結(jié)構設計原理課程設計

1、目 錄一 基本設計資料及設計要求.2二 正截面設計.4 2.1 內(nèi)力組合計算4 2.2 鋼筋旋轉(zhuǎn)4 2.3 截面復核5三 斜截面設計.6 3.1 驗算截面尺寸.6 3.2 核算是否需要根據(jù)計算配置箍筋6 3.3 計算剪力圖分配.6 3.4 箍筋設計7 3.5 彎起鋼筋設計8四 全梁承載力校核.13 4.1 選定斜截面頂端位置13 4.2 斜截面承載能力復核13 4.3 跨中截面所能承擔的最大彎矩計算.14五 裂縫及變形驗算.15 5.1 使用階段裂縫寬度驗算.15 5.2 撓度計算15一、 基本設計資料及設計要求1、設計題目鋼筋混凝土簡支T形梁橋一片主梁設計。2、設計資料（1）某公路鋼筋混凝土

2、簡支梁橋主梁結(jié)構尺寸。標準跨徑：13.00m；計算跨徑：12.50m；主梁全長：12.96m；梁的截面尺寸如下圖（單位mm）：梁高h=1000mm，翼板有效寬度1200mm，翼板厚度100mm，腹板厚度180mm。（翼板厚度可以根據(jù)計算適當修改）（2）計算內(nèi)力I類環(huán)境條件，安全等級為二級，沖擊系數(shù)u=1.24?？缰薪孛嬗嬎銖澗?標準值)恒載彎矩：M1/2恒462.5kNm；汽車荷載彎矩：M1/2汽439.5kNm；（未計入汽車沖擊系數(shù)）。人群荷載彎矩：M1/2人23kNm；支點截面計算剪力(設計值) V支=363KN跨中截面計算剪力（設計值） Vd1/262kN V1/4按公式計算（3）材料主

3、筋用HRB335級鋼筋箍筋用R235級鋼筋采用焊接鋼筋骨架混凝土為C20（可以提高標號）3、設計要求進行T形梁正截面設計計算、配筋；進行T形梁斜截面設計計算、配筋；進行T形梁的撓度及裂縫寬度驗算，撓度不超過L/600,裂縫不超過0.2mm。二、正截面設計2.1內(nèi)力組合計算：彎矩組合設計值計算公式： 剪力組合設計值計算公式：2.1.1 彎矩組合設計值：跨中截面 Md，l/2 = 1.2×462.5+1.4×439.5+0.8×1.4×23=1196.06KN.m 1/4截面 Md，l/4 = 1.2×346.9+1.4×329.6+0.

4、8×1.4×17.3=897.096KN.m2.1.2 剪力組合設計值：支點截面 Vd，0 = 1.2 跨中截面 Vd，l/2 = 1.22.2 鋼筋選擇根據(jù)跨中界面正截面承載力極限狀態(tài)計算要求，確定縱向受拉鋼筋數(shù)量。受壓翼板的有效寬度取：1、 =L/3=12500/3=4167mm2、=1200mm(裝配式T形梁，相鄰兩梁的平均間距為1200mm)3、=b+2 bh +12 =180+0+12×100=1380mm三者中最小值，即=1200mm。擬采用焊接鋼筋骨架配筋：設as=30+0.07×1000=100mm，則h0=1000-100=900mm

5、hf=100mm 翼緣計算寬度為bf=1200mm首先選擇界面類型：得0 Mdfcdbf hf（h0- hf/2）0 Md=1.0×1196.06=1196.06fcdbf hf（h0- hf/2）=9.2×1200×100（900-50）=938.4×1060 Md938.4 故按第類T形梁計算確定混凝土受壓區(qū)高度x：由0 Md=fcdbX(h0-x/2）+fcd(bfb) hf（h0- hf/2） 代入數(shù)據(jù)可解得合適的解 X=326 mm (hf=100mm，b h0=504 mm)由式（3-43）求得As=(9.2×180×32

6、6+9.2×100×1020）÷280=5279 mm2選828+220，提供As=5554mm2，鋼筋布成五層，每層兩根，混凝土保護層厚度取30mmd=28mm及附表1-8中規(guī)定的30mm，鋼筋間橫向間距Sn=180-2×30-2×31.6=56.8mm40mm及1.25d=1.25×28=35mm 。故滿足構造要求。 2.3 截面復核（1） 求實際有效高度h0已設計的受拉鋼筋中，828的面積為4926 mm2 ，220的面積為628mm2 ，fsd=280MPa。由圖1-1鋼筋布置圖可求得as =30+2×31.6=93

7、.2mm則實際有效高度h0=1000-93.2=906.8mm （2）判定T形截面類型由式（3-46）計算=9.2×1200×100=1.1 KN·m=（4926+308）×280=1.29 KN·m由于，故為第二類T形截面。（3）求受拉區(qū)剛度X由公式（3-43）fcdbX+fcdhf（-b）= fsdAs，得 X=372.4 mm，滿足hf=100mm<b h0=504 mm。（4）正截面抗彎承載力將各已知值及X代入式（3-44）=fcdbX(h0-x/2）+fcd(bfb) hf（h0- hf/2）=9.2×180×

8、;370×（900-370/2）+9.2×（1200-180）×100×（900-100/2）=1237.8KN·又=As/bh0=2.7%min =0.2%故截面復核滿足要求。 三、斜截面設計3.1 驗算截面尺寸根據(jù)構造要求，梁最底層鋼筋228通過支座截面，則支點截面有效高度為h0=1000-（30+31.6/2）=954.2mm0 Vd,0=1.0×363=363KN0.51×10-3bh0=392KN0 Vd,0所以該T形梁截面尺寸符合設計要求。3.2 核算是否需要根據(jù)計算配置箍筋 跨中截面：0 Vd,l/2=1.0&

9、#215;62=62KN0.50×10-3ftd bh0=0.50×10-3×1.06×180×954.2=91KN0 Vd=62KN 支座截面：0 Vd,0=1.0×363=363KN0.50×10-3ftd bh0=0.50×10-3×1.06×180×954.2=91KN0 Vd=363KN因0 Vd,l/2（=62KN）0.50×10-3ftd bh00 Vd,0（=363KN），故可在梁跨中的某長度范圍內(nèi)按構造配置箍筋，其余區(qū)段應按計算配置腹筋。3.3 計算剪力圖分

10、配繪剪力圖，如圖1-2所示。支點處剪力計算值，跨中處剪力計算值在長度內(nèi)可按構造要求布置箍筋。同時根據(jù)公路橋規(guī)規(guī)定，在支座中心線向跨徑長度方向不小于一倍梁高h=1000mm范圍內(nèi)，鋼筋的間距最大為100mm。距支座中心線的h/2處的計算剪力值（）由剪力包絡圖按比例求得，為 =339KN其中應由混凝土和箍筋承擔的剪力計算值至少為0.6Qj=203KN，應由彎起鋼筋（包括斜筋）承擔的剪力計算值最多為0.4Qj=136KN，設置彎起鋼筋區(qū)段長度為3500mm。（圖1-2）3.4 箍筋設計采用直徑為8的雙肢箍筋， ASV1=50.3，箍筋截面積ASV=nsvAsv1=2×50.3=100.6m

11、m2在等截面鋼筋混凝土簡支梁中，箍筋盡量做到等距離布置。為計算簡便按式(4-5)設計箍筋時，式中的斜截面內(nèi)縱筋配筋百分率p及斜截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，計算如下：跨中截面Pl/2=100l/2=100×5554/(180×906.8)=3.3 2.5 ，取Pl/2=2.5支點截面P0=1000=100×1232/（180×954.2）=0.72則平均值分別為P=（2.5+0.72）÷2=1.61，h0=（906.8+954.2）÷2=930.5mm箍筋間距Sv=195mm取Sv=150mm，根據(jù)公橋規(guī)規(guī)定，制

12、作中心至h/2=500mm范圍內(nèi)取Sv=100mmk=%>sb min=0.18% 符合上述要求綜合上述計算，在支座中心向跨徑長度方向的1200mm范圍內(nèi)，設計箍筋間距=100mm，爾后至跨中截面統(tǒng)一的箍筋間距取150mm。3.5 彎起鋼筋設計設焊接鋼筋骨架的架立鋼筋為22，鋼筋重心至梁受壓翼板上邊緣距離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，由各排彎起鋼筋的末端折點應落在前一排彎起鋼筋的構造規(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 現(xiàn)擬彎起N1N5鋼筋，將計算的各排彎起鋼筋彎起點截面的以及

13、至支座中心距離、分配的剪力計算值、所需的彎起鋼筋面積列入表1中?，F(xiàn)將表1中有關計算如下：根據(jù)公路橋規(guī)規(guī)定，簡支梁的第一排彎起鋼筋（對支座而言）的末端彎起點應位于支座中心截面處。這時，為 h1=1000-（30+31.6×1.5）+（44+25.1+31.6×0.5）=838mm彎筋的彎起角為45°，則第一排彎筋（2N5）的彎起點1距支座中心距離為838mm。彎筋與梁縱軸線交點1距支座中心距離為415mm對于第二排彎起鋼筋，可得到h2=801mm彎起鋼筋（2N4）的彎起點2距支點中心距離為838+801=1639mm分配給第二排彎起鋼筋的計算剪力值，由比例關系計算可

14、得到：(3500+500-838)/3500=/136 則=123KN 其中0.4Qj=136KN；h/2=500mm；設置彎起鋼筋區(qū)段長為3500mm。所需要提供的彎起鋼筋截面積（）為=906 mm2第二排彎起鋼筋與梁軸線交點2距支座中心距離為1248mm其余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表1彎起鋼筋計算表彎起鋼筋計算表彎起點12345838801764736728距支座中心的距離8381639240331394237分配的計算剪力值123119.589.4553.43需要的彎起鋼筋1207906801467可提供的彎起鋼筋1232(228)1232(228)1232(2

15、28)628(220)彎筋與梁軸交點到支座中心的距離415124822643058繪制彎矩包絡圖 包絡圖是在荷載作用下沿跨徑變化最大彎矩圖。嚴格的繪制方法應按梁上各截面的彎矩影響線布置荷載而求得。但一般中小橋可根據(jù)求得的跨中彎矩近似按拋物線規(guī)律求出梁上其他位置的值，再連成圓順的曲線，即得彎矩包絡圖，簡支梁彎矩包絡圖拋物線公式近似為：式中：從跨中算起，即跨中縱坐標為0，支點縱坐標；計算如下：先按拋物線公式近似求出控制截面的彎矩值。已知L=12.5m，Md，l/2 =配置跨中截面鋼筋。（跨中處）：Md，l/2 ：Md，l/8 =1121KN ：Md，l/4=897KN : Md，3l/8=523K

16、N :通過以上五個控制截面，就可以把他們連接成一光滑的曲線。所得到的圖1-3（a、b）的彎矩包絡圖。各排彎起鋼筋彎起后，相應正截面抗彎承載力Mui計算如表2。鋼筋彎起后相應各正截面抗彎承載力梁區(qū)段截面縱筋有效高度h0（mm）T型截面類別受壓區(qū)高度x（mm）抗彎承載力Mui(kN/m)支座中心至1點228947第二類20.649203.1131點2點428928第二類41.312586.0722點3點628909第二類61.974893.8843點梁跨中628+220902第二類82.6231269.412現(xiàn)以彎起鋼筋彎起點初步位置來檢查是否滿足公路橋規(guī)的要求。第一排彎起鋼筋（2N3）:其充分利

17、用點“k” 的橫坐標x=4449mm<=5521mm ,說明1點位于m點左邊，且-x=（5521-4449=1072mm ）> /2(=909/2=455)，滿足要求。其不需要點l的橫坐標x=5315mm，而2N3鋼筋與梁中軸線交點的橫坐標(=5881mm) > x(=5315mm),亦滿足要求?，F(xiàn)將各排彎起鋼筋充分利用點與不需要點坐標列于下表中。鋼筋名稱充分利用點不需要點彎起點與粱中軸線交點(-x)-/2名稱坐標(mm)名稱坐標(mm)名稱坐標(mm)名稱坐標(mm)2N3k4449l5315155211'5881>02N2j2848k4235248152&#

18、39;5152>02N1i0j2848341323'4446>0由上述檢查結(jié)果可知圖4所示彎起鋼筋彎起點初步位置是滿足要求的。由于2N1、2N2和2N3鋼筋彎起點形成的抵抗彎矩圖遠大于彎矩包絡圖，故進一步調(diào)整上述彎起鋼筋的彎起點位置，在滿足規(guī)范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圖；在彎起鋼筋之間，增設直徑為16mm的斜筋為2N5、2N6、2N7等，使各彎起鋼筋和斜筋的水平投影長度有所重疊。圖5為調(diào)整后的主梁彎起鋼筋、斜筋的布置圖。四、 全梁承載力校核1） 選定斜截面頂端位置距支座中心h/2處的截面的橫坐標x=6250-500=5750mm，正截面有效高度=

19、947mm，現(xiàn)取斜截面投影長度947mm，則得到選擇的斜截面頂端位置A，其橫坐標為x=5833-947=4886mm.2） 斜截面承載能力復核A處正截面上的剪力及相應的彎矩計算如下：=62+（363-62）*2*4886/12500=297.3KN=1196*（1-0.61）=465.1KNA處正截面有效高度=936mm（主筋為428），則實際廣義剪跨比m及斜截面投影長度c分別為：1.67<3=938mm936mm將要復核的斜截面如圖所示斜截面，斜角(936/938)=49.9'斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有228（2N3），相應的主筋配筋率p為1232*100/（180*947）=0.

20、73<2.5箍筋的配筋率100.6/（150*180）=0.37% min（=0.18%）與斜截面相交的彎起鋼筋有2N1(228)、2N2（228），斜筋有2N4（216）按式規(guī)定的單位要求，將以上計算值代入該式，則得到AA斜截面抗剪承載力為 =577.712KN >297.3KN.故距支座中心為h/2處的截面抗剪承載力滿足設計要求。3) 跨中截面所能承擔的最大彎矩計算bf=1200mm, hf=100mm, as=106.25mm, h0=893.75mmx = mm<mmMdu=0.9=1340×106KN·mMdu=1339.54×106K

21、N·m< Mdu=1340×106KN·m但兩者僅相差0.15%，可以認為跨中界面的正截面承載力是滿足要求的。五、 裂縫及變形驗算1. 使用階段裂縫寬度驗算根據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D622004）第6·4·3條：矩形、T形截面鋼筋混凝土構件其最大裂縫寬度Wfk可按下列公式計算：縱向受拉鋼筋換算直徑As的直徑=25.9mm焊接鋼筋骨架d=1.3de=1.3×25.9=33.7mm縱向受拉鋼筋配筋率=As/bh0+(bfb)hf=5554/(180×1186.40)=0.0334>0.0

22、2，取=0.02。受拉鋼筋在使用荷載作用下鋼筋重心處的拉應力根據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D622004）第6·4·4條縱受拉鋼筋的應力按下式計算：ss=Ms/(0.87Ash0)=1302.85×106/(0.87×1186.40×5554)=174.41MPa短期荷載作用下的最大裂縫寬度螺紋鋼筋C1=1.0；C3=1.0；C2=1+0.5Nl/Ns=1+0.5×1060.48/1302.85=1.4070滿足公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D622004）第6·4·2條

23、的要求。2.撓度計算根據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D622004）第6·5·1條：鋼筋混凝土受彎構件，在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可根據(jù)給定的構件剛度用結(jié)構力學的方法計算。第6·5·2條：鋼筋混凝土受彎構件的剛度可按下式計算：根據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D622004）第6·5·3條：受彎構件在使用階段的撓度應考慮荷載長期效應的影響，即按荷載短期效應組合計算的撓度值，乘以撓度長期增長系數(shù)。撓度長期增長系數(shù)為=1.60。變形計算時，主梁已經(jīng)安裝就位，截面應取翼緣的全寬計算，bf=1200

24、mm。開裂截面受壓區(qū)高度bx20/2=ESAs(h0x0)1200×x20/2=6.6667×5554(947x0)解得：x0185.2mm>hf=100mm說明為第二類T形截面，重新計算x。（bfb）hf (x0hf /2)+bx20/2=ESAs(h0x0)（1200180）×100×(x0100/2)+180×x20/2=6.6667×5554(947x0)x0=170.3mm>hf=100mm開裂截面慣性矩Icr=bfx3/3(bfb)(xhf)3/3+ESAs(h0x)2=1200×281.323/3(

25、1200180)(171.4100)3/3+6.6667×5554(947171.4)2=4.8876×1010mm4全截面受壓區(qū)高度=378.4mm全截面慣性矩I0= bfx30/3(bfb)(x0hf)3/3+b(hx0)3/3+ESAs(h0x0)2=1200×379.43/3(1200180)(379.4-100)3/3+180(1000379.4)3/3+(6.66671)×5554×(947379.4)2=8.9423×1010mm4全截面換算截面重心軸以上部分面積對重心軸的面積矩S0=bx02/2+(bfb)hf(x0hf/2)=180×379.42/2+