Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
THIẾT KẾ CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ.
Số liệu riêng:
Nhóm
19
Chiều dài
L (m)
34
Bề rộng
B (m)
3.7
Hmax
(m)
1.9
Mác bê
tông
M200
Nhóm thép
Số nhịp
CII
6
Hình 1 – Mặt cắt dọc cầu máng
1. Thân máng; 2. Trụ đỡ; 3. Nối tiếp
Hình 2 – Mặt cắt ngang máng
B
2 – Vách máng
1 - Lề người đi
2
5 – Khung đỡ (không tính toán trong đồ
án)
H
3 – đáy máng
4 – Dầm đỡ dọc máng
1
3
4
5
Số liệu chung:
Độ vượt cao an toàn của vách máng so với mực nước cao nhất trong máng: = 0,5m
Tải trọng gió: qg = 1,2 kN/m2
Gió đẩy: Hệ số kgió đẩy = 0,8
Gió hút: Hệ số kgió hút = 0,6
Cầu máng thuộc công trình cấp III
3
Dung trọng bê tông: b = 25 kN/m
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
Từ các số liệu đã cho , tra phụ lục giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH Thủy Lợi ta
có:
Kn=1,15; Rn= 90 daN/cm2; Rk=7.5 daN/cm2 ; Rkc = 11.5daN/cm2 ;Rnc = 115 daN/cm2; mb=
1; mb4=0,9; ma=1,1; Ra = R’a = 2700 daN/cm2 ; α0= 0,6 ; A0= 0,42 ;Ea= 2.100.000 daN/cm2
; Eb= 2.4.105 daN/cm2 ; n=Ea/Eb= 8,75 ; µmin= 0,1 % ;
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
B. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CẦU MÁNG
Theo quy phạm , cầu máng cần được tính toán thiết kế ứng với lần lượt các tổ hợp tải
trọng : cơ bản , đặc biệt, trong thời gian thi công. Tuy nhiên, trong phạm đồ án này chỉ
tính toán thiết kế các bộ phận cầu máng với một trường hợp : Tổ hợp tải trọng cơ bản.
Trình tự thiết kế các bộ phận:
1. Xác định sơ đồ tính toán của các bộ phận kết cấu:
Cầu máng là kết cấu không gian có kích thước mặt cắt ngang và tải trọng không thay đổi
dọc theo chiều dòng chảy. Do vậy, đối với các bộ phận : lề đi, vách máng, đáy máng ta
cắt 1m chiều dài theo chiều dòng chảy và tính toán theo bài toán phẳng. Đối với dầm đỡ,
sơ đồ tính toán là dầm liên tục nhiều nhịp.
2. Xác định tải trọng các dụng:
Tải trọng tiêu chuẩn qc dùng để tính toán các nội dung của trạng thái giới hạn II : Kiểm
tra nứt, tính bề rộng vết nứt và tính độ võng.
Tải trọng tính toán : qtt = qc.nt (với nt là hệ số vượt tải) dùng để tính toán các nội dung của
trạng thái giới hạn I : Tính toán cốt thép dọc chịu lực, kiểm tra và tính toán cốt thép
ngang bao gồm cốt đai và cốt xiên (nếu cần).
3. Xác định biểu đồ nội lực bằng phương pháp tra bảng hoặc sử dụng phần mềm tính kết
cấu.
4. Tính toán và bố trí thép:
Cốt thép dọc chịu lực được tính toán tại các mặt cắt có Mmax . Đối với các bộ phận kết cấu
dạng bản lề (lề người đi, vách máng, đáy máng), ta bố trí 4÷5 thanh/1m
Kiểm tra và tính toán cốt ngang bao gồm cốt thép đai và cốt thép xiên (nếu cần ) tại các
mặt cắt có Qmax theo phương pháp trạng thái giới hạn.
5. Kiểm tra nứt:
Kiểm tra nứt tại các mặt cắt có Mmax. Với những mặt cắt không cho phép xuát hiện khe
nứt, nếu bị nứt, chỉ cần đề ra giải pháp khắc phục. Với những mặt cắt cho phép xuất hiện
khe nứt, nếu bị nứt ta tiếp tục tính bề rộng khe nứt và so sánh đảm bảo yêu cầu a n < angh ,
nếu an >angh , đưa ra giải pháp khắc phục.
6. Tính độ võng toàn phần f và so sánh đảm bảo f/l < [f/l]. Nếu f/l >[f/l] thì đưa ra giải pháp
khắc phục.
I. LỀ NGƯỜI ĐI.
1.1. Sơ dồ tính toán
Cắt 1m dài lề người đi theo chiều dọc máng ( chiều dòng chảy ), coi lề người đi như một
dầm công xôn ngàm tại đầu vách máng. Chọn bề rộng lề là 1m. Chiều dày lề thay đổi dần
8÷12cm
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
12
8
80 cm
80 cm
Hình 1.1 – Sơ đồ tính toán lề người đi.
1.2. Tải trọng tác dụng.
Do điều kiện làm việc của lề người đi, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên lề bao gồm:
a. Trọng lượng bản thân (qbt): qcbt = b.h.1m = 25.0,1.1 = 2,5kN/m.
b. Tải trọng người (qng): qcng = 2.1m = 2kN/m.
Tải trọng tính toán tổng cộng tác dụng lên lề người đi :
q = nbt.qcbt + nng.qcng = 1,05.2,5 + 1,2.2 = 5,025kN/m.
Trong đó: nbt = 1,05; nng = 1,2 – hệ số vượt tải trọng lượng bản thân và tải trọng người đi
theo TCVN 4116-85.
1.3. Xác định nội lực
Mo men lớn nhất tại mặt cắt ngàm
l
M max q.l. 5, 025.0,8.0, 4
2
=1,608 kNm
Lực cắt lớn nhất tại mặt cắt ngàm
Qmax q.l
= 5,025.0,8 = 4,02 kN
1,608
-
M kNm
4,02
q = 5,025 kN/m
Q kN
Hình 1.2 – Biểu đồ nội lực lề người đi.
1.4. Tính toán và bố trí cốt thép.
a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu lực tại mặt cắt có mô men uốn lớn nhất (mặt cắt
ngàm): M = 1,608 kNm, cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 10cm, chọn
a = 2cm, h0 = h – a = 8cm.
k n . nc . M
A=
mb . Rn .b . h20
=
1,15.1.16080
1.15.90.100.82
= 0.028
√ 1−2 A
1 2.0, 028
A = 0,032 < A0= 0,42 Tính cốt đơn, = 1 =1= 0,028.
mb . Rn .b . h0 . α
1.90.100.8.0, 028
m a . Ra
1,1.2700
Fa =
=
= 0.78 cm2 < µminbh0 = 0,001.100.8 = 0,8 cm2.
Chọn và bố trí cốt thép chịu lực : 5ϕ8/1m ( 2,51 cm2) theo phương vuông góc với phương
dòng chảy.
Chọn và bố trí cốt thép cấu tạo vuông góc với cốt thép chịu lực :4ϕ8/1m (2,01 cm2).
b. Tính toán và bố trí cốt thép ngang:
Kiểm tra điều kiện tính toán cốt thép ngang tại mặt cắt có Qmax = 4,02kN = 402 daN.
k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.8 = 4320 daN.
k1= 0,8 đối với kết cấu bảng.
kn.nc.Q = 1,15.1.402 = 462,3 daN.
kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0 => Không cần đặt cốt ngang.
8
a=200
8
a=250
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Hình 1.3 – Bố trí thép lề người đi.
II. Vách máng
2.1. Sơ đồ tính toán
Cắt 1m dài vách máng dọc theo chiều
dài máng, vách máng được tính toán
như một dầm công xôn ngàm tại đáy
máng và dầm dọc.
2,4
12 cm
Chiều cao vách:
Hv = Hmax + = 1,9 + 0,5 = 2,4 m.
- độ vượt cao an toàn , lấy = 0,5 m.
Bề dày thay đổi dần :
20
hv = 12 20 cm.
Hình 2.1 – Sơ đồ tính toán vách máng
2.2. Tải trọng tác dụng.
Do điều kiện làm việc của vách máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên vách bao gồm
các tải trọng sau:
-
Mô men tập trung do người đi trên lề truyền xuống: Mng
-
Mô men do trọng lượng bản thân lề đi: Mbt
-
Áp lực nước tương ứng vơi Hmax: qn
-
Áp lực gió ( gồm gió đẩy và gió hút ): qgđ và qgh
Các tải trọng này gây nên 2 trường hợp: Căng trong và căng ngoài vách máng.
a. Trường hợp căng ngoài nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : Mbt , qgđ (gió đẩy,
trong máng không có nước và không có người đi trên lê).
c
c
M bt
=
2
2
qbt . Ll
2
=
2,5 . 0 . 8
=0,8
2
kNm;
c
Mbt = nbt.
M bt
= 1,05.0,8 = 0,84 kNm.
qcgđ = kgđ.qg.1m = 0,8.1,2.1 = 0,96 kN/m.
qgđ = ng. qcgđ = 1,3.0,96 = 1,248 kN/m
ng = 1,3 – hệ số vượt tải của gió.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
M cgd
c
qgd
.H v2
2
=
qgd .H v2
2
Mgđ =
0,96.2, 42
2
1, 248.2, 42
2
Chuyên ngành công trình thủy
= 2,765 kNm.
= 3,594 kNm.
b. Trường hợp căng trong nguy hiểm nhất bao gồm các tải trọng : Mbt , Mng , qgh ,qn ( gió
hút, trong máng có nước chảy qua với mực nước Hmax và trên lề có người đi)
c
M bt
= 0,8 kNm và Mbt = 0,84 kNm đã tính ở trường hợp căng ngoài.
c
M cng
qng . L 2
l
2
=
=
2. 0,82
2
c
= 0,64 kNm; Mng = nng.
M ng
= 1,2.0,64 = 0,768 kNm.
qcnmax= kđnHmax1m = 1,3.10.1,9.1 = 24,7 kN/m; qnmax = nn.qcnmax = 1.24,7 = 24,7 kN/m.
c
M cn =
2
q n . max . H max
6
=
24, 7.1,92
6
2
= 14,861 kNm; Mn=
qn . max . H max
6
=
24, 7.1,92
6
=14,861kNm.
qcgh = kgh.qg.1m = 0,6.1,2.1 = 0,72 kN/m; qgh = ng. qcgh = 1,3. 0,72 = 0,936 kN/m.
M
c
gh
c
qgh
.H v2
2
0, 72.2, 42
2
qgh .H v2
2
= 2,074 kNm; Mgh =
0,936.2, 42
2
= 2,696 kNm.
Kđ - là hệ số động, lấy kđ = 1,3.
Mng= 0,768 kNm
Mbt= 0,84 kNm
q gh= 0,936 kN/m
q gd= 1,248 kN/m
H
max
Mbt= 0,84 kNm
q nmax
= 24,7 kN/m
TH căng ngoài
TH căng trong
Hình 2.2 – Tải trọng tác dụng lên vách máng
2.3. Xác định nội lực.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
a. Trường hợp căng ngoài.
+
3,594
0,84
Mgd kNm
2,995
Mbt kNm
0
Q gd kN
Q bt kN
Hình 2.3 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng ngoài.
Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất (mặt cắt ngàm ).
M1 = Mgđ + Mbt = 3,594 - 0,84 = 2,754 kNm.
M1c = Mgđc+ Mbtc = 2,765 – 0,8 = 1,965 kNm.
M = Mbt + Mgđ = 3,594 – 0,84 = 2,754 kNm.
Q1 = Qbt + Qgđ = 0 + 2,995 = 2,995 kN
b. Trường hợp căng trong
Nội lực tại mặt cắt nguy hiểm nhất ( mặt cắt ngàm ).
M2 = Mbt + Mng + Mn + Mgh = 0,84 + 0,768 + 14,861 + 2,696 = 19,165 kNm.
M2c = Mbtc + Mngc + Mnc + Mghc = 0,8 + 0,64 + 14,861 + 2,074 = 18,375 kNm.
Qnmax=
qn max .H max
2
=
24, 7.1,9
2
=23,465 kN
Qgh=qgh.Hv= 0,936.24= 2,246 kN
Q2 = Qbt+Qng+ Qn+ Qgh= 23,465 + 2,246 = 25,711 kN
-
0,84
Mbt kNm
0,768
Mng kNm
2,696
Mgh kNm
14,861
MnmaxkNm
0
Q bt kN
0
Q ng kN
-
1,248
23,465
Q gh kN
Q nmaxkN
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Hình 2.4 – Nội lực vách máng trong trường hợp căng trong.
2.4. Tính toán và bố trí cốt thép.
a. Tính toán và bố trí cốt thép dọc:
Tính toán và bố trí thép dọc chịu lực cho cấu kiện chịu uốn tại mặt cắt có mô men uốn
lớn nhất ( mặt cắt ngàm ) cho hai trường hợp căng trong và căng ngoài.
Tiết diện chữ nhật: b = 100 cm, h = 20 cm. Chọn a = 2 cm, h0 = h – a = 18cm.
1. Trường hợp căng ngoài : M = 2,754 kNm.
k n . nc . M
A=
mb . Rn .b . h20
1,15.1.27540
1,15.90.100.182
=
= 0,001
A = 0,011 < A0 = 0,42 Tính cốt đơn, = 1 -
Fa =
mb . Rn .b . h0 . α
m a . Ra
√ 1−2 A
=1-
1 2.0, 001
= 0,001
1,15.90.100.18.0, 001
1,1.2700
= 0,63 cm2.
=
Fa < µminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2.
Chọn và bố trí thép chịu lực lớp ngoai theo cấu tạo 5ϕ 8/1m (2,51cm2) theo phương
vuông góc với phương dòng chảy.
2. Trương hợp căng trong: M = 19,165 kNm.
k n . nc . M
A=
mb . Rn .b . h20
1,15.1.191650
1,15.90.100.182
=
= 0,066
A = 0,066 < A0 = 0,42 Tính cốt đơn, = 1 -
√ 1−2 A
=1-
1 2.0, 066
=
0,068
Fa =
mb . Rn .b . h0 . α
m a . Ra
1,15.90.100.18.0, 068
1,1.2700
=
= 4,27 cm2.
Fa > µminbh0 = 0,001.100.18 = 1,8 cm2.
Chọn và bố trí thép chịu lực lớp trong trong 512/1m (5,65 cm2) theo phương vuông với
phương dòng chảy.
b. Tính toán và bố trí cốt thép ngang:
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Kiểm tra điều kiện cường độ theo lực cắt Q cho trường hợp căng trong.
k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.18 = 9720 daN > kn.nc.Q2 = 1,15.1. 2571,1 = 2956,77daN.
Không cần đặt cốt ngang.
c. Bố trí cốt thép.
Lớp trong: 512/1m; Lớp ngoài: 58/1m.
Dọc theo phương dòng chảy bố trí lớp thép cấu tạo 48/1m.
12
a=200
8
a=250
8
a=200
8
a=250
Hình 2.5 – Bố trí thép vách máng
2.5. Kiểm tra nứt.
Kiểm tra cho trường hợp căng trong: M2c = 18,375 kNm.
Điều kiện để cấu kiện không bị nứt: nc.Mc Mn = 1.Rkc.Wqđ
1 = mh. = 1.1,75 = 1,75 (mh = 1; = 1,75)
J qd
Wqđ =
xn =
h−x n
b . h2
+n . F a . h 0 +n . F ' a . a '
2
b.h+n( Fa +F ' a )
=
100.202
8, 75.5, 65.18 8, 75.2, 51.2
2
100.20 8, 75.(5, 65 2,51)
= 10,11cm.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
3
3
b. x n b .(h−x n )
+
+n . Fa (h0 −x n )2 + n. F ' a .( x n−a ')2
3
3
Jqđ =
=
Chuyên ngành công trình thủy
100.10,113 100.(20 10,11)3
8,75.5,65(18 10,11)2 8,75.2,51.(10,11 2) 2
3
3
= 71213,02cm4.
Wqđ =
71213, 02
20 10,11
= 7200,5 cm3
Mn = 1.Rkc.Wqđ = 1,75.11,5.7200,5= 144910,06 daNcm.
nc.Mc = 1.183750 = 183750 daNcm > Mn.
Kết luận : Mặt cắt sát đáy máng bị nứt.
Tính toán bề rộng khe nứt.
an = an1 + an2.
Trong đó : an1, an2 – Bề rộng khe nứt do tải trọng tác dụng ngắn hạn và dài hạn gây ra.
M
c
dh
M btc M nc 0,8 14,861
c
ngh
15,661 kNm = 156610 daNcm.
c
M ngc M gh
0, 64 2, 074 2, 714
M
kNm = 27140 daNcm.
Tính bề rộng khe nứt an theo công thức kinh nghiệm (TCVN 4116-85):
an1 = k.c1.
σ a 1−σ 0
Ea
.7.(4 - 100. ).
σ a 2−σ 0
an2 = k.c2.
Ea
.7.(4 - 100. ).
√d
√d
k – hệ số lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn.
c – hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 với tải trọng ngắn hạn, bằng
1,3 với tải trọng dài hạn.
n – hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy bằng 1 với thép có gờ.
μ=
Fa
bh0
=
5, 65
100.18
= 0,00314.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
M dhc
a1 =
Fa .Z1
c
M ngh
a2 =
Fa .Z1
Chuyên ngành công trình thủy
156610
1811, 67
5, 65.15, 3
daN/cm2.
27140
313,957
5, 65.15,3
daN/cm2.
Trong đó: Z1 = .h0 = 0,85.18 = 15,3 cm với = 0,85 - Tra bảng 5-1 trang 94 giáo trình
Kết cấu Bê tông cốt thép- ĐH THủy Lợi.
1811, 67 200
.7.(4 100.0, 00314). 12
2,1.106
an1= 1.1,3.1.
= 0,089 mm.
313,957 200
.7.(4 100.0, 00314). 12
2,1.106
an2= 1.1.1.
= 0,0049 mm.
an = 0,089 + 0,0049 = 0,0939 mm < angh = 0,24 mm.
Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế.
III. ĐÁY MÁNG.
3.1. Sơ đò tính toán.
Cắt 1m dài đáy máng vuông góc với chiều dòng chảy, đáy mnags tính toán như một dầm
lien tục 2 nhịp có gối tựa là các dầm đỡ dọc.
Sơ bộ chọn kích thước đáy máng như sau
Chiều dày bản đáy : hđ = 25 cm.
Chọn sơ bộ bề rộng dầm đỡ: bd = 30cm.
Bề rộng đáy máng : B = 3,7 m.
B = 3,4 m
Chiều dài nhịp:
l=
2
=
3, 7 2.0, 2 0,3
2
=1,9m
20
25 cm
B+2 h3 −b d
l = 1,75 m
30
1,75 m
Hình 3.1 – Sơ đồ tính toán đáy máng.
3.2. Tải trọng tác dụng.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Do điều kiện làm việc cảu đáy máng, tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên đáy máng bao
gồm các tải trọng sau :
1. Tải trọng bản thân đáy máng :
qcđ= b.hđ.1m = 25.0,25.1 = 6,25 kN/m;
qđ = nbt .qcđ = 1,05.6,25 = 6,563 kN/m.
2. Tải trọng do trọng lượng bản thân lề truyền xuống:
c
M bt
=
0,8
kN/m; Mbt = 0,84 kNm đã tính ở phần vách máng.
3. Áp lực nước ứng với cột nước Hmax:
qcnmax = 24,7 kN/m; qnmax = 24,7 kN/m.
Mcnmax = 14,861 kNm; Mnmax = 14,861 kNm đã tính ở phần thiết kế vách máng.
4. Áp lực nước ứng với mực nước cột nước nguy hiểm Hngh:
Cột nước nguy hiểm Hngh là cột nước gây momen uốn lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa.
Hngh =
1,9
2
=1,34 m
qcngh = kđ.n.Hngh.1m = 1,3.10.1,34.1 = 17,2kN/m.
qngh= nn.qcngh = 1.15,626=15,626 kN/m.
Mcngh =
k d . γ n . H 3ngh .1 m
6
=
1,3.10.1,343.1
6
= 5,21 kNm ;
Do hệ số vượt tải của nước nn = 1 nên Mngh = 5,21 kNm.
5. Tải trọng gió:
Mcgđ; Mgđ; Mcgh; Mgh đã được tính toán ở phần vách máng.
Mcgđ = 2,765 kNm; Mgđ = 3,594 kNm.
Mcgh = 2,074 kNm; Mgh = 2,696 kNm.
6. Tải trọng do người đi trên lề truyền xuống:
Mcng; Mng đã tính ở phần thiết kế lề người đi.
Mcng = 0,64 kNm; Mng = 0,768 kNm.
3.3. Xác định nội lực.
Tra các phụ lục 18, 21 trang 167 và 179 giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép, vẽ biểu đồ
nội lực ứng với từng tải trọng tác dụng lên máng, sau đó tổ hợp lại thành các trường hợp
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
tải trọng gây bất lợi nhất cho ba mặt cắt cần tính toán và bố trí thép : mặt cắt sát vách,
mặt cắt giữa nhịp và mặt cắt trên gối giữa.
a. Nội lực do tải trọng bản thân đáy máng và tải trọng do trọng lượng bản thân lề người
đi truyền xuống (qđ, Mbt):
M 0 M 2 M bt
=-0,84 kNm
M 1 M g .g.l 2 2. .M bt
1,92
=-0,125.6,563.
+0,25.2.0,84=-2,54kNm
M 0,5 M g .g .l 2 0,5 .M bt 1,5 .M bt
1,92
=0,0625.6,563 .
-0,375.0,84+0,125.0.84=1,263 kN
Q0 Qg1 .g.l ( 0 2 ).
Q1 Qg 1.g.l ( 1 2 ).
M bt
l
M bt
l
0,84
1,9
=0,375.6,563.19+(1,25+0,25).
=5,34kN
0,84
1,9
=-0,625.6,563.1,9+(1,25+0,25).
M g Qg
(
tra bảng 18 trang 167 giáo trình KCBTCT,
trình CKBTCT)
,
=-7,13kN
tra bảng 21 trang 179 giáo
q d= 6,563 kN/m
Mbt
Mbt= 0,84 kNm
1,95
0,84
0,975
4,925
0,84
M kNm
0,975
6,23
+
+
-
6,23
Q kN
-
4,925
b. Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước Hmax (qnmax, Mnmax):
M 0 M 2 M n max 14,861kNm
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
M 1 M g .g.l 2 2. .M n max
1,92
=-0,125.24,7.
+0,25.2.14,861=-3,72 kNm
M 0,5 M g .g .l 2 0,5 .M n max 1,5 .M n max
1,9 2
=0,0625.24,7.
Q0 Qg 0 .g .l 0 .
-0,375.14,861+0,125.14,861=1,86 kNm
M n max
M
2 . n max
l
l
Q1 Qg1.g.l ( 1 2 ).
M n max
l
1, 25.
14,861
14,861
0, 25.
1, 9
1.9
=0,375.24,7.1.9+
=29,33kN
14,861
1,9
=-0.625.24,7.1,9+(1,25+0,25).
=-17,60kN
M g Qg
(
tra bảng 18 trang 167 giáo trình KCBTCT, , tra bảng 21 trang 179 giáo
trình KCBTCT).
q nmax
= 24,7 kN/m
Mnmax
Mnmax
= 14,861 kNm
14,861
14,861
1.49
0,746
28,86
M kNm
0,746
13,13
+
+
Q kN
-
-
13,13
28,86
c.Nội lực do áp lực nước ứng với cột nước nguy hiểm Hngh (qngh, Mngh):
Mo = M2 = Mngh =-5,21 kNm
M 1 M g .g .l 2 2. .M nngh
1,9 2
=-0,125.17,42.
+0,25.2.5,21=-5,256 kNm
M 0,5 M g .g .l 2 0,5 .M nngh 1,5 .M nngh
1, 7 2
=0,0625.17,42.
-0,375.5,21+0,125.5,21=2,628 kNm
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Q0 Qg 0 .g.l 0 .
M nngh
l
Q1 Qg1.g .l ( 1 2 ).
2 .
Chuyên ngành công trình thủy
5, 21
1,9
M nngh
l
=0,375.17,42.1,9+(1,25+0,25).
=16,525 kN
5, 21
1,9
M nngh
l
=-0,625.17,42.19+(1,25+0,25).
=-16,573 kN
M g Qg
,
(
tra bảng 18 trang 167 giáo trình KCBTCT,;
tra bảng 21 trang 179 giáo
trình KCBTCT).
q nngh
= 15,626 kN/m
Mnngh
Mnngh
= 3,76 kNm
3,76
3,765
3,76
M kNm
1,88
1,88
13,29
13,28
+
+
-
-
13,29
Q kN
13,28
d. Nội lực do tải trọng người đi trên lề trái (Mng):
M 1 M ng 0, 768kNm
M 0 .M ng
Q0 0
M ng
l
=0,25.0,768 = 0,192 kNm ( tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT)
1, 25.
0, 768
1,9
= 0,505 kN
Q2 2
M ng
l
0, 25
0, 768
0,101
1, 9
kN (
tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT)
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
M=
0,768 kNm
ng
0,768
0,192
0,565
M kNm
0,113
+
-
Q kN
e. Nội lực do tải trọng người đi trên lề phải (Mng):
M 2 M ng 0, 768kNm
M 1 .M ng
= 0,25.0,768 = 0,192 kNm
Q2 2
M ng
l
0, 25
0, 768
0,101
1,9
kN
Q0 0
M ng
l
1, 25.
0, 768
1,9
=- 0.505 kN
( , tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT )
Mng= 0,768 kNm
0,768
0,192
0,113
M kNm
+
0,565
-
f. Nội lực do áp lực gió thổi từ trái sang phải (Mgđ, Mgh):
M 0 M gd
M 2 M gh
=3,594 kNm;
=-2,696 kNm
Q kN
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
M 1 1.M gd 2 .M gh
=-0,25.3,594+0,25.2,696=-0,225 kNm
Q0
M gd . 0
l
M gh . 2
l
3,594.(1, 25) 2,969.0, 25
1,9
1,9
=-2.02 kN
Q2
M gd . 2
l
M gh . 0
l
3,594.0, 25 2, 695.( 1, 25)
1,9
1,9
=-1.3 kN
(
tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT)
Mgd= 3,594 kNm
gh
2,696
0,225
3,594
M kNm
1,685
2,25
1,454
g. Nội lực do áp lực gió thổi từ phải sang trái (Mgđ, Mgh):
M 0 M gh
M 2 M gd
=2,696 kNm ;
Q0
M gd . 0
l
M gh . 2
l
=-3,594 kNm
2, 695.1, 25 3,594.( 0, 25)
1,9
1,9
=1.3kN
Q2
M gd . 2
l
M gh . 0
l
2,969.( 0, 25) 3,594.1, 25
1,9
1,9
=2.01 kN
(
Q kN
-
-
tra bảng 21 trang 179 giáo trình KCBTCT)
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Mgh= 2,696 kNm
Mgd= 3,594 kNm
2,696
0,225
M kNm
3,594
1,685
1,454
2,25
Q kN
+
+
Các trường hợp tải trọng gây ra nội lực bất lợi nhất tại ba mặt cắt cần tính toán bao gồm:
1. TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt sát vách :
Dẫn nước trong máng với chiều cao Hmax có người đi trên lề bên trái hoặc cả 2 bên và có
gió thổi từ phải qua trái.
M1 = Ma + Mb + Md + Mg = 0,84 + 14,861 + 0,768 + 2,696= 19,165 kNm.
2. TH tải trọng gây mômen căng dưới lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp:
Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh có người đi trên lề bên phải và có gió thổi từ trái
sang phải.
M2 = Ma + Mc + Me + Mf = 1,263 + 2,628 + 0,096 + 1,685 = 5,672 kNm.
3. TH tải trọng gây mômen căng trên lớn nhất tại mặt cắt trên gối giữa:
Dẫn nước trong máng với chiều cao Hngh không có người đi trên lề và có gió thổi từ phải
qua trái và ngược lại.
M3 = Ma + Mc + Mf ( hoặc Mg) = 2,54 + 5,256 + 0,225 = 8,021 kNm.
3.4. Tính toán và bố trí cốt thép đáy máng.
a. Tính toán cốt dọc chịu lực:
1. Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất M1 tại mặt cắt sát vách:
Tính toán như cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật : b = 100cm, h = 25cm. Chọn a =
3cm, h0 = h – a = 22cm.
A=
kn .nc .M 1
1,15.1.191650
0, 046
2
mb .Rn .b.h0 1,1.90.100.222
√ 1−2 A
=1-
A = 0,047 < A0 = 0,42 Tính cốt đơn.
Fa
mb .Rn .b.h0 . 1,15.90.100.22.0, 047
3, 603cm2
ma .Ra
1,1.2700
.
=1-
1 2.0, 046
= 0,047
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
Fa > µminbh0 = 0,001.100.22 = 2,2 cm2.
Chọn và bố trí cốt thép chịu lực 5ϕ12/1m(5,65cm2) theo phương vuông góc với phương
dòng chảy.
2. Trường hợp gây căng dưới lớn nhất M2 tại mặt cắt giữa nhịp:
Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữa nhật: b = 100cm, h = 25cm. Chọn a =
3cm, h0 = h – a = 22cm.
A=
kn .nc .M
1,15.1.46400
0, 0122
2
mb .Rn .b.h0 1.90.100.22 2
=1-
√ 1−2 A
=1-
1 2.0, 0122
= 0,0123
A = 0,0123 < A0 = 0,42 Tính cốt đơn.
Fa
mb .Rn .b.h0 . 1.90.100.22.0, 0123
0, 784
ma .Ra
1,15.2700
cm2.
Fa < µminbh0 = 0,001.100.22 = 2,2 cm2.
Chọn và bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5ϕ10/1m (3,93cm2) theo phương vuông góc
với phương dòng chảy.
3. Trường hợp gây mômen căng trên lớn nhất
Tính toán như cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: b = 100cm, h = 25cm. Chọn a = 3cm,
h0 = h – a = 22cm.
A=
kn .nc .M
1,15.1.59400
0, 0157
2
mb .Rn .b.h0 1.90.100.22 2
=1-
√ 1−2 A
=1-
1 2.0, 0157
= 0,0158
A = 0,0158 < A0 = 0,42 tính cốt đơn
Fa
mb .Rn .b.h0 . 1.90.100.22.0, 0158
1
ma .Ra
1,15.2700
cm2
Fa < µminbh0 = 0,001.100.22 = 2,2 cm2.
Chọn và bố trí cốt thép chịu lực theo cấu tạo 5ϕ10/1m (3,93cm2) theo phương vuông góc
với phương dòng chảy.
b. Tính toán cốt ngang.
Kiểm tra cường độ trên mặt cắt nghiêng tại mặt cắt sát vách trong trường hợp máng dẫn
nước với mực nước Hmax , người đi trên cả hai bên lề và gió từ phải sang trái.
Q = Qa + Qb + Qd + Qe + Qg = 4,925 + 28,86 + 0,565 + 0,113 + 1,454 = 35,917 kN.
k1.mb4.Rk.b.h0 = 0,8.0,9.7,5.100.22 = 11880 daN.
kn.nc.Q = 1,15.1.3591,7 = 4130,5 daN.
Đồ án: Thiết kế cầu máng BTCT
Chuyên ngành công trình thủy
kn.nc.Q < k1.mb4.Rk.b.h0. Không cần tính cốt ngang.
c. Bố trí thép đáy máng.
Lớp trên: 512/m.
Lớp dưới: 510/m.
Dọc theo chiều dòng chảy bố trí cốt thép cấu tạo 510/m.
12
a=200
16
16
10
a=200
10
a=200
14
10
a=200
16
14
14
Hình 3.2 – Bố trí cốt thép đáy máng và dầm đỡ..
3.5. Kiểm tra nứt.
Kiểm tra nứt tại 2 mặt cắt : mặt cắt sát vách và giữa nhịp.
Điều kiện để cấu kiện không bị nứt : nc.Mc Mn = 1.Rkc.Wqđ.
a. Đối với mặt cắt sát vách máng.
Mc1 = Mca + Mcb + Mcd + Mcg
= Ma/nbt+ Mb/nn + Md/nng+ Mg/ng
= 0,84/1,05 + 14,861/1 + 0,768/1,2 + 2,696/1,3
Mc1 = 18,375 kNm.
Kiểm tra nứt cho cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật:
b = 100cm, h = 25cm, a = a' = 3cm, ho = 22cm, Fa = 5,65cm2, Fa’ = 3,93cm2.
2
xn =
2
b.h
100 . 25
+n . F a . h 0 +n . F ' a . a '
+8, 75 .5, 65 . 22+8,75 . 3,93 . 3
2
2
=
=12 ,6 cm
b. h+n( Fa +F ' a )
100. 25+8, 75 .(5,65+3, 93 )
3
Jqđ =
.
3
b. x n b .(h−x n )
+
+n . Fa (h0 −x n )2 + n. F ' a .( x n−a ')2
3
3
3
=
100.12,63 100.(25−12,6)
+
+8,75.5,65(22−12 ,6)2+8,75.3,93.(12,6−3)2
3
3
= 137770,78 cm4.
- Xem thêm -
.DOCX 
31 
298 
106 
