混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)裝配式鋼筋混凝土簡支T形梁橋主梁指導(dǎo)教師： 肖金梅 班 級： 14土木工程6班 學(xué)生： 鄺佛偉 設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)一、設(shè)計(jì)資料1、設(shè)計(jì)荷載：公路級，人群荷載：3.5KN/m2。2、橋面凈空：凈7 + 2×0.5 主要尺寸標(biāo)準(zhǔn)跨徑 =20m計(jì)算跨徑 =20.50m梁 長 =20.96m 3、材料規(guī)格混凝土C 40HRB400鋼筋，直徑12mm以下者采用R235級鋼筋 梁橫斷面圖（圖1）（單位：cm）類環(huán)境條件，安全等級為一級。4、設(shè)計(jì)規(guī)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)（JTG D62-2004）5、橋

2、梁橫斷面布置情況(見圖1)圖2、T粱尺寸圖（單位：mm）二、設(shè)計(jì)荷載1、承載能力極限狀態(tài)下，作用效應(yīng)為：跨中截面： 截面：支點(diǎn)截面： 2、施工期間，簡支梁吊點(diǎn)設(shè)在距梁端，梁自重在跨中截面引起的彎矩。3、使用階段，T梁跨中截面汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩為（未計(jì)入沖擊系數(shù)），人群荷載產(chǎn)生的彎矩為，永久作用產(chǎn)生的彎矩為。三、設(shè)計(jì)容1、 截面尺寸擬定（參照已有的設(shè)計(jì)資料或見圖2）；2、 跨中截面正截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核（選擇鋼筋并復(fù)核截面強(qiáng)度）；3、 斜截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核（剪力鋼筋設(shè)計(jì)及截面復(fù)核）； 4、 裂縫及變形計(jì)算；5、 繪制鋼筋圖，編制鋼筋明細(xì)表、總表。四、主要參考資料 1、公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混

3、凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)(JTG D62-2004）人民交通，20042、公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)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(jì)原理， 人民交通，20044、公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)（JTG D60-2004），人民交通，2004取值分組情況：1-9號b=180mm H=1200mm 10-18號b=180mm H=1300mm 19-27號b=180mm H=1400mm 28-36號b=200mm H=1200mm 37-45號b=200mm H=1300mm 46-55號b=200mm H=1400mm解： 1，截面尺寸擬定 設(shè)腹板寬度：b

4、=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 故受壓翼板的有效寬度 （圖3鋼筋布置圖中，1580mm為預(yù)制梁翼板寬度） 2，跨中截面正截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核 （1）截面設(shè)計(jì)1）因保護(hù)層厚度，設(shè)aS=130mm 則截面有效高度：h0=1400-130=1270mm 跨中截面彎矩計(jì)算值：2) 判定T形截面類型故屬于第一類T形截面3） 求受壓區(qū)高度4）求受拉鋼筋面積As 將各已知值及x=68mm代入，得 現(xiàn)選擇鋼筋為828+425，截面面積為As=6890mm2。鋼筋疊高層數(shù)為 6層。 混凝土保護(hù)層厚度取35mm>d=28mm，及規(guī)定的30mm，鋼

5、筋間橫向凈矩 Sn=1802×282×31.6=61mm>40mm，及1.25d=1.25×28=35mm 故滿足構(gòu)造要求。 圖3 鋼筋布置圖 (尺寸單位：mm) （2）截面復(fù)核 已設(shè)計(jì)的受拉鋼筋中，828的面積為4926mm2,422的面積為1964mm2， ?？汕蟮腶S為： 則實(shí)際有效高度： 1）判定T形截面類型 由于，故為第一類T 形截面。 2）求受壓區(qū)高度x 3)正截面受彎承載力由 求得正截面抗彎承載力為：故截面復(fù)核滿足要求。3，斜截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核 （1）腹筋設(shè)計(jì)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(diǎn)截面有效高度 截面

6、尺寸符合設(shè)計(jì)要求。2） 檢查是否需要根據(jù)計(jì)算配置箍筋 跨中段截面 支座截面 因，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(yīng)按計(jì)算配置腹筋。3）計(jì)算剪力圖分配 在圖4所示的剪力包絡(luò)圖中，支點(diǎn)處剪力計(jì)算值，跨 中處剪力計(jì)算值 的截面矩跨中截面的距離可由剪 力包絡(luò)圖按比例求得 在l1長度可按構(gòu)造要求布置箍筋。 同時(shí)，根據(jù)公路橋規(guī)（JTG D62-2004）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(jì)算剪力值V，由剪力包絡(luò)圖按比例求得 其中應(yīng)由混凝土和箍筋承擔(dān)的剪力計(jì)算值至少為；應(yīng)由彎起鋼筋（包括斜筋）承擔(dān)的剪力計(jì)算值最多為，設(shè)置彎起鋼筋

7、區(qū)段長度長度為4505mm（圖4）圖4 計(jì)算剪力分配圖（尺寸單位：mm；剪力單位：kN）4)箍筋設(shè)計(jì) 采用直經(jīng)為8mm的雙肢箍筋，箍筋截面積。 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(jì)算簡便，斜截面縱筋配筋百分率p及截面有效高度h0可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，計(jì)算如下：跨中截面 取支點(diǎn)截面 則平均值分別為 箍筋間距Sv計(jì)算為：確定箍筋間距Sv的設(shè)計(jì)值尚應(yīng)考慮公路橋規(guī)（JTG D62-2004）的構(gòu)造要求。 若箍筋間距計(jì)算值取Sv=400mm1/2h=700mm及400mm，是滿足規(guī)要求的，但采用8雙肢箍筋，箍筋配筋率（R235鋼筋時(shí)），故不滿足規(guī)規(guī)定。現(xiàn)取Sv=25

8、0mm計(jì)算箍筋配筋率SV=0.22%>0.18%，且小于1/2h=700mm和400mm。綜合上述計(jì)算，在支座中心向跨徑長度方向的1400mm圍，設(shè)計(jì)箍筋間距Sv=100mm；而后至跨中截面統(tǒng)一的箍筋間距取Sv=250mm。5） 彎起鋼筋及斜筋設(shè)計(jì)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。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(diǎn)應(yīng)落在前一排彎起鋼筋彎起點(diǎn)的構(gòu)造規(guī)定來得到各排彎起鋼筋的彎起點(diǎn)計(jì)算位置，首先要計(jì)算彎起鋼筋上、下彎點(diǎn)之間垂直距離現(xiàn)擬彎起N1-N5鋼筋，計(jì)算的各排彎起鋼筋彎起

9、點(diǎn)截面的以及至支座中心距離、分配的剪力計(jì)算值、所需的彎起鋼筋面積值列入表1. 表1 彎起鋼筋計(jì)算表 彎起點(diǎn)1234512301199116711361104矩支座中心距離12302429359647325836分配的計(jì)算剪力值164.37142.8694.2046.840.73需要的彎起面積9398165382684可提供的彎起面積彎筋與梁軸交點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)位于支座中心截面處。這時(shí)計(jì)算為： 所需要提供的彎起鋼筋截面Vsb1為： 其中彎起的彎起角為45&

10、#176;，則第一排彎筋（2N5）的彎起點(diǎn)1距支座中心距離為1230mm。彎筋與梁縱軸線交點(diǎn)1距支座中心距離為： 對與第二排彎起鋼筋： 彎起鋼筋（2N4）的彎起點(diǎn)2距支點(diǎn)中心距離為: 分配給第二排彎起鋼筋的計(jì)算剪力 值Vsb2 ，由比例關(guān)系計(jì)算： 得 Vsbi=142.86kN其中，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： 第二排彎起鋼筋與梁軸線交點(diǎn)2´距支座中心距離為： 其他各排彎起鋼筋的計(jì)算方法與第二排彎起鋼筋計(jì)算方法相同。由表1可見，原擬定彎起鋼筋的彎起點(diǎn)距支座中心距離為，已大于，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(jì)算，圖6中以截?cái)噤?/p>

11、筋表示，但在實(shí)際工程中，往往不截?cái)喽鴱澠?，以加?qiáng)鋼筋骨架施工時(shí)的剛度。按照計(jì)算剪力初步布置彎起鋼筋如圖6。 現(xiàn)在按照同時(shí)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(diǎn)位置。由已知跨中截面彎矩計(jì)算值，支點(diǎn)中心處，按式作出梁的計(jì)算彎矩包絡(luò)圖（圖6）。在截面處，因，則彎矩計(jì)算值為: 表2 鋼筋彎起后相應(yīng)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(diǎn)2281349第一類145531點(diǎn)-2點(diǎn)4281333第一類2810872點(diǎn)-3點(diǎn)6281318第一類4115673點(diǎn)-4點(diǎn)8281302第一類55206

12、34點(diǎn)-N1鋼筋截?cái)嗵?28+2251287第一類662436N1鋼筋截?cái)嗵?梁跨中828+4251276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，它們與彎矩包絡(luò)圖的交點(diǎn)分別為i、j、q，并以各Mui值代入中，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(diǎn)初步位置，來逐個(gè)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(diǎn)“m”的橫坐標(biāo),而的彎起點(diǎn)1的橫坐標(biāo)，說明1點(diǎn)位于m點(diǎn)左邊，且，滿足要求。其不需要點(diǎn)“n”點(diǎn)的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，滿足要求。第二排彎起鋼筋（）：其充分利

13、用點(diǎn)“l(fā)”的橫坐標(biāo),而的彎起點(diǎn)2的橫坐標(biāo),且，滿足要求。其不需要點(diǎn)“m”點(diǎn)的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，滿足要求。第三排彎起鋼筋（）其充分利用點(diǎn)“k”的橫坐標(biāo),而的彎起點(diǎn)3的橫坐標(biāo),且，滿足要求。其不需要點(diǎn)“l(fā)”點(diǎn)的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，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(diǎn)初步位置滿足要求。由鋼筋彎起點(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)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（圖7），即為調(diào)整后主梁彎起鋼筋、斜筋的布置圖6） 斜截面抗剪承載能力的復(fù)核 選

14、定斜截面頂端位置 由 圖7（b）可得到距支座中心為處截面的橫坐標(biāo)，正截面有效高度?，F(xiàn)取斜截面投影長度，則得到選擇的斜截面頂端位置（圖8），其橫坐標(biāo)。 7)斜截面受剪承載力復(fù)核 A處正截面上的剪力Vx及相應(yīng)及的彎矩Mx計(jì)算如下： A處正截面有效高度（主筋為），則實(shí)際廣義剪跨比m及斜截面投影長度c分別為： 將要復(fù)核的斜截面是圖8中所示AA斜截面，斜角： 斜截面縱向受拉主筋，相應(yīng)的主筋配筋率為： 箍筋的配筋率（取時(shí)）為： 與斜截面相交的彎起鋼筋有;斜筋有。按規(guī)定的單位要求，則得到AA斜截面抗剪承載力為：故距支座中心為h/2處的斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求。4，裂縫及變形計(jì)算（1） 施工吊裝時(shí)的正應(yīng)力

15、驗(yàn)算 1）梁跨中截面的換算截面慣性矩計(jì)算 根據(jù)公路橋規(guī)（JTG D62-2004）規(guī)定計(jì)算得到梁受壓翼板的有效寬度為，而受壓翼板平均厚度為120mm。有效高度。 由式計(jì)算截面混凝土受壓高度為： 得到 故為第二類T形截面。這時(shí)，換算截面受壓高度x為 故 則計(jì)算開裂截面的換算截面慣性矩為： 2） 正應(yīng)力驗(yàn)算 吊裝時(shí)動力系數(shù)為1.2（吊裝時(shí)主梁超重），則跨中截面計(jì)算彎矩為。 得受壓區(qū)混凝土邊緣正應(yīng)力為： 得受拉鋼筋的面積重心處的應(yīng)力為： 最下面一層鋼筋重心距受壓邊緣高度為，則鋼筋應(yīng)力為： 驗(yàn)算結(jié)果表明，主梁吊裝時(shí)混凝土正應(yīng)力和鋼筋拉應(yīng)力均小于規(guī)限值，故可取吊點(diǎn)位置為距梁端處。（2） 裂縫寬度的驗(yàn)算

16、1）系數(shù) 帶肋鋼筋荷載短期效益組合彎矩計(jì)算值為： 荷載長期效益組合彎矩計(jì)算值為： 系數(shù)對于非板式受彎構(gòu)件系數(shù)2）鋼筋應(yīng)力的計(jì)算 3）換算直徑因?yàn)槭芾瓍^(qū)采用不同的鋼筋直徑，按要求，應(yīng)取換算直徑，則可得到 對于焊接鋼筋骨架 4）縱向受拉鋼筋配筋率 取。5）最大裂縫寬度 由計(jì)算可得到 滿足要求。（3） 梁跨中撓度的驗(yàn)算 在進(jìn)行梁變形計(jì)算時(shí)，應(yīng)取梁與相鄰梁橫向連接后截面的全寬度受壓翼 板計(jì)算，即為。 1）T形梁換算截面的慣性矩和計(jì)算 對T形梁的開裂截面，可得到 梁跨中截面為第二類T形截面。這時(shí)，受壓區(qū)高度確定為 故 開裂截面的換算截面慣性矩為： T梁的全截面換算截面面積為： 受壓區(qū)高度x為： 全截面換算慣性矩的計(jì)算為： 2）計(jì)算開裂構(gòu)件的抗彎剛度全截面抗彎剛度: 開裂截面抗彎剛度: 全截面換算截面受拉區(qū)邊緣的彈性地抗矩為: 全截面換算截面的面積矩為： 塑性影響系數(shù)為： 開裂彎矩： 開