結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、本科課程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算書學(xué) 院 （系）：土木工程學(xué)院專業(yè)：道路與橋梁學(xué) 生 姓 名：學(xué)號：指 導(dǎo) 教 師：完 成 日 期： 2011.12目錄1 平面設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.1 方案的比選 11.2 所選方案的精確計(jì)算 31.3 直線、曲線和轉(zhuǎn)角表 41.4 逐樁計(jì)算曲線點(diǎn)坐標(biāo) 42 縱斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容 62.1 中樁地面高程的讀取 62.2厘米格坐標(biāo)紙展繪地面線 72.3 縱坡的設(shè)計(jì) 72.4 豎曲線的計(jì)算 72.5 豎曲線計(jì)算表 92.6 中樁設(shè)計(jì)高程的計(jì)算 93 橫斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容113.1 路幅的組成、尺寸和橫坡的確定 113.2中樁橫斷方向高程的讀取 113.3 加寬的設(shè)計(jì)及超高值的計(jì)算

2、143.4 路基設(shè)計(jì)表的計(jì)算填寫 143.5 土石方數(shù)量計(jì)算表 143.7 視距驗(yàn)算 14 結(jié)束語16 參考文獻(xiàn)171 已知設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求1.1 計(jì)算參數(shù)鋼筋混泥土的簡支梁計(jì)算跨徑 L=24m。T 形截面梁的尺寸如圖 1.1，橋梁處 于類環(huán)境條件，安全等級為二級 0=1，梁承受均布荷載 q=40kn/m.梁體采用 C35 混凝土，軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值為 f cd =16.1MPa，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ftd =1.52MPa。主筋采用 HRB335 的鋼筋?？估瓘?qiáng)度設(shè)計(jì)值為f sd =280MPa。1.2 計(jì)算控制截面的彎矩組合設(shè)計(jì)值和剪力組合設(shè)計(jì)值跨中截面Md,l/2=ql =2880kN

3、mVd,l/2=90kN81/4 跨截面Md,l /2 =2160kN m支點(diǎn)截面M d,0=0Vd,0= ql =480kN22 跨中截面的縱向受拉鋼筋數(shù)量和復(fù)筋的設(shè)計(jì)2.1 T形截面的受壓翼板的有效寬度 bf 1 簡支梁跨徑的 L/3 處由圖 1.1 所示的 T 形梁截面受壓翼板厚度的尺寸，可得翼板平均厚度 140 80hf =110mm, bf =1/3L=8000mmf 2 f2 b+2bh +12hf =1500mm取二者的最小值，故取受壓翼板的有效寬度為 bf =1500mm。2.2 鋼筋數(shù)量的計(jì)算已知預(yù)制鋼筋混凝土簡支 T 形梁 h=1.35m,翼板 bf =1.5m（預(yù)制寬度

4、1.65m）C35 混凝土 ， HRB335 鋼筋。I 類環(huán)境條件 ，安全等 級為二級?？缰?Md,l / 2 =2880kN m求：配筋（焊接鋼筋骨架）計(jì)算及截面復(fù)核解：1 計(jì)算參數(shù) f cd =16.1MPa ftd =1.52MPa f sd =280MPa b =0.560=1 M= 0 Md,l/ 2 =2880kN m2 截面換算，為了計(jì)算方便，將圖 1.1 的實(shí)際 T 形截面換算成圖 2.1 所示的計(jì) 算截面： hf =140 80 =110mmf23 截面設(shè)計(jì)（1）因采用的是焊接鋼筋骨架，故設(shè) as =30+0.07h=124.5mm 截面有效高度為 h0 =1225.6mm（

5、 2）判斷 T 形截面類型hffcdbf hf （h0 f ） =3109.43kN mM=2880kN m 故屬于第一類 T 形截面2（3）求受壓區(qū)高度x由Mu= fcdbf x（h0 2）推出 x h0 h02 2 0Md =101.52mmd=32mm 且最小 30mm選 8 32+4 28 As=8897mm2 鋼 筋 間 的 橫 凈 距 Sn =180 2 35.8=40.4mm40mm 及 1.25d=1.2532=40mm 故滿足構(gòu)造要求。（6）少筋驗(yàn)算= As 100%=4.03 %0.2%及 45 ftd %=0.24%,不少筋。 bh0f sd（ 7）鋼筋布置圖 2.24

6、截面復(fù)核已 知設(shè) 計(jì) 的受 拉 鋼筋 中 ，8 32 的 面 積 為 6434mm2,4 28 的 為2463mm2 f sd =280MPaa = 6434（34 2 35.8） 2463（34 4 35.8 31.6） =134mmas =6434 2463 =134mm實(shí)際的有效高度 h0 =1350-134=1216mm（ 1）判定 T 形截面類型fcd bf hf =2.66103kNfsd As =2.49103kN 由于fcdbf hf f sd As ,故為第一類 T形截面（ 2）求受壓去高度 xx= fsdAs =103mmM=2880kN m（4）驗(yàn)算少筋A(yù)= As 100

7、%=4.06% 顯然滿足不少筋bh0綜上，跨中截面主筋為 8 32+4 28 ，焊接骨架的鋼筋層數(shù)為 6 層，縱向鋼筋 的面積為 As=8897mm2 鋼筋的布置圖 2-3.截面有效高度h0 =1216mm，抗彎承載力M u =2896.64kN m， 0 M d,l /2 =2880kN m3 復(fù)筋設(shè)計(jì)3.1 截面尺寸檢查（上限值驗(yàn)算）公路橋規(guī)規(guī)定：在鋼筋混凝土梁的支點(diǎn)處應(yīng)該至少有兩根且不小于 0.2As=1779.4mm2 的鋼筋 穿過支座中心， 而 4 32 As=3271mm2，即需要四根穿過支座中心， 此時(shí)支點(diǎn)截 面有效高度為 h0 =h-（34+35.8）=1280mm上限值 0.

8、51 10 3 fcu,k bh0 =695.16kN 0 Vd,0 =480kN 截面尺寸符合要求3.2 檢查是否需要根據(jù)計(jì)算配箍筋跨中截面 （0.510-3） ftd bh0 2 =166.35kN支座處截面 （0.510-3） ftd bh0 2 =175.10kN由于 0 Vd,l / 2=90kN （0.510-3） ftd bh0 22.5取 pl/2 =2.5, h0 =1216mm bh0支點(diǎn)截面： p0= s 100=1.40 ，取 h0 =1280mm bh0h0 =1248mm則平均值分別為 p= pl/2 p0 =1.95，2（ 2）計(jì)算 SV2 2 6 21 3 0.

9、56 10 （2 0.6p） fcu,k ASV f svbh0SV =2 =353mmV2A經(jīng)驗(yàn)算可取 SV =300mm SV= SV =0.186%0.18% 故滿足要求。bSv綜上，在支座中心跨徑長度方向的 1350mm 內(nèi)，設(shè)計(jì)箍筋間距為SV =100mm,其它至跨中截面統(tǒng)一采用箍筋間距 SV =300mm.5 彎起鋼筋及斜筋設(shè)計(jì)5.1 彎起鋼筋的構(gòu)造要求：1 計(jì)算第一排彎起鋼筋時(shí)，取用距支座中心 h/2 處由彎起鋼筋承擔(dān)的那部 分剪力值 0.4V。2 計(jì)算以后每排鋼筋時(shí)，取用其一排彎起點(diǎn)處由彎起鋼筋承擔(dān)的那部分剪 力值。3 鋼筋混凝土梁的彎起鋼筋一般與梁縱軸線成 450 角，彎起鋼

10、筋以圓弧彎 折，圓弧半徑不宜小于 20 倍的縱筋直徑。5.2.1彎起鋼筋的幾點(diǎn)說明設(shè)置為焊接鋼筋骨架的架立鋼筋為 HRB335 22，鋼筋重心至受壓翼板上邊 緣距離為 as=56mm,彎起鋼筋的彎起角度為 450。首先，計(jì)算彎起鋼筋上下彎點(diǎn)之間的垂直距離 hi ，如圖彎起鋼筋細(xì)節(jié)圖 511 彎起點(diǎn) 1(2N4)h1= 1350 ( 34+35.82.5)+(43+25.1+35.80.5) =1141mm分配的剪力值為 VSb =0.4V=183.22kN需要的彎起鋼筋為 Asb1=1333.33V sb1 =1234mm5638 f sd sin s可供的彎起鋼筋為 Asb1=1608mm2

11、(2 32)鋼筋與梁軸交點(diǎn)到支座中心距離 xc xc = h1 -h/2-(c+35.82.5)=589mm2 彎起點(diǎn) 2(2N3)h2= 1350(34+35.83.5)+(43+25.1+35.80.5)=1105mm分配的剪力值為 Vsb2Vsb15638 h2 h15638VSb2=168.08kN需要的彎起鋼筋為 Asb2= 1333.33 VSb2=1132mm2 f sd sin45可供的彎起鋼筋為 Asb1=1608mm2(2 32)鋼筋與梁軸交點(diǎn)到支座中心距離 xc xc= h1+ h2 -h/2-(c+35.83.5)=1730mm3 彎起點(diǎn) 3(2N2)h3= 1350(

12、34+35.84+31.60.5)+(43+25.1+35.80.5)=1073mmVSb3=132.17kN分配的剪力值為 VSb3VSb1h5638 ( h1 h2)需要的彎起鋼筋為 Asb3= 1333.33 V Sb3=890mm2 f sd sin45可供的彎起鋼筋為 Asb3=1232mm2(2 28) 鋼筋與梁軸交點(diǎn)到支座中心距離 xc xc= h1+ h2+ h3 -h/2-(c+35.84+31.60.5)=2837mm4 彎起點(diǎn) 4(2N1)h4 1350 - ( 34 35.8 4 31.6 1.5) 43 25.1 31.6 0.51 =1042mmV 5638 h (

13、 h1 h2h3 )分配的剪力值為 VSb4 2VSb4=97.30kNVSb15368需要的彎起鋼筋為 Asb4= 1333.33 VSb4=655mm2f sd sin45可供的彎起鋼筋為 Asb3=1232mm2(2 28)鋼筋與梁軸交點(diǎn)到支座中心距離 xc xc= h1+ h2+ h3 + h4-h/2-(c+35.84+31.61.5)=3911mm將以上所算數(shù)據(jù)列表計(jì)算，如表 5-1彎起點(diǎn)1234hi (mm)1141110510731042距支座中心距離xi （mm）1141224633194361分配的計(jì)算剪力值VSbi kN183.22168.08132.1797.30需要的

14、彎筋面積 A Sbi（mm）12341132890655可供的彎起鋼筋面積A Sbi （mm）1608(2 32)1608(2 32)1232(2 28)1232( 2 28)彎起鋼筋與梁軸線交 點(diǎn)到支座中心的距離 xc mm589173028373911表 5-1 彎起鋼筋計(jì)算表5.3 初步布置彎起鋼筋并校核5.3.1 計(jì)算鋼筋彎起后各正截面抗彎承載力( 1)按照計(jì)算剪力初步布置彎起鋼筋如圖 5-2 現(xiàn)在按照同時(shí)滿足梁胯間各正截面和斜截面抗彎要求，確定彎起鋼筋的位置。由已知跨中截面彎矩計(jì)算值 Md,l /2 =2880kN m ，支點(diǎn)中心處 Md,0=0 以跨 中為原 點(diǎn)水 平向左為正方向，

15、 做出 梁的 彎矩包絡(luò) 圖， 在 L/4 截面 處，x=6m,L=24m, M d,l /2 =2880kN m彎矩計(jì)算值為 M l/4 28804 62242=2160kN m 與已知值 M l/4=2160kN m 相比完全符合，故可用 M d,xM d,l /2 (14x2) 來描述簡支梁彎矩包絡(luò)圖是可行的2)計(jì)算相應(yīng)正截面抗彎承載力M ui支座中心 1 點(diǎn)截面縱筋 4 32Asb1 =3217mm2有效高度 h0 =h-asaS1=34+35.8=70mmh0 =1350-70=37mm受壓區(qū)高度 x1= ffscddbASf1 =37mm正截面抗彎承載力 Mu1= fsd AS1(h

16、0-x1/2)=1136.31kN m2 梁區(qū)段： 1點(diǎn)2 點(diǎn)截面縱筋 6 32Asb2 =4826mm2有效高度 h0 =h-asaS2=34+35.8 1.5=88mmh 0 =1350-88=1262mm受壓區(qū)高度 x2= ffscddAbSf2 =56mm正截面抗彎承載力 Mu2= fsd AS2(h0-x2/2)=1667.48kN m3 梁區(qū)段： 2點(diǎn)3 點(diǎn)截面縱筋 8 32Asb3 =6434mm2有效高度 h0 =h-asaS3=34+35.8 2=106mmh 0 =1350-106=1244mm受壓區(qū)高度 x3= fsd AS3 =75mmfcdbf正截面抗彎承載力 Mu3

17、= fsd A S3(h0-x3 /2)=2173.53kN m4 梁區(qū)段： 3點(diǎn)4 點(diǎn)截面縱筋 8 32 +228 Asb4 =7666mm2有效高度 h0 =h-as6434 34 35.8 2 1232 34 35.8 4 31.6 / 2aS4=120mm6434 1232h0 =1350-120=1230mm受壓區(qū)高度 x4= ffscddbAsf4 =89mm正截面抗彎承載力 Mu4= fsd A S4(h0-x4 /2)=2544.65kN m5 梁區(qū)段： 4 點(diǎn)梁跨中 截面縱筋 8 32 +4 28 Asb5 =8897mm2有 效 高 度 h0 =h-asaS5= 64343

18、4 2 35.8 246334 4 35.8 31.6 =134mm8897h0 =1350-134=1216mm受壓區(qū)高度 x5= fsdAs5 =103mmM=2880kN m判定 T 形截面類型fcdbf hf =2.66103kNfsd As =2.49103kN 由于fcdbf hf f sd As ,故為第一類 T形截面。易知以上各區(qū)域均為第一類 T 形梁截面。（ 3）鋼筋彎起后相應(yīng)正截面抗彎承載力表 5-2梁區(qū)段截面縱筋有效高度 h0（mm）T 形截面類 型受壓區(qū)高 度 xi（mm）正截面抗彎承 載力 Mu（i mm）支座中 心1點(diǎn)4 321280第一類371136.311 點(diǎn)

19、2 點(diǎn)6 321262第一類561667.482 點(diǎn) 3 點(diǎn)8 321244第一類752173.533 點(diǎn) 4 點(diǎn)8 32+2281230第一類892544.654 點(diǎn)梁 跨中8 32+4281216第一類1032894.64表 5-2（4）將表 5-2的正截面抗彎承載力 Mui在圖 5-2 上用各平行直線表示出來， 它們 與彎矩包絡(luò)圖的交點(diǎn)分別為 i，j，k，l，m，n，以各 Mui 值代入 式M d,xM d,l /2(1 4x2 )公式 5-1）可分別求出， xi=0x j =4095mm xk = 5943mmx l =7786mm x m =9337mm。5）檢查彎起點(diǎn)的初步位置其充

20、分利用點(diǎn) l 的橫坐標(biāo) xl=7786mm ，而2N4 的彎起點(diǎn) 1 的橫坐標(biāo)在 l 點(diǎn) 的 左 側(cè) ， 且x1=L/2-1141=10859mm ， 說 明其不需要點(diǎn) m 的橫坐標(biāo) x mx1-xl =3073mmh0/2(=631mm)。=9337mm，而 2N4 鋼筋與梁中軸線交點(diǎn) 1的橫坐標(biāo) x1（=11411mm） x m （=9337mm）,符合要求。其充分利用點(diǎn) k 的橫坐標(biāo) xk=5943mm ，而 2N3 的彎起點(diǎn) 2 的橫坐標(biāo) x2=L/2-2246=9754mm，說明彎起點(diǎn) 1 在 k 點(diǎn)的左側(cè)，且 x2-xk=3711mmh0/2 （ =622mm）。其不需要點(diǎn) l的橫

21、坐標(biāo) x l =7786mm，而 2N3鋼筋與梁中軸線交點(diǎn) 2的橫坐標(biāo) x2(=10270mm) x l (=7786mm),符合要求。其充分利用點(diǎn) j 的橫坐標(biāo) x j =4095mm ，而 2N2 的彎起點(diǎn) 3 的橫坐標(biāo)x3=L/2-3319=8681mm，說明彎起點(diǎn) 3 在 j 點(diǎn)的左側(cè)，且 x3-x j =4586mmh0/2 （ =615mm）。其不需要點(diǎn) k的橫坐標(biāo) xk= 5943mm，而 2N2鋼筋與梁中軸線交點(diǎn) 3的橫 坐標(biāo) x3（=9163mm） x k （ =5943mm）,符合要求。4 第四排彎起鋼筋（ 2N1）其充 分利用 點(diǎn) i 的橫 坐 標(biāo) xi=0 ，而 2N1

22、 的彎 起點(diǎn) 4 的橫 坐標(biāo) x4=L/2-4361=7639mm，說明彎起點(diǎn) 4 在 i 點(diǎn)的左側(cè)，且 x4-xi=4586mmh0/2 （ =608mm）。其不需要點(diǎn) j 的橫坐標(biāo) x j =4095mm，而 2N1 鋼筋與梁中軸線交點(diǎn) 4的橫坐標(biāo) x4（=8089mm） x j （=4095mm）,符合要求。綜上，鋼筋的初步布置滿足構(gòu)造要求。（7）調(diào)整彎起點(diǎn)位置，并增設(shè)斜筋。在圖 5-2 的情況下，雖然已經(jīng)滿足構(gòu)造要求，但是抵抗彎矩圖與彎矩包絡(luò) 圖之間相差很大， 并且為了抗剪的要求還需要進(jìn)一步的調(diào)整彎起點(diǎn)位置， 并根據(jù) 試算增設(shè)斜筋，其中斜筋的為 2 25，其調(diào)整后的彎起鋼筋和斜筋布置如

23、圖 5-3。5.4 斜截面抗剪承載力復(fù)核首先，做出彎起鋼筋和斜筋布置詳圖 5-4，箍筋設(shè)計(jì)見前述結(jié)果。按照公路橋規(guī)關(guān)于復(fù)核斜截面位置的規(guī)定，本設(shè)計(jì)需要進(jìn)行 6 次截面復(fù)核，1 處為距支座 h/2，1 處在箍筋間距變化處，此處取距支座中心 1300mm處，4 處彎起鋼筋彎起點(diǎn)位置，現(xiàn)進(jìn)行逐一驗(yàn)算：（ 1）距支座中心 h/2 處截面1 選定斜截面頂端位置由圖 5-4b）可知距支座中心為 h/2 處截面的橫坐標(biāo)為 x=12000-675=11325mm, 正截面的有效高度為 h0=1280mm。現(xiàn)取斜截面投影長度 ch0=1280mm，那么得 到的選擇的斜截面頂端位置 A（圖 5-5），其橫坐標(biāo)為

24、xA=11325-1280=11045mm。2 斜截面抗剪承載力復(fù)核A 處正截面的剪力2xVx=V L/2+(V 0-V L/2) =416.46kNM d,xM d,l /2 (14Lx22) =861.96kN mA 處正截面有效高度為 h0=1.262m（主筋為 6 32） ，廣義剪跨比 m 及斜截 面投影長度 c 分別為m= M x =1.643,取 m=1.64c=0.6mh0=1.241mVxh0將要復(fù)核的斜截面如圖 5-5中所示 AA斜截面（圖中虛線位置） ，斜角=tan-1（h0/c） 45.50斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有 4 32（ 2N5+2N6），相應(yīng)的主筋配筋率AsP=10

25、0bAhs0 =1.4 min (=0.18%) bSV與斜截面相交的彎起鋼筋有 2N4(2 32)，斜筋有 2N7+2N7(2 25+2 25) AA 的斜截面抗剪承載力為Vu1 2 3(0.45 10 3)bh0 2 0.6p fcu,k svfsv + 0.75 10-3 fsd Asb sin=807.9kN V x =416.46kN故距支座中心為 h/2 處的斜截面抗剪承載力滿足要求。2）箍筋間距變化處截面1 選定斜截面頂端位置由前述可知箍筋間距變化處截面的橫坐標(biāo)為x=12000-1300=10700mm,正截面的有效高度為 h0=1262mm?，F(xiàn)取斜截面投影長度 c h0=126

26、2mm，那么得到的 選擇的斜截面頂端位置 B（圖 5-6），其橫坐標(biāo)為 xB=10700-1262=9438mm。2 斜截面抗剪承載力復(fù)核B 處正截面的剪力2xVx=VL/2+(V0-VL/2) =396.74kNM d,x M d,l /2 (14x2)L2 ) =1098.48kN mB 處正截面有效高度為 h0=1.262m（主筋為 6 32） ，廣義剪跨比 m 及斜截 面投影長度 c 分別為m= M x =2.193,取 m=2.19c=0.6mh0=1.661mVxh0將要復(fù)核的斜截面如圖 5-6 中所示 BB斜截面（圖中虛線位置） ，斜角 =tan-1（h0/c） 37.2 0斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有 4