結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計

1、目 錄一 基本設(shè)計資料及設(shè)計要求.2二 正截面設(shè)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(fù)核5三 斜截面設(shè)計.6 3.1 驗(yàn)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(shè)計7 3.5 彎起鋼筋設(shè)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(fù)核13 4.3 跨中截面所能承擔(dān)的最大彎矩計算.14五 裂縫及變形驗(yàn)算.15 5.1 使用階段裂縫寬度驗(yàn)算.15 5.2 撓度計算15一、 基本設(shè)計資料及設(shè)計要求1、設(shè)計題目鋼筋混凝土簡支T形梁橋一片主梁設(shè)計。2、設(shè)計資料（1）某公路鋼筋混凝土

2、簡支梁橋主梁結(jié)構(gòu)尺寸。標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)=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(dāng)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。跨中截面計算彎矩(標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)截面計算剪力(設(shè)計值) V支=363KN跨中截面計算剪力（設(shè)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(biāo)號）3、設(shè)計要求進(jìn)行T形梁正截面設(shè)計計算、配筋；進(jìn)行T形梁斜截面設(shè)計計算、配筋；進(jìn)行T形梁的撓度及裂縫寬度驗(yàn)算，撓度不超過L/600,裂縫不超過0.2mm。二、正截面設(shè)計2.1內(nèi)力組合計算：彎矩組合設(shè)計值計算公式： 剪力組合設(shè)計值計算公式：2.1.1 彎矩組合設(shè)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(shè)計值：支點(diǎn)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?。?、 =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(shè)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(hù)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(gòu)造要求。 2.3 截面復(fù)核（1） 求實(shí)際有效高度h0已設(shè)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(shí)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(fù)核滿足要求。 三、斜截面設(shè)計3.1 驗(yàn)算截面尺寸根據(jù)構(gòu)造要求，梁最底層鋼筋228通過支座截面，則支點(diǎn)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(shè)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(gòu)造配置箍筋，其余區(qū)段應(yīng)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(diǎn)處剪力計算值，跨中處剪力計算值在長度內(nèi)可按構(gòu)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(yuǎn)=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(luò)圖按比例求得，為 =339KN其中應(yīng)由混凝土和箍筋承擔(dān)的剪力計算值至少為0.6Qj=203KN，應(yīng)由彎起鋼筋（包括斜筋）承擔(dān)的剪力計算值最多為0.4Qj=136KN，設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長度為3500mm。（圖1-2）3.4 箍筋設(shè)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(shè)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(diǎn)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(shè)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(shè)計設(shè)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(diǎn)應(yīng)落在前一排彎起鋼筋的構(gòu)造規(guī)定來得到各排彎起鋼筋的彎起點(diǎn)計算位置，首先要計算彎起鋼筋上、下彎點(diǎn)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(diǎn)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(guān)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(diǎn)應(yīng)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(diǎn)1距支座中心距離為838mm。彎筋與梁縱軸線交點(diǎn)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(diǎn)2距支點(diǎn)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(guān)系計算可

14、得到：(3500+500-838)/3500=/136 則=123KN 其中0.4Qj=136KN；h/2=500mm；設(shè)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)到支座中心的距離415124822643058繪制彎矩包絡(luò)圖 包絡(luò)圖是在荷載作用下沿跨徑變化最大彎矩圖。嚴(yán)格的繪制方法應(yīng)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(luò)圖，簡支梁彎矩包絡(luò)圖拋物線公式近似為：式中：從跨中算起，即跨中縱坐標(biāo)為0，支點(diǎn)縱坐標(biāo)；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(luò)圖。各排彎起鋼筋彎起后，相應(yīng)正截面抗彎承載力Mui計算如表2。鋼筋彎起后相應(yīng)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(diǎn)228947第二類20.649203.1131點(diǎn)2點(diǎn)428928第二類41.312586.0722點(diǎn)3點(diǎn)628909第二類61.974893.8843點(diǎn)梁跨中628+220902第二類82.6231269.412現(xiàn)以彎起鋼筋彎起點(diǎn)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(diǎn)“k” 的橫坐標(biāo)x=4449mm<=5521mm ,說明1點(diǎn)位于m點(diǎn)左邊，且-x=（5521-4449=1072mm ）> /2(=909/2=455)，滿足要求。其不需要點(diǎn)l的橫坐標(biāo)x=5315mm，而2N3鋼筋與梁中軸線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)(=5881mm) > x(=5315mm),亦滿足要求?，F(xiàn)將各排彎起鋼筋充分利用點(diǎn)與不需要點(diǎn)坐標(biāo)列于下表中。鋼筋名稱充分利用點(diǎn)不需要點(diǎn)彎起點(diǎn)與粱中軸線交點(diǎn)(-x)-/2名稱坐標(biāo)(mm)名稱坐標(biāo)(mm)名稱坐標(biāo)(mm)名稱坐標(biāo)(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(diǎn)初步位置是滿足要求的。由于2N1、2N2和2N3鋼筋彎起點(diǎn)形成的抵抗彎矩圖遠(yuǎn)大于彎矩包絡(luò)圖，故進(jìn)一步調(diào)整上述彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置，在滿足規(guī)范對彎起鋼筋彎起點(diǎn)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(biāo)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(biāo)為x=5833-947=4886mm.2） 斜截面承載能力復(fù)核A處正截面上的剪力及相應(yīng)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(shí)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(fù)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(yīng)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(shè)計要求。3) 跨中截面所能承擔(dān)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(rèn)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(yàn)算1. 使用階段裂縫寬度驗(yàn)算根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D622004）第6·4·3條：矩形、T形截面鋼筋混凝土構(gòu)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(yīng)力根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D622004）第6·4·4條縱受拉鋼筋的應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)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(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D622004）第6·5·1條：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可根據(jù)給定的構(gòu)件剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計算。第6·5·2條：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的剛度可按下式計算：根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D622004）第6·5·3條：受彎構(gòu)件在使用階段的撓度應(yīng)考慮荷載長期效應(yīng)的影響，即按荷載短期效應(yīng)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(yīng)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+