Updated: 6 months ago
উত্তরঃ

The problem requires determining the tensile steel area for a T-beam subjected to specified dead and live loads on a simple span. This is a common design task in reinforced concrete structures.

Step 1: Determine the effective flange width (bf).

According to ACI 318, for an interior T-beam, the effective flange width (bf) is the smallest of the following:

  • One-fourth of the span length: \(L/4 = 22 \text{ ft} \times 12 \text{ in/ft} / 4 = 66 \text{ in}\)
  • \(b_w + 16 h_f = 11 \text{ in} + 16 \times 4.5 \text{ in} = 11 + 72 = 83 \text{ in}\)
  • Center-to-center spacing of beams: \(9 \text{ ft} \times 12 \text{ in/ft} = 108 \text{ in}\)

Therefore, the effective flange width, \(b_f = 66 \text{ in}\).

Step 2: Calculate the Dead Load (DL) per unit length.

Assume normal weight concrete with a unit weight of 150 pcf.

Slab weight (per unit length of beam) = \(h_f \times \text{spacing} \times \text{unit weight of concrete}\)

\(= (4.5 \text{ in} / 12 \text{ in/ft}) \times 9 \text{ ft} \times 150 \text{ pcf} = 0.375 \text{ ft} \times 9 \text{ ft} \times 150 \text{ pcf} = 506.25 \text{ plf}\)

Assume a total beam height \(h = d + \text{cover} = 20 \text{ in} + 2.5 \text{ in (assumed cover)} = 22.5 \text{ in}\).

Web (stem) weight below flange = \((h - h_f) \times b_w \times \text{unit weight of concrete}\)

\(= ((22.5 - 4.5) \text{ in} / 12 \text{ in/ft}) \times (11 \text{ in} / 12 \text{ in/ft}) \times 150 \text{ pcf}\)

\(= (18 \text{ in} / 12 \text{ in/ft}) \times (11 \text{ in} / 12 \text{ in/ft}) \times 150 \text{ pcf} = 1.5 \text{ ft} \times 0.9167 \text{ ft} \times 150 \text{ pcf} \approx 206.25 \text{ plf}\)

Total Dead Load, \(DL = 506.25 \text{ plf} + 206.25 \text{ plf} = 712.5 \text{ plf}\)

Step 3: Calculate the Live Load (LL) per unit length.

\(LL = \text{Live Load per unit area} \times \text{spacing}\)

\(= 200 \text{ psf} \times 9 \text{ ft} = 1800 \text{ plf}\)

Step 4: Calculate the Factored Distributed Load (wu).

Using ACI load factors: \(w_u = 1.2 DL + 1.6 LL\)

\(= 1.2 \times 712.5 \text{ plf} + 1.6 \times 1800 \text{ plf}\)

\(= 855 \text{ plf} + 2880 \text{ plf} = 3735 \text{ plf}\)

Step 5: Calculate the Factored Bending Moment (Mu).

For a simple span beam, \(M_u = w_u L^2 / 8\)

\(= 3735 \text{ plf} \times (22 \text{ ft})^2 / 8\)

\(= 3735 \times 484 / 8 = 225915 \text{ lb-ft}\)

Convert to lb-in: \(M_u = 225915 \text{ lb-ft} \times 12 \text{ in/ft} = 2710980 \text{ lb-in}\)

Step 6: Determine if the Neutral Axis (NA) is within the flange.

To check if the NA is in the flange, calculate the moment capacity if \(a = h_f\).

The compression force in the flange, \(C_f = 0.85 f_c' b_f h_f\)

\(= 0.85 \times 4000 \text{ psi} \times 66 \text{ in} \times 4.5 \text{ in} = 1009800 \text{ lb}\)

The nominal moment capacity of the flange, \(M_{nf} = C_f (d - h_f/2)\)

\(= 1009800 \text{ lb} \times (20 \text{ in} - 4.5 \text{ in}/2) = 1009800 \times (20 - 2.25) \text{ in} = 1009800 \times 17.75 \text{ in} = 17923950 \text{ lb-in}\)

The design strength of the flange (assuming \(\phi = 0.9\) for tension-controlled behavior if NA is in flange and steel yields):

\(\phi M_{nf} = 0.9 \times 17923950 \text{ lb-in} = 16131555 \text{ lb-in}\)

Since the required factored moment \(M_u = 2710980 \text{ lb-in}\) is less than \(\phi M_{nf} = 16131555 \text{ lb-in}\), the neutral axis lies within the flange. Therefore, the T-beam can be designed as a rectangular beam with a width equal to the effective flange width, \(b_f = 66 \text{ in}\).

Step 7: Calculate the Required Tensile Steel Area (As).

For a rectangular beam, the nominal moment capacity \(M_n = A_s f_y (d - a/2)\) where \(a = A_s f_y / (0.85 f_c' b_f)\).

The design moment capacity is \(M_u = \phi M_n = \phi A_s f_y (d - a/2)\).

Substitute \(a\): \(M_u = \phi A_s f_y (d - \frac{A_s f_y}{2 \times 0.85 f_c' b_f})\)

Rearrange into a quadratic equation in terms of \(A_s\):

\(\frac{\phi f_y^2}{1.7 f_c' b_f} A_s^2 - (\phi f_y d) A_s + M_u = 0\)

Given: \(\phi = 0.9\) (assumed tension-controlled), \(f_c' = 4000 \text{ psi}\), \(f_y = 50000 \text{ psi}\), \(b_f = 66 \text{ in}\), \(d = 20 \text{ in}\), \(M_u = 2710980 \text{ lb-in}\).

Let \(K_1 = \frac{\phi f_y^2}{1.7 f_c' b_f} = \frac{0.9 \times (50000 \text{ psi})^2}{1.7 \times 4000 \text{ psi} \times 66 \text{ in}} = \frac{0.9 \times 2.5 \times 10^9}{448800} \approx 5013.368\)

Let \(K_2 = \phi f_y d = 0.9 \times 50000 \text{ psi} \times 20 \text{ in} = 900000\)

The equation becomes: \(5013.368 A_s^2 - 900000 A_s + 2710980 = 0\)

Using the quadratic formula \(A_s = \frac{-(-K_2) \pm \sqrt{(-K_2)^2 - 4 K_1 M_u}}{2 K_1}\):

\(A_s = \frac{900000 \pm \sqrt{(900000)^2 - 4 \times 5013.368 \times 2710980}}{2 \times 5013.368}\)

\(A_s = \frac{900000 \pm \sqrt{8.1 \times 10^{11} - 5.4390 \times 10^{10}}}{10026.736}\)

\(A_s = \frac{900000 \pm \sqrt{7.5561 \times 10^{11}}}{10026.736}\)

\(A_s = \frac{900000 \pm 869258.3}{10026.736}\)

Taking the smaller positive root for \(A_s\):

\(A_s = \frac{900000 - 869258.3}{10026.736} = \frac{30741.7}{10026.736} \approx 3.066 \text{ in}^2\)

Step 8: Check minimum and maximum steel area requirements.

Minimum steel area (\(A_{s,min}\)) for flexural members (ACI 318-19, 9.6.1.2):

\(\rho_{min} = \text{max} \left(\frac{3\sqrt{f_c'}}{f_y}, \frac{200}{f_y}\right)\)

\(\frac{3\sqrt{4000}}{50000} = \frac{3 \times 63.246}{50000} \approx 0.003795\)

\(\frac{200}{50000} = 0.004\)

So, \(\rho_{min} = 0.004\).

For T-beams with flange in compression, \(A_{s,min} = \rho_{min} b_w d = 0.004 \times 11 \text{ in} \times 20 \text{ in} = 0.88 \text{ in}^2\).

Since \(A_s = 3.066 \text{ in}^2 > A_{s,min} = 0.88 \text{ in}^2\), the minimum steel requirement is satisfied.

Maximum steel area for tension-controlled section (\(\epsilon_t \ge 0.005\)):

The depth of equivalent rectangular stress block \(a = \frac{A_s f_y}{0.85 f_c' b_f} = \frac{3.066 \times 50000}{0.85 \times 4000 \times 66} = \frac{153300}{224400} \approx 0.683 \text{ in}\)

The depth of neutral axis \(c = a / \beta_1 = 0.683 \text{ in} / 0.85 \approx 0.804 \text{ in}\)

Tensile strain in steel, \(\epsilon_t = \epsilon_u \frac{d-c}{c} = 0.003 \frac{20 - 0.804}{0.804} = 0.003 \times 23.88 \approx 0.0716\)

Since \(\epsilon_t = 0.0716 \ge 0.005\), the section is tension-controlled, and the assumption of \(\phi = 0.9\) is valid. The calculated steel area is within acceptable limits.


The required tensile steel area is \(3.066 \text{ in}^2\).

Satt AI
Satt AI
1 week ago
86

Related Question

View All
উত্তরঃ

পেশার সসামগ্রিক ককার্যকলাপ যাতে বাধাগ্রস্ধ না হয় তাই প্রসাশনিক নিরাপত্তাকে পেশাগত নিরাপত্তা বলে । 

Shanta Dash
Shanta Dash
1 year ago
1.1k
উত্তরঃ

ব্যক্তিগত সুরক্ষা সরঞ্জামগুলোর নামসমূহ: এপ্রোন, হ্যান্ড গ্লোভস, হেলমেট, নিরাপদ চশমা, নিরাপদ জুতা, মাস্ক, আঁটসাট পোশাক, সেফটি বেল্ট।

 

Shafikul Islam
Shafikul Islam
1 year ago
481
উত্তরঃ

পেশাগত স্বাস্থ্য ও নিরাপত্তার শ্রেণীবিভাগ হল এমন একটি সংগঠন বা অধিকারক্ষম প্রতিষ্ঠান যা বিভিন্ন পেশাগত ক্ষেত্রে নিরাপত্তা ও সুরক্ষার জন্য প্রশাসনিক এবং কার্যকরী পদক্ষেপ গ্রহণ করে। এই শ্রেণীবিভাগের দায়িত্ব হল নিরাপত্তার মানসম্পন্নতা ও শৃঙ্খলা বজায় রাখা এবং সমস্ত কর্মক্ষমতা ও সেবা প্রদানের নিশ্চিততা অধিকার সাধন করা।

এই শ্রেণীবিভাগ মূলত দুটি প্রধান অংশে বিভক্ত হতে পারে:

১। স্বাস্থ্য শ্রেণীবিভাগ: এটি হাসপাতাল, চিকিৎসালয়, ডাক্তারদের ও অন্যান্য চিকিৎসা প্রদানকারী প্রতিষ্ঠানের জন্য প্রযোজ্য। এই শ্রেণীবিভাগের অধীনে রয়েছে সমস্ত চিকিৎসাধিকারীর নিরাপত্তা, রোগীদের সেবা ও পরিচর্যার নিরাপত্তা, ঔষধের সঠিক স্টোরেজ ও ব্যবহারের মানদণ্ড, এবং জরুরী চিকিৎসা পরিচালনার জন্য প্রস্তুতি।

২। নিরাপত্তা শ্রেণীবিভাগ: এটি ভবন, দোকান, কারখানা, অফিস, পাবলিক স্থান এবং অন্যান্য সমস্ত জায়গার জন্য প্রযোজ্য। এই শ্রেণীবিভাগের কাজ হল অগ্নিশমন, জব্দ ও নিরাপত্তা, প্রাকৃতিক দুর্যোগের জন্য প্রস্তুতি, নিরাপত্তার মানসম্পন্নতা, এবং নিরাপত্তার সুরক্ষা ও সংরক্ষণের প্রক্রিয়াগুলি বিশেষজ্ঞদের কাছে সংশ্লিষ্ট রাখা।

পেশাগত স্বাস্থ্য ও নিরাপত্তার শ্রেণীবিভাগ প্রতিষ্ঠান অধীনে শিক্ষার্থীদের, সাধারণ মানুষের এবং সংস্থার মানসম্পন্নতা এবং সহযোগিতার জন্য সুরক্ষা ও প্রদর্শন বাড়ানো হয়।

Shafikul Islam
Shafikul Islam
1 year ago
679
উত্তরঃ

ইটের মাঠ পরীক্ষাগুলো নিম্নরূপ: 

১) প্রথম শ্রেণীর ইট টেকসই, মজবুত, শক্ত, দৃঢ়বদ্ধ গঠন, ফাটল মুক্ত, ঝাঝরাবিহীন হবে।

২) প্রথম শ্রেণীর ইট গাঢ় লাল তাম্র বর্ণের হবে।

৩) ২৪ ঘন্টা ভিজিয়ে রাখলে ইটের নিজস্ব ওজনের ১/৬ অংশের বেশি পানি শোষণ করবে না।

৪) নখ বা ছুড়ি দ্বারা স্বাভাবিক আচড় দেওয়া যাবে না।

Shafikul Islam
Shafikul Islam
1 year ago
1.6k
শিক্ষকদের জন্য বিশেষভাবে তৈরি

১ ক্লিকে প্রশ্ন, শীট, সাজেশন
অনলাইন পরীক্ষা তৈরির সফটওয়্যার!

শুধু প্রশ্ন সিলেক্ট করুন — প্রশ্নপত্র অটোমেটিক তৈরি!

প্রশ্ন এডিট করা যাবে
জলছাপ দেয়া যাবে
ঠিকানা যুক্ত করা যাবে
Logo, Motto যুক্ত হবে
অটো প্রতিষ্ঠানের নাম
অটো সময়, পূর্ণমান
প্রশ্ন এডিট করা যাবে
জলছাপ দেয়া যাবে
ঠিকানা যুক্ত করা যাবে
Logo, Motto যুক্ত হবে
অটো প্রতিষ্ঠানের নাম
অটো সময়, পূর্ণমান
অটো নির্দেশনা (এডিটযোগ্য)
অটো বিষয় ও অধ্যায়
OMR সংযুক্ত করা যাবে
ফন্ট, কলাম, ডিভাইডার
প্রশ্ন/অপশন স্টাইল পরিবর্তন
সেট কোড, বিষয় কোড
অটো নির্দেশনা (এডিটযোগ্য)
অটো বিষয় ও অধ্যায়
OMR সংযুক্ত করা যাবে
ফন্ট, কলাম, ডিভাইডার
প্রশ্ন/অপশন স্টাইল পরিবর্তন
সেট কোড, বিষয় কোড
এখনই শুরু করুন ডেমো দেখুন
৫০,০০০+
শিক্ষক
৩০ লক্ষ+
প্রশ্নপত্র
মাত্র ১৫ পয়সায় প্রশ্নপত্র
১ ক্লিকে প্রশ্ন, শীট, সাজেশন তৈরি করুন আজই

Complete Exam
Preparation

Learn, practice, analyse and improve

1M+ downloads
4.6 · 8k+ Reviews