结构设计原理课程设计模板.doc

钢筋混凝土简支梁桥主梁配筋设计课 程 设 计 班 级 1090 学 号 姓 名 指导教师 成 绩 三江学院土木工程学院2023年12月2023年1月钢筋混凝土T形梁桥主梁设计资料某公路钢筋混凝土简支梁桥主梁结构尺寸。标准跨径：20.00m； 计算跨径：19.50m； 主梁全长：19.96m；梁的截面尺寸如下图（单位mm）：计算内力使用阶段的内力跨中截面计算弯矩(标准值)结构重力弯矩：M1/2恒878.72KNm；汽车荷载弯矩：M1/2汽6057.28 KNm (未计入冲击系数)；人群荷载弯矩：M1/2人75.08 KNm；1/4跨截面计算弯矩（设计值）Md,1/41867.00 KNm；（已考虑荷载安全系数）支点截面弯矩Md0=0，支点截面计算剪力(标准值)结构重力剪力：V0恒230.75KN；汽车荷载剪力：V0汽197.80KN (未计入冲击系数)；人群荷载剪力：V0人18.60KN；跨中截面计算剪力（设计值）跨中设计剪力：Vd，1/2=76.50KN（已考虑荷载安全系数）；主梁使用阶段处在一般大气条件的环境中。结构安全等级为二级。汽车冲击系数，汽车冲击系数1+1.292。施工阶段的内力简支梁在吊装时，其吊点设在距梁端a=400mm处，而梁自重在跨中截面的弯矩标准值Mk，1/2=585.90 KNm，吊点的剪力标准值V0=110.75 KNm。材料主筋用HRB335级钢筋fsd280N/mm2；fsk335N/mm2；Es2.0105N/mm2。箍筋用R235级钢筋fsd195N/mm2；fsk235N/mm2；Es2.1105N/mm2。采用焊接平面钢筋骨架混凝土为C30fcd13.8N/mm2；fck20.1N/mm2；ftd1.39N/mm2；ftk2.01N/mm2；Ec3.00104N/mm2。作用效应组合主梁正截面承载力计算主梁斜截面承载力计算全梁承载力校核施工阶段的应力验算使用阶段裂缝宽度和变形验算纵向构造钢筋、架立钢筋及骨架构造钢筋长度计算钢筋明细表及钢筋总表第1章 作用效应组合1.1 承载力极限状态计算时作用效应组合根据公路桥涵设计通用规范（JTG D602023）416条规定：按承载力极限状态计算时采用的基本组合为永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：跨中截面设计弯矩Md=GM恒+qM汽+qM人=1.0（1.2878.72+1.46057.281.292+0.81.475.08）=2237.00 KNm支点截面设计剪力Vd=GV恒+G1V汽+G2V人=1.2230.75+1.4197.801.292+0.818.601.4=655.51KN1.2 正常使用极限状态设计时作用效应组合根据公路桥涵设计通用规范（JTG D602023）417条规定：公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计规定，分别采用不同效应组合，作用效应短期组合作用效应短期组合为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：Msd=Mgk+11M11+12M12=8768.72+0.7607.28+1.075.08=1378.90 KNm作用长期效应组合作用长期效应组合为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：Mld=Mgk+21M11+22M12=878.72+0.4607.28+0.475.08=1151.66 KNm第2章 主梁正截面承载力计算2.1 配筋计算翼缘板的计算宽度bf根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第422条规定：T形截面受弯构件位于受压区的翼缘计算宽度，应按下列三者中最小值取用。翼缘板的平均厚度hf =(150+90)/2=120mm对于简支梁为计算跨径的1/3。bf=L/3=19500/3=6500mm相邻两梁轴线间的距离。bf = S=1600mmb+2bh+12hf，此处b为梁的腹板宽，bh为承托长度，hf为不计承托的翼缘厚度。bf=b+12hf=200+12120=1640mm故取bf=1600mm判断T形截面的类型设as=30+0.07h=30+0.071500=135mm ， h0=has=1500135=1365mm ；故属于第一类T形截面。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第523条规定：翼缘位于受压区的T形截面受弯构件，其正截面抗弯承载力按下列规定计算。求受拉钢筋的面积As=5993mm2拟采用 832 的钢筋，As=6434mm2主筋布置如图1所示，主筋为两片焊接平面骨架。每片骨架主筋的叠高为：35+435.8=178mm 20%6434=1287 mm2 ；支点截面的有效高度h0=has=1447mm ；根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第529条：矩形、T形和工字形截面受弯构件，其抗剪截面应符合规定。说明截面尺寸符合规定。3.2检查是否需要按计算设立腹筋根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第5210条：矩形、T形和工字形截面受弯构件，符合下列条件时规定期则不需要进行斜截面抗剪承载力计算，而仅按构造规定配置箍筋。跨中：0.5010-3ftdbh0=0.5010-31.392001393=196.63KN Vdm=76.50KN 支点：0.5010-3ftdbh0=0.5010-31.392001447=201.13KN 2.5，取p中2.5p支100支0.56 h0/2=1429/2=715mm，满足斜截面抗弯承载力规定。该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为9750664=9086mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标8428 mm，说明梁的正截面承载力亦满足规定。第二排弯起钢筋（2N3）该排钢筋的充足运用点的横坐标为 3979mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为97502615=7135mm，说明弯起点位于充足运用点左边，且两点之间的距离为71353979=3156 mmh0/2=1411/2=706 mm，满足斜截面抗弯承载力规定。该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为97501990=7760 mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标6382 mm，说明梁的正截面承载力亦满足规定。第三排弯起钢筋（2N2）该排钢筋的充足运用点的横坐标为0 mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为97503869=5881mm，说明弯起点位于充足运用点左边，且两点之间的距离为5881 mmh0/2= 1393/2=697mm，满足斜截面抗弯承载力规定。该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为97503279=6471 mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标3979 mm，说明梁的正截面承载力亦满足规定。经上述分析判断可知，初步拟定的弯起钢筋的弯起点位置的正截面抗弯承载力和斜截面承载力均满足规定。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第9311条：简支梁第一排弯起钢筋的末端弯折起点应位于支座中心截面处，以后各排弯起钢筋的末端弯折点应落在或超过前一排弯起钢筋弯起点截面。同时，为了节约钢筋，从而达成安全、经济、合理，应使抵抗弯矩图更接近于设计弯矩图。拟作如下调整：弯起钢筋调整表编号理论断点横坐标(mm)充足运用点横坐标(mm)充足运用点+h0/2横坐标(mm)原弯起点横坐标(mm)拟调弯起点横坐标(mm)4975082488972伸入支座38248638270798425842526382397946857135642513979069758813865如图6所示：跨中部分增设 2对 2 18的斜筋。222主梁中心线理论支承线弯矩包络图修改后抵抗弯矩图修改前抵抗弯矩图4.2 斜截面抗剪承载力复核斜截面抗剪承载力复核原则根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第527条：矩形、T形和工字形截面受弯构件，当配有箍筋和弯起钢筋时，其斜截面抗剪承载力验算采用下列公式：根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第528条：进行斜截面承载力验算时，斜截面水平投影长度C应按下式计算：C=0.6mh0。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第526条：计算受弯构件斜截面杭剪承载力时，其计算位置应按下列规定采用：距支座中心h/2处截面；受拉区弯起钢筋弯起点处截面；锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面；箍筋数量或间距改变处的截面；构件腹板宽度变化处的截面。斜截面抗剪承载力复核距支座中心h/2处的截面（x= 9.00 m）经试算取斜裂缝顶端位置横坐标为7.553 m。 m=Mx/Vxh0= 3.0C=0.6mh0= 0.61.191.429=1.026m 在此斜截面水平投影长度范围内，同一弯起平面与斜截面相交的弯起钢筋为2N3 (232),斜筋有2N6 (218),Asb= 2023 mm2。配箍率为：纵筋配筋率为：（与斜截面相交的纵筋为232 ）p=100= 1000.0056=0.56 2.5 第一排弯起钢筋弯起点处的截面（x=8.425m）经试算斜裂缝顶端位置横坐标为6.996 m。 m=Mx/Vxh0= 3.0C=0.6mh0=0.61.561.411=1.324m 在此斜截面水平投影长度范围内，同一弯起平面与斜截面相交的弯起钢筋为2N3(232),斜筋有2N6 (2168) ，Asb= 2023 mm2。配箍率为：纵筋配筋率为：（与斜截面相交的纵筋为 432）p=100=1000.0113=1.13 3.0取m=3.0C=0.6mh0=0.631.393=2.507m在此斜截面水平投影长度范围内，同一弯起平面与斜截面相交的弯起钢筋为2N2(232),斜筋有2N5 (218) ，Asb= 3619 mm2。配箍率为：纵筋配筋率为：（与斜截面相交的纵筋为632 ）p=100=0.0171100= 1.71 3.0取m=3.0C=0.6mh0=0.631.393=2.507m在此斜截面水平投影长度范围内，同一弯起平面与斜截面相交的弯起钢筋.斜筋都没有。 锚于受拉区纵向钢筋开始不受力的截面 由于受拉钢筋不受力，所以受拉承载力等于受压承载力fcd bfx=ftd(h-x)b+(hf-x)(bf-b)ftd13.8 1600x=1.39（1500-x）200+(120-x)(1600-200)1.39 得x=27mmhf(=120mm) 第一类T型截面Mu= fcd bfx(h-x/2) =13.8160027（1300-27/2） =886.19 KNm 886.19=2230.98(1-4x2/195002) 得x=7570mm 所以对距梁跨中x=7570mm的钢筋复核 ，经验算取斜裂缝顶端位置横坐标为8008-1429=6141mmm=Mx/Vxh0= 3.0C=0.6mh0= 0.62.1811.411=1.846m 在此斜截面水平投影长度范围内，同一弯起平面与斜截面相交的弯起钢筋2N2（232），斜筋2N5（218）2N6（218）, Asb= 2412 mm2配箍率为：纵筋配筋率为：（与斜截面相交的纵筋为432 ）p=100= 1.31 2.5取p=1.31箍筋数量或间距变化处的截面位置（x= 8.000 m）经试算取斜裂缝顶端位置横坐标为 8000-1429=6571mm。m=Mx/Vxh0= 3.0C=0.6mh0= 0.61.8651.411=1.579m 在此斜截面水平投影长度范围内，同一弯起平面与斜截面相交的弯起钢筋为 2N3（232）；斜筋2N6（218），Asb= 2023mm2。配箍率为：纵筋配筋率为：（与斜截面相交的纵筋为432 ）p=100= 1.31 hf= 120 mm说明为第二类T形截面，重新计算x0。（bfb）hf (x0hf /2)+bx20/2=ESAs(h0x0)（1600200）120 (x0120 /2)+200x20/2=6.6676434s(1393x0)x0=290.98 mmhf= 120 mm开裂截面惯性Icr=bfx30/3(bfb)(x0hf)3/3+ESAs(h0x0)2= 1600290.983/3(1600200)(290.98120)3/3+6.6676434(1393290.98)2 =6.29011010 mm4 正应力验算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第724条：钢筋混凝土受弯构件正截面应力按下列公式计算，并应符合下列规定：受压区混凝土边沿的压应力受拉钢筋的应力根据公路桥涵设计通用规范（JTG D602023）第4110条：构件在吊装、运送时，构件重力应乘以动力系数1.2 或0.85。跨中截面的计算弯矩为：Mtk=1.2M1/2=1.2585.90=703.08 KNm 受压区边沿的应力最外层受拉钢筋重心处的应力最下面一层钢筋的应力，净保护层为 53 mm。=6.6670.75335=251Mpa满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第724条规定规定。第6章 使用阶段裂缝宽度和变形验算6.1 使用阶段裂缝宽度验算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第643条：矩形、T形截面钢筋混凝土构件其最大裂缝宽度Wfk可按下列公式计算：纵向受拉钢筋换算直径As的直径32mm焊接钢筋骨架d=1.3de=1.332 =41.6 mm纵向受拉钢筋配筋率=As/bh0=6434/(2001393)=0.0231 0.02，取=0.02。受拉钢筋在使用荷载作用下钢筋重心处的拉应力根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第644条纵受拉钢筋的应力按下式计算：ss=Ms/(0.87Ash0)= 1375.50106/(0.8713936434)=176.40Mpa短期荷载作用下的最大裂缝宽度螺纹钢筋C1=1.0；C3=1.0；C2=1+0.5Nl/Ns=1+0.51148.86/1375.50=1.42满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第642条的规定。6.2 使用阶段的变形验算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第651条：钢筋混凝土受弯构件，在正常使用极限状态下的挠度，可根据给定的构件刚度用结构力学的方法计算。第652条：钢筋混凝土受弯构件的刚度可按下式计算：根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第653条：受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，即按荷载短期效应组合计算的挠度值，乘以挠度长期增长系数。挠度长期增长系数为=1.60。变形计算时，主梁已经安装就位，截面应取翼缘的全宽计算，bf=1600mm。开裂截面受压区高度0.51600x02=6.6676434(1393x0)解得：x0247.80 mmhf= 120 mm说明为第二类T形截面，重新计算x。（bfb）hf (x0hf /2)+bx20/2=ESAs(h0x0)（1600200）120 (x0120 /2)+200x20/2=6.6676434s(1393x0)x0=290.98 mmhf= 120 mm开裂截面惯性Icr=bfx30/3(bfb)(x0hf)3/3+ESAs(h0x0)2= 1600290.983/3(1600200)(290.98120)3/3+6.6676434(1393290.98)2=6.29011010 mm4 全截面受压区高度全截面惯性矩I0= bh3/12+bh(h/2x0)2+( bfb) hf 3/12+( bfb) hf( xhf/2)2+(ES1) As (h0x)2 = 20015003/12+2001500(150/2567)2+( 1600200) 120 3/12+(1600200) 120(567120/2)2+(6.6671)6434(1393567)2= 1.351011 mm4全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩S0= bf x02/21/2(bfb)(x0hf/2)2=16005672/21/2(1600200)(567120/2)2 =1.17108 mm3开裂弯矩换算截面抗裂边沿的弹性抵抗矩。W0=I0/(hx0)=1.351011/(1500567)=1.45108 mm3受拉区塑性影响系数=2S0/W0= 21.17108/(1.45108)=1.61开裂弯矩Mcr=ftkW0=1.612.011.45108 =4.6923108 Nmm=469.23KNm开裂构件等效截面的抗弯刚度全截面的抗弯刚度B0=0.95EcI0=0.953.001041.351011=3.851015 mm4N/mm2开裂截面的抗弯刚度Bcr=EcIcr= 3.001046.29011010 =1.891015 mm4N/mm2开裂构件等效截面的抗弯刚度受弯构件在使用阶段的跨中截面长期挠度值(9)在结构自重作用下跨中截面长期挠度值(10)则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值(WQ)为WQ = =43.1527.51=15.64mmL/1600=12 mm，说明跨中截面需要设立预度其值应按结构自重和1/2可变荷载频遇值计算的长期挠度值之和。=+1/2 wQ = 27.51+0.515.64=35.33mm第7章 纵向构造钢筋、架立钢筋及骨架构造7.1架立钢筋架立钢筋选用 218 ，钢筋净保护层为43 mm，则架立钢筋与梁顶的净距为56mm，架立钢筋底部距梁顶的距离为68mm。7.2纵向构造钢筋根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第938条：T形截面梁的腹板两侧，应设立直径为68mm的纵向钢筋，每腹板内钢筋截面面积宜为（0.0010.002）bh，其中b为腹板宽度，h为梁的高度，其间距在受拉区不应大于腹板宽度，且不应大于200mm，在受压区不应大于300mm。在支点附近剪力较大区段，腹板两侧纵向钢筋截面面积应予增长，纵向钢筋间距宜为100150mm。As=（0.0010.002）bh= 300 600 mm2拟采用 8 ，As=704 mm2，每侧 7 根。纵向构造钢筋如图8所示。7.3关于骨架构造梁的骨架由两片焊接骨架及箍筋构成，两片骨架的形状和尺寸是相同的，跨中截面的左半部分和右半部分是对称的。弯起钢筋除由梁的主筋弯起332，尚增设218 的斜筋，均是成对弯起。焊接长度按规定设立（双面），弯起钢筋的直线段焊缝及弯起处焊缝应设在45弯折处以外部分，如图9所示，各焊缝间距在拟定弯起点位置后计算的。第8章 钢筋长度计算钢筋长度系指钢筋轴线之长度，在计算时应先计算各钢筋弯起点至跨中的距离，然后算出各号钢筋的弯起高度，图10就是用来计算各号钢筋的弯起高度的，算出弯起高度后即可算出45斜边长，在计算各号钢筋的全长时，应注意到每一弯折处图上绘的都是折线，为此，还应扣除多算的部分，即切曲差=2TC，每有一弯折即应扣除一个切曲差。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622023）第915条：受拉钢筋端部弯钩应符合下表规定。受拉钢筋端部弯钩弯曲部位弯曲角度形 状钢 筋弯曲直径（D）平直段长度末端弯钩180R2352.5d3d135HRB3354d5dHRB400KL4005d90HRB3354d10dHRB400KL4005d中间弯折90各种钢筋20d9.1.6箍筋的末端应做成弯钩。弯钩角度可取135。弯钩的弯曲直径应大于被箍的受力主钢筋的直径，且R235钢筋不应小于箍筋直径的2.5倍，HRB335钢筋不应小于箍筋直径的4倍。弯钩平直段长度，一般结构不应小于箍筋直径的5倍。45弯折（R=10d）直径弯折半径R(mm)切线长T(mm)曲线长C(mm)切曲差=2TC(mm)1816066 126 7 32320133 251 14 90弯折直径弯折半径R(mm)切线长T(mm)曲线长C(mm)切曲差=2TC(mm)22（R=3d）7070 110 30 32（R=10d）320320 503 137 135弯折（R=3d）直径弯折半径R(mm)切线长T(mm)曲线长C(mm)切曲差(mm)=2TC切点间水平距离h(mm)1850121 118 124 85 32100241 236 247 171 各号钢筋长度计算如下：号钢筋计算（32 ）29870=19740mm=1974cm号钢筋计算（32）2（290+1819+3865）=11948 mm=1194.8cm号钢筋计算（32）2（290+1867+6425）=17164 mm=1716.4cm号钢筋计算（32）2（290+1918+8425）=21266mm =2126.6cm号钢筋计算（18）150+1841+150=2141mm=214.1cm号钢筋计算（18）150+1892+150=2192mm=219.2cm号钢筋计算（22）2（1221+110+110+9860+160）=22922 mm=2292.2cm8号钢筋计算（箍筋8）箍筋的长度为各段轴线的折线长度之和，并于两端每端加75mm，其150mm。箍筋高（轴线距离）：1500（43+4）（35-4）=1430 mm箍筋轴线间的宽度：200（35-4）2=138 mm=140 mm箍筋长：1430+1510+215+140=3295mm=329.5cm 9.号钢筋计算（水平纵向钢筋8）29945=19890mm=1989cm 第9章 钢筋明细表及钢筋总表各号钢筋长度算出后，接着计算一片主梁各