混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計—課程設(shè)計

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計裝配式鋼筋混凝土簡支T形梁橋主梁指導教師： 肖金梅班 級：14 土木工程6班學生： 鄺佛偉設(shè)計時間：2017年5月1號題目：裝配式鋼筋混凝土簡支T形梁橋主梁設(shè)計、設(shè)計資料1、設(shè)計荷載：公路I級，人群荷載：3.5KN/m2、橋面凈空：凈7 + 2X 0.5主要尺寸標準跨徑Lb=20m計算跨徑L=20.50mL =20.96m3、材料規(guī)格混凝土 C 40HRB400 鋼筋，直徑12mm以下者采用10£0R235級鋼筋梁橫斷面圖（圖1）（單位:cm）I類環(huán)境條件，安全等級為一級。4、設(shè)計規(guī)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)（JTG D62-2004）5、橋梁橫斷面

2、布置情況（見圖1）FT-_L圖2、T粱尺寸圖（單位：mm）二、設(shè)計荷載1、承載能力極限狀態(tài)下，作用效應為：跨中截面： M d 2100KN ?mVd 80KNl / 4截面： M d 1600KN ?m支點截面： M d 0Vd 420KN2、施工期間，簡支梁吊點設(shè)在距梁端 a 400mm ，梁自重在跨中截面引起的 彎矩 M G1 550KN ?m.。3、使用階段，T梁跨中截面汽車荷載標準值產(chǎn)生的彎矩為 Mqi 610.04KN ?m （未計入沖擊系數(shù)），人群荷載產(chǎn)生的彎矩為 Mq2 60.30KN ?m,永久作用 產(chǎn)生的彎矩為 MQ3 760KN ?m。三、設(shè)計容1、截面尺寸擬定（參照已有的

3、設(shè)計資料或見圖 2）；2、跨中截面正截面強度計算及復核（選擇鋼筋并復核截面強度）；3、斜截面強度計算及復核（剪力鋼筋設(shè)計及截面復核）；4、裂縫及變形計算；5、繪制鋼筋圖，編制鋼筋明細表、總表。四、主要參考資料1、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)（JTG D62-2004）人民交通， 20042、 公路橋涵標準圖裝配式鋼筋混凝土 T形橋梁T形梁截面尺寸（圖2）（ 2000）3、 賈艷敏主編結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，人民交通， 20044、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)（ JTGD60-2004） ，人 民交通， 2004取值分組情況：10-1819-2728-3637-4546-551-9 號

4、 b=180mm號 b=180mm號 b=180mm號 b=200mm號 b=200mm號 b=200mmH=1200mmH=1300mmH=1400mmH=1200mmH=1300mmH=1400mm解：1，截面尺寸擬定設(shè)腹板寬度：b=180mm T形截面梁高：H=1400mm由圖2所示T形截面受壓翼板的厚度尺寸，得平均厚度hfbfi140 1002120mm1 20500 6833mm33bf2 1600mmb'f3 b 2bh 12b'f 200 2 0 12 120 1640mm故受壓翼板的有效寬度b'f 1600mm（圖3鋼筋布置圖中，1580mn為預制梁翼板

5、寬度）2，跨中截面正截面強度計算及復核（1）截面設(shè)計1）因保護層厚度，設(shè)as=130mm則截面有效高度：h°=1400-130=1270mm跨中截面彎矩計算值：M 0Md 1.1 2100 2310kN m2）判定T形截面類型hf120fcdbfhf（h。-） 18.4 1600 120 （1270）4274.69kN m M °Md 2310kN m故屬于第一類T形截面3）求受壓區(qū)高度Mfcd b'f ho2310 10618.4 1600 127020.0491 1 2A 11 2 0.049 0.050x h0 0.05 1270 64mm4）求受拉鋼筋面積A

6、s將各已知值及x=68mn代入fcdb'f x fsdAS，得fcdbf x氏fsd184 1600 64 5710mm2330現(xiàn)選擇鋼筋為828+425,截面面積為As=6890mm鋼筋疊高層數(shù)為 6層?；炷帘Ｗo層厚度取35mm>d=28mm及規(guī)定的30mm鋼筋間橫向凈矩S n=180 2X28 2 X31.6=61mm>40mm，及 1.25d=1.25 X28=35mm 故滿足構(gòu)造要求。(2)截面復核 已設(shè)計的受拉鋼筋中，828的面積為4926口論22的面積為1964mmfsd 330MPa?？汕蟮?as為：4926 (35 2 31.6) 1964 (35 4 3

7、1.6 28.4)124mmas4926 1964mm則實際有效高度：h。1400 1241276mm1 )判定T形截面類型fcdbfhf 18.4 1600 120 3532.8kNfsdAs 330 (4926 1964)2273.7kN由于fcdbf h'f fsd As，故為第一類T形截面。2 )求受壓區(qū)高度xfcdbf22737 10318.4 160077mm h'f 120mm3)正截面受彎承載力由 °Md Mux fcdbfX(h。)求得正截面抗彎承載力Mu為:2)2805.26kN mAs6890Mufcdbf x(hg18.4 160077 (12

8、76 77)M 2310kN mbh0180 1287 2.97% min °2%故截面復核滿足要求。3,斜截面強度計算及復核(1)腹筋設(shè)計1)截面尺寸檢查根據(jù)構(gòu)造要求，梁最底層鋼筋228通過支座截面，支點截面有效高度h0 h (35 晉)1400 50.81349mm.40 180 1349oVd,。1.1 420462kN33(0.51 10 ) ., fcu,kbh。(0.51 10 )783.33kN截面尺寸符合設(shè)計要求。2) 檢查是否需要根據(jù)計算配置箍筋跨中段截面 (0.5 10 3)ftdbho (0.5 10 3) 1.65 180 1276189.49kN支座截面(0

9、.5 10 3) ftdbho (0.5 10 3) 1.65 180 1349 200.33kN因 0Vd，!；( 88kN) (0.5 103)ftdbh。°Vd( 462kN)，故可在梁跨中的某長度圍按構(gòu)造配置箍筋，其余區(qū)段應按計算配置腹筋。3) 計算剪力圖分配oVd,。462kN，跨在圖4所示的剪力包絡(luò)圖中，支點處剪力計算值 V。中處剪力計算值Vp0Vd,i2 88kNVx°Vd,x (0.5 103)ftdbh° 189.49kN的截面矩跨中截面的距離可由剪力包絡(luò)圖按比例求得10250 空2781mmVn V,462 88在11長度可按構(gòu)造要求布置箍筋。

10、同時，根據(jù)公路橋規(guī)（JTGD62-2004）規(guī)定，在支座中心線附近h/2=650mm 圍，箍筋的間距最大為100mm距支座中心線h/2處的計算剪力值V，由剪力包絡(luò)圖按比例求得LV。h(V。Vp 10250 462 1400 (462 88)41092kNL10250.其中應由混凝土和箍筋承擔的剪力計算值至少為0.6V'246.55kN ；應由彎起鋼筋（包括斜筋）承擔的剪力計算值最多為0.4V'164.37kN，設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長度長度為4505mn（圖4）圖4計算剪力分配圖（尺寸單位： mm；剪力單位：kN）4）箍筋設(shè)計采用直經(jīng)為8mm的雙肢箍筋，箍筋截面積Asv nAsv1

11、2 50.3 100.6mm2。跨中截面P'2在等截面鋼筋混凝土簡支梁中，箍筋盡量做到等距離布置。為計算簡便，斜 截面縱筋配筋百分率p及截面有效高度he可近似按支座截面和跨中截面的平均 值取用，計算如下：100 2.99 2.5 取 Pl2 2.5,h0 1287mm支點截面Po1232180 13490.51,h01349mm2.5 0.511.505,ho1276 13491313mm則平均值分別為箍筋間距Sv計算為:Sv1 410.922 449mm 1(0.5610 6)(20.6p) fcu,kAsvfsvbhf'2(V )1 1.12(0.56 10 6)(2 0.

12、6 1.505),40 100.6 195 180 13132確定箍筋間距Sv的設(shè)計值尚應考慮公路橋規(guī)（JTGD62-2004）的構(gòu)造要求。 若箍筋間距計算值取Sv=400mm= 1/2h=700mm及400mm,是滿足規(guī)要求的, 但采用8雙肢箍筋，箍筋配筋率sv100.60.14%0.18%bSv 180 400AsvSv=250mm計算箍筋配筋率（R235鋼筋時），故不滿足規(guī)規(guī)定?，F(xiàn)取pv=0.22%>0.18%,且小于 1/2h=700mm 和 400mm。綜合上述計算，在支座中心向跨徑長度方向的1400mm圍，設(shè)計箍筋間距Sv=100mm；而后至跨中截面統(tǒng)一的箍筋間距取 Sv=2

13、50mm。5）彎起鋼筋及斜筋設(shè)計設(shè)焊接鋼筋骨架的架立鋼筋為 222鋼筋重心至梁受壓翼板上邊緣距離as 56mm。彎起鋼筋的彎起角度為45 °，彎起鋼筋末端與架立鋼筋焊接。為了得到每 對彎起鋼筋分 配的剪力，要由 各排彎起鋼筋 的末端點應落 在前一排彎起 鋼筋彎起點的 構(gòu)造規(guī)定來得 到各排彎起鋼 筋的彎起點計 算位置，首先要 計算彎起鋼筋 上、下彎點之間 垂直距離 h現(xiàn)擬彎起N1-N5鋼筋，計算的各排彎起鋼筋彎起點截面的hi以及至支座中心距離為、分配的剪力計算值Vsw、所需的彎起鋼筋面積 人曲值列入表1.表1彎起鋼筋計算表彎起點12345'hi (mm)123011991167

14、11361104矩支座中心距離Xj(mm)12302429359647325836分配的計算剪力值Vsw(kN)164.37142.8694.2046.840.73需要的彎起面積A/mm2)9398165382684可提供的彎起面積1232123212329829822Asbi(mm )2 282 282 282 252 25彎筋與梁軸交點到支座中心 距離(mm)6121843301442095345根據(jù)公路橋規(guī)(JTG D62-2004)規(guī)定，簡支梁的第一排彎起鋼筋(對 支座而言)的末端彎折點應位于支座中心截面處。這時h計算為：h 140035 31.6 1.5 43 28.4 31.6 0

15、.51230mm所需要提供的彎起鋼筋截面Vsb1為：A 1333.33Vsb1 1333.33 164.37 “c 2Asb1sb1939 mmfsd sin45330 0.707其中 Vsb1 0.4V'164.37kN彎起的彎起角為45°，則第一排彎筋(2N5)的彎起點1距支座中心距離為 1230mm彎筋與梁縱軸線交點1 距支座中心距離為：12301400/2(3531.6 1.5)612mm對與第二排彎起鋼筋：h2140035 31.6 2.543 28.4 31.6 0.51199mm彎起鋼筋(2N4的彎起點2距支點中心距離為：1230 h21230 11992429

16、 mm分配給第二排彎起鋼筋的計算剪力值Vsb2，由比例關(guān)系計算：4050 700 1230 墜4050164.37得 Vsbi=142.86kN其中，0.4V'164.37kN,h/2700mm，設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長為 4050mm所需要提供的彎起鋼筋截面Vsb2為：A1333.33Vsb2 1333.33 142.86 ° “2Asb2竺816mm2fsdsin 45330 0.707第二排彎起鋼筋與梁軸線交點2'距支座中心距離為：24291400/235 31.6 2.51843mm其他各排彎起鋼筋的計算方法與第二排彎起鋼筋計算方法相同。由表1可見，原擬定彎起N1鋼

17、筋的彎起點距支座中心距離為5836mm,已 大于4050 h/2 4050 700 4750mm,即在欲設(shè)置彎筋區(qū)域長度之外，故暫不參加彎起鋼筋的計算，圖6中以截斷N1鋼筋表示，但在實際工程中，往往不截 斷而彎起，以加強鋼筋骨架施工時的剛度。按照計算剪力初步布置彎起鋼筋如圖 6?，F(xiàn)在按照同時滿足梁跨間各截面和斜截面抗彎要求，確定彎起鋼筋的彎起 點位置。由已知跨中截面彎矩計算值0Md打1.1 2200 2320kN m,支點中心處Mo oMd,o 0，按式Mx Md,i/2(1 半)作出梁的計算彎矩包絡(luò)圖1(圖 6)。在L 截面處，因 L 20.50m, x 5.125m,M“2320kN m，

18、則彎矩445 125計算值為：Ml/42320(1)1740kN m表2鋼筋彎起后相應各正截面受彎承載能力梁區(qū)段截面縱筋有效高度h0(mm)T形截面 類別受壓區(qū) 高度x(mm)抗彎承載力Mui (kN m)支座中心-1點:228M349第一類r 145531點-2點4281333第一類2810872點-3點 628M318第一類P4115673點-4點8281302第一類5520634點-N1鋼筋截斷處8 28+2 25>1287第一類662436N1鋼筋截斷處 -梁跨中8 28+4 25>1276第一類772805將表2的正截面受彎承載能力Mui在圖6上用各平行直線表示出來，它們

19、與彎矩包絡(luò)圖的交點分別為i、q,并以各Mui值代入Mx Mdi/2(1竹)中,可求得i、j、q跨中截面距離x值(圖6)?，F(xiàn)在以圖6中所示彎起鋼筋彎起點初步位置，來逐個檢查是否滿足公路 橋規(guī)(JTG D62-2004)的要求。第一排彎起鋼筋(2N5):其充分利用點“ m”的橫坐標x 7471mm,而2N5的彎起點1的橫坐標為 10250 12309020mm , 說明 1 點位于 m 點左邊，且x-i x( 9020 74711549 mm) h0/2( 1333/2666.5mm) 滿足要求。其不需要點“ n”點的橫坐標x 8945mm,而2N5鋼筋與梁中軸線交點1的橫坐標 x'( 1

20、0250 612 9638mm) x( 8945mm)，滿足要求。第二排彎起鋼筋(2N4):其充分利用點“ I”的橫坐標x 5840mm,而2N4的彎起點2的橫坐標x2 ( 10250 24297821mm) x( 5840mm),且 x2 x( 7821 5840 1981mm) h0 /2( 1318/2 659mm) 滿足要求。其不需要點“m”點的橫坐標x 7471mm，而2N4鋼筋與梁中軸線交點2'的 橫坐標 x2'( 10250 18438407mm) x( 7471mm)，滿足要求。第三排彎起鋼筋(2N3)其充分利用點“ k”的橫坐標x 3407mm,而2N3的彎起

21、點3的橫坐標X3( 10250 35966654mm) x( 3407mm),且 x3 x( 6654 34073247mm) h0 / 2( 1302/2651mm) 滿足要求。其不需要點“ I”點的橫坐標x 5840mm，而2N5鋼筋與梁中軸線交點3'的橫坐標 x3( 10250 3041 7209mm) x( 5840mm)，滿足要求。由上述檢查結(jié)果可知圖6所示彎起鋼筋彎起點初步位置滿足要求。由2N3,2N4鋼筋彎起點形成的抵抗彎矩圖遠大于彎矩包絡(luò)圖，故進一步調(diào)整上述彎起鋼筋的彎起點位置，在滿足規(guī)對彎起鋼筋彎起點要求前提下，使抵 抗彎矩圖接近彎矩包絡(luò)圖；在彎起鋼筋之間，增設(shè)直徑為

22、16mm勺斜筋（圖7），即為調(diào)整后主梁彎起鋼筋、斜筋的布置圖ZN%. 'L-I -I»>. 3Ht " iMii圉7滾彎起鋼筋和斜笳說計布置因t盡寸單僅:：mjn>6）斜截面抗剪承載能力的復核 選定斜截面頂端位置 由圖7 （ b ）可得到距支座中心為h/2處截面的橫坐標x 10250 700 9550mm，正截面有效高度h。1349mm?，F(xiàn)取斜截面投影長度Ic h01349mm，則得到選擇的斜截面頂端位置（圖8），其橫坐標x 9550 1349 8201mm7) 斜截面受剪承載力復核A處正截面上的剪力Vx及相應及的彎矩Mx計算如下： 2x2 8201Vx

23、 Vi/2 (Vo Vi/2)88 (462 88)387.24kN1/2 ' 01/2丿 L ')20500M1/2（1 為834.84kN m4 820122320 （1盯）20500A處正截面有效高度h。1333mm 1.333m (主筋為4 28)，則實際廣義剪跨比m及斜截面投影長度c分別為:MxVxh0834.843887.24 1.3331.62c 0.6mh00.6 1.62 1.333 1296mm將要復核的斜截面是圖8中所示AA斜截面，斜角：1 1tan (h043)/c tan (1333 43)/129644.8斜截面縱向受拉主筋2 28(2N 6)，相應

24、的主筋配筋率為:p 100 免他進 0.512.5bh0180 1349箍筋的配筋率(取SV 250mm時)$v為:SVAV100.62.23%bSV 180 250min0.108%與斜截面相交的彎起鋼筋有2N5(2 28),2N4(2 28)；斜筋有2N7(2 16)。按規(guī)定的單位要求，則得到 AA斜截面抗剪承載力為：Vu1 2 3(0.45 10 3)bd (2 0.6p) . fcu,k svfsv (0.75 10 3f Asd sin1 1 1.1 (0.45 10 3) 180 1333 . (2 0.6 0.51) .40 0.00223 195 (0.75 103) 330

25、(2 1232 982) 0.707230.09 602.99833.08kN Vx 387.24kN故距支座中心為h/2處的斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計要求。4,裂縫及變形計算(1) 施工吊裝時的正應力驗算1)梁跨中截面的換算截面慣性矩Icr計算根據(jù)公路橋規(guī)(JTGD62-2004)規(guī)定計算得到梁受壓翼板的有效寬度為b'f 1500mm ，而受壓翼板平均厚度為120mm。有效高度h0 h asmm。EsEsEc2 10 46.1543.25 104EsAs(ho x)計算截面混凝土受壓高度為:由式bfx221 21500 x26.154 6890 (1287 x

26、)2得到x 243mm hf ( 120mm)故為第二類T形截面。這時，換算截面受壓高度x為esAs hf (bf b) 6.154 6890 120 (1500 180)A1115b1802 27119352 EsAsho (bf b)hf2 6.154 6890 1287 (1500 180) 120180x . a2 B A2.1115711935 1115283mm hf( 120mm)則計算開裂截面的換算截面慣性矩Icr為:crbfX33(bf b)(x h；)332EsAs(h0x)6.154 6890 (1287283)21500 2833(1500 180) (283 120)

27、36452168.01 10 mm2）正應力驗算吊裝時動力系數(shù)為 1.2 （吊裝時主梁超重），則跨中截面計算彎矩為Mk 1.2MG1 1.2 5 50 1 06 6 60 1 06N mm得受壓區(qū)混凝土邊緣正應力為:tccMkxcr660 106 28352168.01 1063.58MPa 0.8fck( 0.8 26.8 21.44MPa)652168.01 10I crh°178.17MPa最下面1400(3531.6/2)0.75 f；k( 0.75400 300MPa)鋼筋（21349 mm，28)重心距受壓邊緣高度為則鋼筋應力為:得受拉鋼筋的面積重心處的應力為:t M k

28、(h0 x)660 106 (1287 283)s Es6.154es (h01 x)Icr(1349 283)660 1066.154652168.01 10683.00MPa0.75 fsk（ 300MPa）驗算結(jié)果表明，主梁吊裝時混凝土正應力和鋼筋拉應力均小于規(guī)限值，故 可取吊點位置為距梁端a 400mm處。（2）裂縫寬度Wfk的驗算帶肋鋼筋&1.0荷載短期效益組合彎矩計算值為:Ms Mq3 11 Mqi 12 M Q2760 0.7 610.04 1.0 60.301247.33kN m荷載長期效益組合彎矩計算值為：M| M Q3 21 M Q1 22 MQ2760 0.4 6

29、10.04 0.4 60.301028.14kN m系數(shù)C21 0.5吐Ms1 0.51028.141247.331.41對于非板式受彎構(gòu)件系數(shù)c31.02）鋼筋應力ss的計算ssMs0.87h°As1247.33 1060.87 1287 6890161.68MPa3）換算直徑d因為受拉區(qū)采用不同的鋼筋直徑，按要求，d應取換算直徑de，則可得到d denidi2nidi6 282 4 2526 28 4 2526.88mm對于焊接鋼筋骨架d de1.3 26.8834.94mm4 ）縱向受拉鋼筋配筋率厶 68900.02970.02bh0180 12875)最大裂縫寬度 Wfk由計

30、算可得到WfkSS /C1C2C3(Es30 d0.28 101.0 1.41 1.0161.682 105(30 34.94)(0.28 10 0.02)cr2EsAs(h0x)331600 273(1600 180) (273 120)6.154 6890(1287273)20.15mm Wf0.2mm滿足要求(3) 梁跨中撓度的驗算在進行梁變形計算時，應取梁與相鄰梁橫向連接后截面的全寬度受壓翼 板計算，即為 bf11600mm,h；120mm。1)T形梁換算截面的慣性矩Icr和I。計算對T形梁的開裂截面，可得到1 21600 x26.154 6890 (1287 x)2x 236mm h

31、f ( 120mm)梁跨中截面為第二類T形截面。這時，受壓區(qū)高度確定為esAs hf(b；1 b) 6.154 6890 120 (1600 180) 1182 b180''222 EsAsh° (bf1 b)hf 2 6.154 6890 1287 (1600 180) 120 719935 b180x . A3 B A118227199351182273mm hf ( 120mm)開裂截面的換算截面慣性矩Icr為:3 ''3bM 忖 b)(x hf)52 7 52.7 1 06mm4T梁的全截面換算截面面積 A0為:Ao bh (bfi b)hf ( es 1)As180 1400 (1600 180) 120(6.154 1) 6890457911mm457911507 mm全截面換算慣性矩I。的計算為:13h 21''3I0bh3 bh( x)2 (bf1 b)(hf)312 2 12 (b；1 b)hf?(x 號)2 ( es 1)As(h0 x)2131400213180 14003 180 1400 (507)2(1600 180) 120312 2 12120 22(1600 180) 120 (507)2 (6.154 1) 6890 (1287 507)21.06 10 mm4