = nđq cđ = 1,05.6,25 = 6,56 kN/m
- Tải trọng nước ứng với cột nước Hmax
q cmax = kđγnHmax.1 = 1,3.10.2,4.1 = 31,2 kN/m
qmax = nn q cmax = 1.31,2 = 31,2kN/m

M cmax = 29,952 kNm; Mmax = 29,952 kNm
- Tải trọng nước ứng với mực nước cột nước nguy hiểm (Hngh)
H ngh 

lđ
1,85

1,31m
2
2

c

q ngh = kđγnHngh.1 = 1,3.10.1,31.1 = 17,03kN/m
qngh = nn.qcngh = 1.17,03 = 17,03kN/m
M

c
ngh

=

3
k đ n H ngh
1

6

1,3.10.1,313.1


4,871kNm
6

Mngh= 4,871 kNm
- Tải trọng gió
c
M gđ = 4,0368 kNm; Mgđ = 5,248 kNm.
c
M gh = 3,0276 kNm; Mgh = 3,9359 kNm.
Đồ án môn học: Kết cấu bê t«ng cèt thÐp

14


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

- Ti trọng do người
c
M ng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm.
- Tải trọng do lề truyền xuống
M lc = 0,84 kNm, Ml = 0,84 kNm.

3.3. Xác định nội lực
Tra các phụ lực 18, 21 (Giáo trình kết cấu bê tơng cốt thép), vẽ biểu đồ cho
từng thành phần tải trọng tác dụng.
a, Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và trọng lượng do tải trọng bản thân lề
truyền xung (q = 6,56 kN/m; Ml = 0,84 kNm)

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

15


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2
Ml = 0,84 kNm

0,647

1,236

0,926

M

5,232

2,805

0,378

2,050

4,477
6,904
6,904

4,477

2,050

0,84

0,281

0,926

1,182

1,236
0,378

2,805

5,232

0,647

0,281

0,84

2,386

Ml = 0,84 kNm

Q

b, Nội lực do áp lực nước ứng với Hmax (qmax = 31,2 kN/m; Mmax = 29,952 kNm)

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thÐp

16


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2
Mmax = 29,952
kNm

kN/m
29,952
15,093
4,506

3,855

1,810

45,950

Q

34,386

22,842

11,298

11,79
11,79

0.246

M

0.246

1,628

3,855

1,810
11,298

22,842

45,950

34,386

4,506

15,093

29,952

Mmax = 29,952
kNm

c, Nội lực do áp lực nước ứng với Hngh (qngh = 17,03 kN/m; Mngh = 4,871 kNm)

§å án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

17


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2
ngh

kN/m

4,871
2.132

2.136

15,764

9,463

3,162

3,139

9,440

15,741
15,741

9,440

3,139

M

0,204

0,192

0,192
2,136

2,383

3,162

2,132

0,204
9,463

15,764

Mngh = 4,871
kNm

4,85

4,871

Mngh = 4,871
kNm

Q

d, Nội lực do tải trọng người đi l bờn trỏi (Mng = 0,768 kNm)

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

18


Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2

0,192

0,384

0,576

0,768

Mng = 0,768
kNm

M
0,038

0,077

0,115

0,154

0,104

0,519

0,192

0

Q

e, Nội lực do tải trọng người đi lề bên phi (Mng = 0,768 kNm)

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

19

Trờng cao đẳng thuỷ lợi Bắc Bộ

Lớp C 1TK2
ng

0,768

0,576

0,384

0,192

kNm

M

0,104

0,519

0,192

0,154

0,115

0,096

0,077

0,038

0

Q

f, Ni lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mg = 5,248 kNm; Mgh = 3,9359 kNm)

Đồ án môn học: Kết cấu bê tông cốt thép

20