Hướng dẫn DA KCBTCT 11823 có excel

THIẾT KÊ MÔN HỌC
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TCVN 11823-2017
Kỹ sư: Nguyễn Văn Khánh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn A
I. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:
Thiết kế một dầm chủ mặt cắt chữ T, cầu nhịp giản đơn trên đường ô tô, bằng BTCT thường, thì công
bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường và lao kéo dọc vào vị trí.
II. CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC
1. Chiều dài nhịp dầm:
2. Hoạt tải thiết kế
3. Hệ số cấp đường
4. Bề rộng chế tạo cánh
5. Khoảng cách giữa các dầm chủ
6. Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích

L=
HL-93
k
bc=
S=
WDW=

7. Hệ số phân bố ngang tính cho mô men

mgM=

0,62

8. Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt

mgV=

0,65

9. Hệ số phân bố ngang tĩnh cho độ võng
10. Độ võng cho phép của hoạt tải

mgD=
Δcp=

11. Bê tông có

f'c=
gc=

12. Cốt thép (chịu lực và cấu tạo) theo ASTM A615M có
13. Tiêu chuẩn thiết kế

fy=
420 Mpa
22TCN 272-05

III. NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
A. Phần thuyết minh:
1. Sơ bộ tính toán chọn mặt cắt ngang dầm.
2. Tính và vẽ biểu đồ nội lực bằng phương pháp đường ảnh hưởng.
3. Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt giữa dầm.
4. Xác định vị trí cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu.
5. Tính toán bố trí cốt đai.
6. Tính toán kiểm soát nứt.
7. Tính toán kiểm soát độ võng dầm do hoạt tải

B. Phần bản vẽ:
1. Mặt chính dầm, các mặt cắt ngang đặc trưng.
2. Biểu đồ bao vật liêu.
3. Tách chi tiết các thanh cốt thép, bảng thông kê khối lượng vật liệu dầm, các ghi chú nếu có.
4. Bản vẽ trên khổ A3 hoặc A1.

1. SƠ BỘ TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM

15 m
1
1,8 m
2,2 m
5 kN/m

0,5
L/800
28 Mpa
24 kN/m3


Mặt cắt ngang dầm chữ T bằng BTCT thường, cầu nhịp giản đơn trên đường ô tô thường có các kích
thước tổng quát như sau:

hv2

hf

bf

bv2

h

bw

h1

hv1

bv1

b1

1.1. Chiều cao dầm h:
Chiều cao của dầm chủ có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi chọn
giá trị này. Ở đây, chiều cao dầm được chọn không thay đổi trên suốt chiều dai của nhịp. Đối với cầu đường
nhịp giản đơn, ta có thể chọn sơ bộ theo kinh nghiệm như sau:
 1 1
h   L
 20 10 
h=
0,75 đến
1,5
hmin=0.07*L =
1,05 m
Ta chọn h=
1200 mm
1.2. Bề rộng sườn dầm bw:
Tại mặt cắt trên gối của dầm, chiều rộng của sườn được định ra theo tính toán và ứng suất kéo chủ, tuy
nhiên ở đây ta chọn chiều rộng sừn dầm không đổi trên suốt chiều dài dầm. Chiều rộng bw này được chọn
chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bê tông chất lượng tốt.

Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sườn dầm bw=
1.3. Chiều dày bản cánh hf:
Chiều dày bản cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục bộ của vị trí xe và sự tham gia chịu lực
tổng thể với các bộ phận khác.
Tiêu chuẩn quy định hf>=175mm. Theo kinh nghiệm, ta chọn hf=
1.4. Chiều rônhj bản cánh chế tạo
Theo đề bài ta có

1800

1.5. Kích thước bầu dầm b1,h1:
Kích thước bầu dầm phải căn cứ vào việc bố trí cốt thép chủ trên mặt cắt dầm quyết định( số lượng thanh
khoảng cách giữa các thanh, bề dày lớp bê tông bảo vệ). Tuy nhiên ở đây chưa biết lượng thanh cốt thép dọc
chủ là bao nhiêu, nên ta phải chọn theo kinh nghiệm.
Theo kinh nghiệm ta chọn:
b1=
400 mm

m

200 mm

180 mm


h1=

200 mm

1.6. Kích thước các vút bv1, hv1, bv2, hv2:

Theo kinh nghiệm ta chọn:
bv1 = hv1 =

Sẽ hiệu chỉnh lại sau khi tính ra cốt thép chủ

100 mm

bv2 = hv2 =

150 mm

Vậy ta có MCN dầm chủ đã chọn như sau:

Vát
150x150

Vát
100x100

1.7. Tính trọng lượng bản thân dầm:
Diện tích mặt cắt ngang dầm:

A  S * h f  b1 * h1   h  h f  h1  * bw  hv1 * bv1  hv 2 * bv 2

A=
Trọng lượng bản thân 1m dài dầm:
wDC=A.gc=

672500 mm2 =

0,6725 m2
16,14 kN/m

trong đó:
Trọng lượng riêng của BTCT gc=

24 kN/m3

1.8. Xác định mặt cắt ngang tính toán:
a) Xác định bề rộng cánh hữu hiệu be:
Bề rộng cánh tính toán đối với dầm trong không lấy quá giá trị nhỏ nhất trong ba giá trị sau:
-L/4 =
3,75 m
-Khoảng cách tim giữa hai dầm S=
- 12 lần bề dày cánh và bề rộng sườn dầm 12.hf+bw =
Vậy bề rộng cánh hữu hiệu be=
1,8 m =
b)Quy đổi mặt cắt tính toán:
Để đơn giản cho tính toán thiết kế, ta quy đổi tiết diện dầm có kích thước đơn giản hơn theo nguyên tác sau:
Giữ nguyên chiều cao dầm h, chiều rộng be, b1, và chiều dày bw.Do đó ta có chiều cao bầu dầm và
chiều dày bản cánh quy đổi như sau:
- Diện tích tam giác vát cánh S1=
11250 mm2

2 S1

2,2 m
2,36 m
1800 mm

h qd
f  hf 

- Chiều dày bản cánh quy đổi

2 S1

b  bw

- Diện tích tam giác vát bầu S2=

5000 mm2
qd
1

h

- Chiều dày bầu dầm mới

194,06 mm

2S 2
 h1 

b1  bw

250,00 mm

Vậy ta có mặt cắt quy đổi sẽ là:

h'f

bf

h'1

h

bw

b'1

2. TÍNH VÀ VẼ BIỂU ĐÒ BAO NỘI LỰC:
2.1. Công thức tổng quát:
Mô men và lực cắt tại tiết diện bất kỳ được tính theo công sau:
Đối với TTGHCĐ1:
M i   1.25w DC  1.50w Dw  mg M 1.75LLL  1.75mLLMi 1  I M   AMi









Vi   (1.25w DC  1.50w Dw ) AVi  mgV 1.75LLL  1.75mLLVi 1  I M   A1,Vi
Đối với TTGHSD:






M i  1.0 1.0w DC  1.0w Dw  mg M 1.0 LLL  1.0mLLMi 1  I M  AMi

Vi  1.0 (1.0w DC  1.0w Dw ) AVi  mgV 1.0 LLL  1.0mLLVi 1  I M   A1,Vi



2.2. Tính mômen M:
Chia dầm thành 10 đoạn bằng nhau, nên mỗi đoạn sẽ có cjiều dài =
Đánh số thứ tự các mặt cắt và vẽ Đah Mi tại các mặt cắt điểm chia như sau:
Bảng tung độ đườn ảnh hưởng
y1

1,5 m

y2
1,35

y3
2,4

y4
3,15

y5
3,6

3,75


Công thức tính toán Mô men, Lực cắt theo TTGH CƯỜNG ĐỘ I

Công thức tính toán Mô men, Lực cắt theo TTGH SỬ DỤNG

Ta lập bảng tính Mi như sau:


Mặt cắt

xi(m)

1
2
3
4
5

1,5
3
4,5
6
7,5

Mặt cắt

xi(m)

1
2
3
4
5

1,5
3
4,5
6
7,5

AMi
m2
10,125
18
23,625
27
28,125

AMi
m2
10,125
18
23,625
27
28,125

BẢNG GIÁ TRỊ MÔ MEN TTGH CĐ 1

Xe tải
y1
1,35
2,4
3,15
3,6
3,75

y2
0,92
1,54
1,86
1,88
1,6

y3
0,49
0,68
0,57
1,02
1,6

y2
1,23
2,16
2,79
3,12
3,15

MiDC

MiDW
kNm
kNm
194,058
72,141
344,993
128,250
452,803
168,328
517,489
192,375
539,051
200,391

MiLane
kNm
97,058
172,548
226,469
258,821
269,606

MiTandem
kNm
389,061
687,642
895,744
1013,367
1040,511

MCĐI
kNm
838,00
1461,61
1870,84
2106,94
2149,29

Xe 2 trục
y1
y2
1,35
1,23
2,4
2,16
3,15
2,79
3,6
3,12
3,75
3,15

MiDC
MiDW
kNm
kNm
163,418
50,625
290,520
90,000

381,308
118,125
435,780
135,000
453,938
140,625

MiLane
MiTruck
MiTandem
kNm
kNm
kNm
58,381 285,559 234,021
103,788 490,719 413,619
136,222 615,481 538,794
155,682 684,665 609,544
162,169 685,861 625,871

MSCI
kNm
557,98
975,03
1251,14
1411,13
1442,59

Xe 2 trục
y1
1,35

2,4
3,15
3,6
3,75

BẢNG GIÁ TRỊ MÔ MEN TTGH SD1
Xe tải
y1
y2
y3
1,35
0,92
0,49
2,4
1,54
0,68
3,15
1,86
0,57
3,6
1,88
1,02
3,75
1,6
1,6

MiTruck
kNm
474,742
815,821

1023,238
1138,256
1140,244

Chart Title

Biểu đồ Mô men THGH cường độ 1
500

xi(m)

MCĐ

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

0
-838,00
-1461,61
-1870,84
-2106,94

-2149,29
-2106,94
-1870,84
-1461,61
-838,00
0,00

2.3. Tính lực cắt V:
Đah V tại các mựt cắt tại các điểm chia như sau:

0
-500
-1000
-1500
-2000
-2500

1

0
1

2

2
3

3
4

4
5

5
6

7

6
7

8

8
9

9
10

10
0,00
11

-838,00

-838,00
-1461,61

-1461,61

-1870,84
-1870,84
-2106,94
-2106,94
-2149,29

Series2
Series1


Ta lập bảng tính Vi
Mặt cắt

xi(m)

0
1
2
3
4
5

0
1,5
3
4,5
6
7,5

Mặt cắt

xi(m)

0
1
2
3
4
5

0
1,5
3
4,5
6
7,5
Biểu đồ Lực cắt THGH cường độ 1

AVi
m2
7,5
6
4,5
3
1,5
0

BẢNG GIÁ TRỊ LỰC CẮT THGH CĐ1
AV1i
Xe tải

m2
y1
y2
y3
7,5
1
0,713
0,427
6,075
0,9
0,613
0,327
4,8
0,8
0,513
0,227
3,675
0,7
0,413
0,127
2,7
0,6
0,313
0,027
1,875
0,5
0,213
0,000

Xe 2 trục

y1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5

y2
0,920
0,820
0,720
0,620
0,520
0,420

AVi
m2
7,5
6
4,5
3
1,5
0

BẢNG GIÁ TRỊ LỰC CẮT THGH SD1
AV1i
Xe tải
m2
y1

y2
y3
7,5
1
0,713
0,427
6,075
0,9
0,613
0,327
4,8
0,8
0,513
0,227
3,675
0,7
0,413
0,127
2,7
0,6
0,313
0,027
1,875
0,5
0,213
0,000

Xe 2 trục
y1
1

0,9
0,8
0,7
0,6
0,5

y2
0,920
0,820
0,720
0,620
0,520
0,420

ViDC
kNm
143,747
114,998
86,248
57,499
28,749
0,000

ViDC
kNm
121,050
96,840
72,630
48,420
24,210

0,000

ViDW
ViLane
ViTruck
ViTandem
kNm
kNm
kNm
kNm
53,438
75,374 378,519 303,543
42,750
61,053 331,809 271,924
32,063
48,239 285,099 240,305
21,375
36,933 238,389 208,686
10,688
27,134 191,679 177,067
0,000
18,843 148,658 145,448

VCĐI
kNm
651,08
550,61
451,65
354,20
258,25

167,50

ViDW
ViLane
ViTruck
ViTandem
kNm
kNm
kNm
kNm
37,500
45,338 227,680 182,582
30,000
36,723 199,584 163,563
22,500
29,016 171,488 144,544
15,000
22,215 143,392 125,525
7,500
16,322 115,295 106,506
0,000
11,334
89,418
87,487

VSDI
kNm
431,57
363,15
295,63

229,03
163,33
100,75


xi(m)

VCĐ

0
1
2
3
4
5
5
6
7
8
9
10

651,08
550,61
451,65
354,20
258,25
167,50
-167,50
-258,25

-354,20
-451,65
-550,61
-651,08

800,00
651,08
550,61

600,00

451,65
354,20

400,00

258,25

200,00
0,00
0

2

-200,00
-400,00
-600,00

4

167,50

-167,50 6
8
10
-258,25
-354,20
-451,65
-550,61
-651,08

-800,00

3. TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA DẦM:
Đây chính là bài toán tính As và bố trí của diện tích chữ T đặt cốt thép đơn, biết:
h=
1200
b=
1800
h1=
250
b1=
400
bw=
200
hf=
194

mm
mm

mm
mm
mm
mm

fy=

420 Mpa

fc'=

28 Mpa

Mu=Mumax=

2149,291 kN.m
- Giả sử chiều cao có hiệu ds: Chiều cao hữu hiệu phụ thuộc vào lượng cốt thép dọc chủ và cách bố trí
của chúng, ta sơ bộ chọn như sau: ds=(0.8-0.9)h =
ta chọn ds=
1080 mm

960 đến

1080 (mm)

Cách 1: TÍnh diện tich cốt thép cần thiết
Xác định chiều cao khối ứng suất tương đương
Tính Mf

 hf 

M f ( a hf )  0,85* fc' * b * h f *  d s   
2


8172,045861 kN.m

Nhận thấy Mu
1800*1200

12


Với fc'=

Mpa Ta có:

28

b1=

0,850

=0,002100
Giả sử: dt/ds

=1,10

Ta có:

0,0312

Hàm lượng cốt thép tối đa để có mặt cắt khống chế kéo

=0,0199

Giả sử mặt cắt khống chế đã kéo

=1,0237 Mpa

Mặt khác ta có

  * 420 
 0.9*  *420*  1 

 1.7*30 
Giải phương trình bậc 2 ta có:
p1 =
p2 =

1,0237

3335p^2

0,11055711 loại do >rô max
0,002776223 OK

Diện tích cốt thép yêu cầu
Act (yc) = p*b*ds =
Cách 2: TÍnh diện tich cốt thép cần thiết

- 378p

5397 mm2

+ 1,0237 = 0


Ta có phương trình

46267200 a

-21420 a^2

Giải phương trình ta có a1 =

52,91
2107,09
62,249

a2=
Chiều cao trục trung hòa c=a/B1

As 

-Diện tích cốt thép cần thiết As:

= 2388101054
mm
mm

mm

0.85 f c ' ab

fy

5397

mm2

Sơ bộ chọn một sô phương án cốt thép như sau:
Đường kính
mm

Phương án
1
2
3

Diện tích 1
thanh(mm2)
22
25
29

Từ bảng trên, ta chọn phương án bố trí là
Diện tích cốt thép As=
Số thanh cốt thép n=
Đường kính cốt thép =
Diện tích 1 thanh cốt thép =

Số hàng cốt thép
Số cột cốt thép
Khoảng cách giữa các hàng
Khoảng cách giữa các cột
Khỏang cách từ mép ngoài đến tim
Số thanh ở hàng 1
Số thanh ở hàng 2
Số thanh ở hàng 3
so thanh o hang 4

387
510
645
2

510
3
4
65
100
50
4
4
4
0

115

mm
1085 mm

TÍNH DUYỆT LẠI CỐT THÉP ĐÃ THIẾT KẾ
Ta tính lại giá trí a theo công thức trên
a=

14
12
10

6120 mm2
12 thanh
25 mm

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đên thớ chịu kéo ngoài cùng

Chiều cao hữu hiệu của tiết diện ds = h - d1

Số thanh

60,000 mm <hf--> OK

mm2

mm
mm
mm

As
mm2
5418

6120
6450

1,0039
1,13397 1.1~1.2
1,19511


Chiều cao vùng nén c=
- Kiểm tra lại điều kiện chảy dẻo của cốt thép:

 s  0.003

y 

fy
Es

70,58823529 mm

ds  c

c

0,0431125
Cốt thép đã chảy dẻo



0,002

Vậy giải thiết là đúng
Xem xét tiết diện là khống chế nén hoặc khống chế kéo hoặc khống chế chuyển tiếp

0,045875 >0.005
Do đó hệ số sức kháng =

Do vậy --> Tiết diện là mặt cắt khống chế kéo
0,9

Tính sức kháng danh định
2,712E+09 N.mm =
Vậy Mr = 0.9Mn
Kiểm tra:

2711,77 kN.m

= 2441 kNm

OK

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu
3,333646652

Mpa

379,4807712

######### mm4

Mô men chống uốn của tiết diện bê tông đối với thớ chịu nén tại đáy dầm
100


110496017 mm3

Mô men nứt

394,876214 kN.m

Ta có 1,3Mu =

Trang 90

= 2794 kNm

Min (1,3Mu, Mcr)

= 394,88 kNm

Điều kiện kiểm tra cốt thép tối thiểu

Mr>min(1,3Mu, Mcr)
Ta có: Mr

= 2441

4. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ, VẼ BIỂU ĐỒ BAO VẬT LIỆU:
Số lần
Số thanh

As cọn lại
ds
cắt
còn lai
mm2
mm
0
12
6120
1
10
5100
2
8
4080
3
6
3060

>

######### ==> OK

a
mm
1085
1098
1101,25
1106,666667

2149,290949

Vị trí khối ứng
es suất
60
50
40
30

Cánh nén
Cánh nén
Cánh nén
Cánh nén

0,04311
0,053
0,0672
0,09107

et

hệ số
0,04588
0,05565
0,07031
0,09475

0,900
0,900
0,900

0,900

Bảng phụ
d1
c
mm
mm
115
70,588
102
58,824
98,75
47,059
93,33333
35,294

Mr
kN.m
2440,5948
2068,5294
1667,547
1262,709

Hiệu chỉnh biểu đồ Bao mô men
ds=h-d1

Mcr

x (mm)
0

1500,00
x2=707
x1=530

Ta có
Mu
0
838,00
Mu=Mcr

394,876

1.3Mu
0
1117,33
Mcr=1.3Mu

Xác định điểm cắt lý thuyết
Xác định điểm cắt thực tế
Giá trị lớn nhất của 3 thông số như sau:
- Chiều cao hữu hiệu của tiết diện
- 15 lần đường kính danh định
- 1/20 lần chiều dài nhịp

1106,7 mm
375,0 mm
750,0 mm


1106,7

Ta có giá trị lớn nhất là

Vậy chọn l1 =

1100 mm

Chiều dài phát triển lực Ld

ldb =
rl 

1835
1

cf 

1

lf 

rc 

1
0,508

Lamda er
0,882
Ld =
822

5. TÍNH TOÁN CỐT THÉP ĐAI ( TÍNH TOÁN CHỐNG CẮT)

+ Cánh tay đòn của ngẫu lực = ds-a/2=
+ 0.9ds=
+ 0.72h=
Vậy dv=
Bề rộng bản bụng bv=bw=

1092 mm
996 mm
864 mm

1092 mm
200 mm

1. Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt theo khả năng chịu lực của vùng chịu nén


Xác định nội lực cách gối 1 đoạn dv =

1091,67 mm

Mu=
Vu=

609,88 kN.m
577,96 kN

x (mm)
0

1500,00

Ta có:
1376 kN

>

2,941 N/mm2

Tỷ số ứng suất v/f'c =

0,1050

Tính biên dạng cốt thép chịu lực theo công thức

Mu
 Vu
d
x  v

Es  As

0,001857229

2,005915842

35,50030232

192348,9685 N

Yêu cầu về khả năng chịu lực của cốt thép đai
449827 N

577,96 kN.m

===> OK

Vu
651,08
550,61

Mu
0,00
838,00


6. TÍNH TOÁN KIỂM SOÁT NỨT:
6.1. Kiểm tra xem mặt cắt có bị nứt hay không:
Ag=

600500 mm2

xnocrack
Mô men quán tính tiết diện chưa nứt
Ig=
Tinh ứng suất kéo
Suy ra:

379,4807712 mm
9,05E+10 mm4

fct=

13,08 Mpa

Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông fr =
0.8fr=

Ma =

3,333646652 Mpa
2,666917322 Mpa

Kiểm tra điều kiện nứt
fct
13,08
Kiểm tra:
Tiết diện có bị nứt
Kiểm tra điều kiện nứt theo 6.8

Ta cò fs =

252 Mpa

0.8fr
>

2,666917322

1442,59

Ta có n =

7

6,801370612 Chọn n =
900 x^2

+ 42840 x

Thay số vào ta có x=

-46481400

= 0

204,700 mm

Kiểm tra điều kiện trục trung hòa:

TTH qua sườn

Tính lại chiều cao TTH của tiết diện đã nứt

100 x^2
Thay số vào ta có x=

Thay số vào ta có Icr

+ 42840 x

-16353196,88

243,417 mm

38457274937 mm4

Nếu TTH qua cánh thì Icrr (chỉ việc thay bw=b)==> Ta có Icr=
Túm lại, Icr =

= 0

(Khi qua sườn)
38344334069 mm4

38457274937

ứng suất cốt thép TTGHSD

Kiểm tra điều kiện khống chế nứt: fs < 0.6fy

= 220,98 Mpa

OK


Ta có:

= 1,0621

= 424,05

Khoảng cách giữa các thanh thép chịu kéo là:

100

<

= 424,05

Kiểm soát nứt được đảm bảo
7. TÍNH TÓAN KIỂM SOÁT ĐỘ VÕNG DO HOẠT TẢI:

367,79

kN.m

1/ Độ võng do tĩnh tải ở giữa nhịp
Mô men uốn do tĩnh tải ở giữa nhịp\

= 594,563

50782230852

Độ võng do tĩnh tải ở giữa nhịp là

mm4

kNm

9,33 mm

Trong đó, Ec =

29405,83765

2/Độ võng do hoạt tải ở giữa nhịp

Khoảng cách từ trục giữa đến vị trí hợp lực

L2 =

1,46 m

Ma (DC+DW+Truck)

1280,424 kNm

Ie2

3,97E+10

Ta có:
a1
a2
a3

3,93

6,77
2,47

Độ võng do P1

4,148 mm

Độ võng do P2

5,729 mm

Độ võng do P3

2,766 mm

Độ võng do xe tải thiết kế là:

12,643

mm

Độ võng do tai trọng làn

2,626

mm

5,787

mm

Độ võng do xe tải khống chế: L/800
Kiểm tra:

18,75 mm

OK

Độ võng tăng do từ biến:

27,995 mm

Vậy tổng độ võng dầm là

40,638 mm