Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

CẦU MÁNG BÊTÔNG CỐT
THÉP
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT

THIẾT KẾ CẦU MÁNG BTCT
GV hướng dẫn:
Bộ mơn:

Kết cấu cơng trình

1

u cầu đồ án:

Yêu cầu chung

• Thiết kế kênh dẫn nước qua vùng trũng
gồm các hạng mục cơng trình chính:
1 - Lề ñi
2 - Vách máng
3 - ðáy máng
4 - Dầm gia

2



ã Thuyt minh: (35ữ40) trang
Nờu chi tit cỏc bước tính tốn cho từng hạng
mục theo các bước tính tốn
– Vẽ hình thể hiện cách bố trí

1

• Bản vẽ: (A1)

2

– Thể hiện chi tiết mặt cắt dọc, ngang, các lớp
thép cho các hạng mục theo đúng yêu cầu
của bản vẽ kỹ thuật

3

4
3

4

1


A. SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Số liệu riêng)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP - lỚP: 48C4
SỐ LIỆU TÍNH TỐN

1

Chiều
dài

L (m)
30

150

CI

5

2

30

3.1

2.3

150

CI

5

3

30

3.2

2.2

150

CI

5

4

30

3.3

2.1

150

CI

5

5

30

3.4

2.0

150

CI

5

6

30

3.5

1.9

150

CI

5

7

30

3.6

2.4

150

CI

5

8

30

3.7

2.3

150

CI

5

9

30

3.8

2.2

150

CI

5

10

30

3.9

2.1

150

CI

5

11

28

3.0

2.0

150

CI

4

TT

Họ và tên

Bề rộng
Hmax
B
(m)
(m)
3.0
2.4

Mác BT

Nhóm
thép

Số
nhịp

•
•
•
•
•
•

Chiều dài máng L
Mác bê tông
Bề rộng máng B
Loại cốt thép

Cột nước lớn nhất trong máng Hmax
Số nhịp n

6

Các bước thiết kế

A. SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Số liệu chung)
• Độ vượt cao an tồn: δ = 0,5m
• Tải trọng gió: qg = 1,2 kN/m2

ã
ã
ã
ã
ã
ã

Đ Giú ủy: H s kgiú ủy = 0,8
Đ Giú hút: Hệ số kgió hút = 0,6

•
•
•
•
•

Cầu máng thuộc cơng trình cấp III
Dung trọng bê tơng: γb = 25 kN/m3
Bề rộng vết nứt giới hạn: angh = 0,24 mm

Độ võng cho phép: [f/l] = 1/500
Tải trọng người đi: qng = 200 kG/m2 = 2 kN/m2
7

Bước 1: Chọn kích thước và sơ đồ tính
Bước 2: Tải trọng tác dụng
Bước 3: Xác định nội lực
Bước 4: Tính tốn và bố trí cốt thép
Bước 5: Kiểm tra biến dạng, Kiểm tra nứt
Bước 6: Kiểm tra võng

8

2


B. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG
• Tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản
• Trình tự thiết kế các bộ phận:

§ Bước 1: Chọn kích thước và Xác định sơ đồ tính tốn
§ Bước 2: Xác định tải trọng tác dụng
§ Tải trọng tiêu chuẩn qc → Kiểm tra nứt, tính bề rộng vết nứt, độ võng (TTGH
II)
§ Tải trọng tính tốn qtt = qc.nt → Xác định cốt thép dọc chịu lực, cốt đai và cốt
xiên (nếu cần) (TTGH I).

I - THIẾT KẾ LỀ ðI

§ Bước 3: Xác định nội lực (tính tay, tra bảng, hoặc dùng phần mềm)

§ Bước 4: Tính tốn và bố trí cốt thép:

• Cốt dọc chịu lực tại mặt cắt có Mmax (b trớ 4ữ5 thanh/m vi KC dng bn)
ã Ct cu tạo (4÷5 thanh/m vng góc với cốt chịu lực với KC dạng bản)
• Tính tốn cốt thép đai, xiên cho mặt cắt có Qmax (phương pháp TTGH)

§ Bước 5: Kiểm tra nứt (mặt cắt có Mmax):

• Mặt cắt cho phép xuất hiện khe nứt: nếu bị nứt, tính an• Mặt cắt không cho phép xuất hiện khe nứt, nếu bị nứt → đề ra giải pháp khắc
9
phục (khơng cần tính lại từ đầu)

10

§ Bước 6: Tính và kiểm tra độ võng

I. LỀ NGƯỜI ĐI

I. LỀ NGƯỜI ĐI

1.1. Sơ đồ tính tốn

1.2. Tải trọng tác dụng

• Cắt 1m theo chiều dài máng, coi lề như một dầm công xôn
ngàm tại đầu vách máng.
(Chọn bề rộng lề l = 0,8m, chiều dày l h1= 8 ữ12cm)

ã T hp ti trng c bn tác dụng lên lề người đi gồm:

– Trọng lượng bản thân (qbt): qcbt = γb . h . 1m
– Tải trọng người (qng): qcng = 2.1m = 2 kN/m
• Tải trọng tính tốn tổng cộng tác dụng lên lề người đi:
q = nbt . qcbt + nng . qcng
nbt = 1,05; nng = 1,2 - Hệ số vượt tải (TCVN 4116-85)

11

12

3


I. LỀ NGƯỜI ĐI

I. LỀ NGƯỜI ĐI
1.3. Xác định nội lực

Lập bảng thống kê tải trọng
STT Loại tải trọng

Giá trị
tiêu
chuẩn

Hệ số
vượt
tải

Giá trị

tính tốn

1

Tải trọng bản thân

…

1.05

…

2

Tải trọng người

2

1.2

5.025

14

I. LỀ NGƯỜI ĐI
1.4. Tính tốn và bố trí cốt thép
– Tính tốn và bố trí cốt thép dọc: (mặt cắt ngàm)
Tính như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật:
b = 100cm, h = 10cm, chọn a = 2cm
Bố trí cốt thép chịu lực: 4÷5 thanh/1m

Bố trí cốt thép cấu tạo : 4÷5 thanh/1m
– Tính tốn và bố trí cốt thép ngang:
Kiểm tra điều kiện tính tốn cốt ngang tại mặt cắt có
Qmax
knncQ < k1mb4Rkbh0 → Khơng cần đặt cốt ngang.
15

16

4


II. VÁCH MÁNG
2.1. Sơ đồ tính tốn
• Cắt 1m theo chiều
dài máng, coi vách
máng như một dầm
công xôn ngàm tại
đáy máng và dầm
dọc.
Hv = Hmax + δ
(Độ vượt cao an toàn:
δ = 0,5m)

II - THIẾT KẾ VÁCH MÁNG

17

II. VÁCH MÁNG

18

II. VÁCH MÁNG

2.2. Tải trọng tác dụng
• Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách gồm:
– Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: Mng
– Mô men do trọng lượng bản thân lề ñi: Mbt
– Áp lực nước tương ứng với Hmax: qn
– Áp lực gió (gồm gió đẩy và gió hút): qg
• Các tải trọng này gây ra 2 trường hợp: căng trong và căng
ngoài vách máng.
– Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất: Mbt , qgđ
(gió đẩy, máng khơng có nước và khơng có người đi trên lề)
– Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất: Mbt , Mng , qn , qgh
(gió hút, trong máng có nước và trên lề có người đi)
19

2.3. Xác định nội lực

20

5


II. VÁCH MÁNG
2.4. Tính tốn và bố trí cốt thép
• Tính tốn và bố trí cốt thép dọc:(mặt cắt ngàm)
CK chịu uốn, tiết diện chữ nhật b = 100cm, h = 20cm, a = 2cm
Tính tốn cốt thép cho 2 trường hợp căng trong và căng ngồi

• Tính tốn và bố trí cốt thép ngang:
Kiểm tra điều kiện tính tốn cốt thép ngang:
knncQ < k1mb4Rkbh0 → Không cần đặt cốt ngang
ã B trớ ct thộp
Lp trong: 4ữ5 thanh/1m
Lp ngồi: 4÷5 thanh/1m
– Dọc theo phương dịng chảy bố trí 2 lớp thép cấu tạo 4÷5
thanh/1m
21

22

II. VÁCH MÁNG
2.5. Kiểm tra nứt
• Kiểm tra cho trường hợp căng trong
• Điều kiện để tiết diện đáy máng không bị nứt:
nc . Mc ≤ Mn = γ1 . Rkc . Wqđ
• Nếu mặt cắt sát đáy máng bị nứt, tính tốn an = an1 + an2
an1, an2 - Bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn tác dụng dài
hạn và ngắn hạn gây ra:
ani = k.ci.η.

σ ai −σ 0 .7.(4 - 100. µ)

Ea
• Nếu an < angh → Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế
23

24

6


III. ðÁY MÁNG
3.1. Sơ đồ tính tốn
• Cắt 1m dài vng góc với chiều dịng chảy, đáy máng được
tính như một dầm liên tục 2 nhịp có gối đỡ là các dầm dọc.
– Chiều dày bản đáy: hđ = 20÷25 cm
– Bề rộng đáy máng: B
– Chiều dài nhịp:
l = 0,5(B+2h4-bd)
– Chọn sơ bộ bề rộng dầm đỡ: bd = 30÷35cm

III - THIẾT KẾ ðÁY MÁNG

25

26

III. ðÁY MÁNG
3.2. Tải trọng tác dụng
Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy máng gồm:
•
•
•
•

Tải trọng bản thân đáy máng: qđ
Tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống: Mbt
Áp lực nước ứng với cột nước Hmax: Mn max

Áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm (Hngh): Mn ngh

Hngh là cột nước gây ra mô men uốn căng trên lớn nhất tại
l
mặt cắt trên gối giữa, Hngh =
2
• Tải trọng gió: Mgh , Mgđ (2 TH: gió trái và gió phải)
• Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống: Mng
(3 TH: người đi lề trái, lề phải, cả 2 bên lề)
27

28

7


III. ðÁY MÁNG
3.3. Xác định nội lực
• Cách 1:
– Tra các phụ lục 18, 21 (Giáo trình Kết cấu Bê
tơng cốt thép)
– Vẽ biểu đồ nội lực cho các tải trọng độc lập tác
dụng lên đáy máng
– Tổ hợp lại thành các trường hợp tải trọng gây bất
lợi nhất cho các mặt cắt cần tính tốn.
• Cách 2: (tham khảo) Dùng phần mềm Sap2000 vẽ
biểu đồ bao nội lực.

a, Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng
do trọng lượng bản thân lề truyền xuống (qđ, Mbt):

29

30

c, Nội lực do áp lực nước ứng với Hngh (qngh, Mngh):

b, Nội lực do áp lực nước ứng với Hmax (qmax, Mnmax):

31

32

8


e, Nội lực do tải trọng người đi lề bên phải (Mng):

d, Nội lực do tải trọng người đi lề bên trái (Mng):

33

34

g, Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (Mgđ ,
Mgh):

f, Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mgđ ,
Mgh):

35

36

9


• Các trường hợp tải trọng gây bất lợi nhất
cho các mặt cắt cần tính tốn:
1,

2,

3,

TH tải trọng gây mơ men căng trên lớn nhất tại mặt cắt
sát vách:
(Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax , người đi lề
bên trái và có gió thổi từ phải sang trái)
→ M 1 = Ma + M b + M d + M g
TH tả
ải trọ
ọng gây mô men căng dướ
ới lớ
ớn nhấ
ất tạ
ại mặ
ặt
cắ
ắt giữ

ữa nhịịp:
(Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh , người đi
trên lề phải và có gió thổi từ trái sang phải)
→ M2 = Ma + Mc + Me + Mf
TH tả
ải trọ
ọng gây mô men căng trên lớ
ớn nhấ
ất tạ
ại mặ
ặt
cắ
ắt trên gố
ối giữ
ữa:
(Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh , khơng có
người đi trên lề và có gió thổi từ phải sang trái hoặc
ngược lại)
37
→ M3 = Ma + Mc + Mf ( hoặ
ặc Mg)

39

III. ðÁY MÁNG
3.4. Tính tốn và bố trí cốt thép
• Tính tốn và bố trí cốt thép cho 3 mặt cắt nguy hiểm trên đáy
máng:
– Mặt cắt sát vách máng chịu mômen căng trên lớn nhất M1
– Mặt cắt giữa nhịp chịu mômen căng dưới lớn nhất M2

– Mặt cắt trên gối giữa chịu mơmen căng trên lớn nhất M3
• Tính tốn như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b=1m; h=hđ
• Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng (chỉ ñặt cốt xiên nếu
cần): knncQ < k1mb4Rkbh0 → Khơng cần đặt cốt ngang
• Cốt thép chịu lực lớp trờn: 4ữ5 thanh/1m
ã Ct thộp chu lc lp di: 4ữ5 thanh/1m
• Dọc theo chiều dịng chảy bố trí cấu tạo: 5 thanh/1m
38

40

10


III. ðÁY MÁNG
3.5. Kiểm tra nứt
• Kiểm tra tại 2 mặt cắt: mặt cắt sát vách và giữa nhịp
• Điều kiện để cấu kiện không bị nứt:
nc . Mc ≤ Mn = γ1 . Rkc . Wqđ.

IV - THIẾT KẾ DẦM ĐỠ GIỮA

41

42

IV. DẦM ĐỠ GIỮA

IV. DẦM ĐỠ GIỮA

4.1. Sơ đồ tính tốn

4.2. Tải trọng tác dụng

• Tách dầm giữa bằng 2 mặt
cắt dọc máng. Sơ đồ tính là
dầm liên tục n nhịp tiết diện
chữ T có các gối tựa là các trụ
đỡ
• Chiều cao dầm: hd = 80 cm
• Chiều dài nhịp lnhịp = L/n
• Bề rộng sườn: b = 30cm
• Bề rộng cánh dầm: B/2

Tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên dầm đỡ giữa gồm:
• Tải trọng bản thân
• Áp lực nước tương ứng với cột nước Hmax

4.3. Xác định nội lực
Tra phụ lục 18 (Giáo trình Kết cấu BTCT) vẽ biểu đồ nội lực
M, Q của dầm n nhịp.

43

44

11


IV. DẦM ĐỠ GIỮA

4.4. Tính tốn cốt thép
• Tính tốn cốt thép dọc chịu lực cho 2 mặt cắt có M-max và M+max
như cấu kiện chịu uốn.
• Trường hợp căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối thứ 2: (M-max )
Tiết diện chữ T cánh kéo → Tính tốn như đối với tiết diện chữ
nhật bd x hd
• Trường hợp căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp biên:
(M+max) Tiết diện tính tốn hình chữ T cánh nén:
b = bd , h = hd , bc’= B/2, hc’=hđ

45

IV. DẦM ĐỠ GIỮA
4.4. Tính tốn cốt thép (tiếp)

• Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng và tính cốt thép ngang:
(mặt cắt có Qmax)
k1.mb4.Rk.b.h0 < kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 → Bố trí cốt ngang.
• Tính tốn cốt đai
Chọn đường kính cốt đai d = 8mm → fđ = 0,503cm2, số nhánh
nđ = 2 → Chọn utk = max (umax; uct; utt)
• Tính tốn cốt xiên.
kn.nc.Q < Qđb→ Khơng cần đặt cốt xiên.

46

IV. DẦM ĐỠ GIỮA
4.6. Tính tốn và kiểm tra độ võng
• Tính Bdh
• Nhân biểu đồ Vêrêshagin: f = Mp

1

M k = B Ω p yk
dh

4.4. Kiểm tra nứt và tính bề rộng vết nứt
• Điều kiện để dầm khơng bị nứt:
nc.Mc ≤ Mn = γ1 . Rkc . Wqđ
• Kiểm tra cho 2 mặt cắt có M-max (Tiết diện chữ T cánh kéo) và
M+max (Tiết diện chữ T cánh nén)
47

f f
<
l  l

1 → Dầm thoả mãn yêu cầu về ñộ võng

 = 500

48

12