《混凝土结构设计基本原理》课程设计.doc

中南大学混凝土结构设计原理课程设计 土木试验1101班 混凝土课 程 设 计 题 目: 铁路桥涵钢筋砼简支梁设计指导教师: 魏标 姓名: 班 级: 土木试验1101班 学 号: 1217110127 2014年1月12日一、设计概要一钢筋混凝土工字型截面简支梁，承受均布二期恒载g=21kN/m（不含自重），均布活载q=76kN/m，计算跨度12m，截面尺寸如图所示。混凝土采用C35，受力纵筋采用HRB335级，箍筋采用Q235级，按铁路桥涵设计规范（TB10002.3-2005）设计该梁。要求：（1） 按抗弯强度确定所需的纵筋的数量。（2） 设计腹筋，并绘制抵抗弯矩图和弯矩包络图，并给出各根弯起钢筋的弯起位置。（3） 验算裂缝是否满足要求。（4） 验算挠度是否满足要求。（5） 绘梁概图：以半立面、剖面表示出梁各部尺寸。（6） 绘主梁钢筋图：以半跨纵剖面、横剖面表示出梁内主筋、箍筋、斜筋、架立钢筋、纵向水平及联系筋的布置和主筋大样图。 二、设计计算2.1设计计算数据混凝土C35：=11.8MPa，n=10（其他构件）HRB335级钢筋：，2.2内力弯矩计算一期恒载选25kN/m跨中最大弯矩：2.3配置主筋弯矩较大，假设受拉钢筋按两排布置。 2.4正截面承载力验算先假定中性轴在翼板中，按的矩形计算。中性轴在腹板内，与假定不符，应重新计算x值。由Sa=Sl整理得： 解得：x=518.9mm，其中，I是受压区混凝土对X轴的惯性矩，S是受压区混凝土对X轴的静矩。 =1900120(518.9-60)+800(518.9-120)2+1209600(518.9-180）2=296994968 = =则有y=221.9 mm内力臂为：钢筋拉应力为：最外侧钢筋的拉应力： 混凝土的压应力： 应力满足要求，截面安全，所需的受拉钢筋满足要求。2.5斜截面承载力计算（1）剪应力计算支座处最大剪力为假定z沿梁长不变，并取最大弯矩处（跨中截面）内力臂z=1478mm。（2）绘剪应力图，确定需要计算配腹筋的区段当混凝土为C35时，查得，。最大主拉应力，故不必加大梁截面或提高混凝土强度等级，但，则必须进行腹筋的计算，在区段内，则可由混凝土承受主拉应力。由上图可知，需要计算设置腹筋的区段长度为:L=（3）箍筋的设计箍筋按构造要求选用，由于梁肋较宽b350mm，故箍筋采用双肢，选用Q235级钢筋，直径dk=10mm，间距Sk=300mm，沿梁长等间距布置。箍筋所承受的主拉应力为: （4）斜筋设计剪应力图中需要斜筋承受的面积为:所需斜筋总面积为: 可取=4根（5）用作图法确定斜筋位置4根斜筋分批弯起，每次弯起一根，分别为1N1、1N2、1N3、1N4，将剪应力图4等分，如图所示。在弯矩包络图中，M=2196KNm而由图可见，材料图恰当地覆盖了弯矩图。在计算配置斜筋的区段内，任何竖向截面至少能与一根斜筋相交，因而抗剪强度满足计算与构造要求。另外，在上述弯起斜筋以外，在靠近支座处还弯起了一批斜筋2N5这是为了加强支座截面而设的，不再抗剪计算之内。 主拉应力分配图 材料图与斜筋位置（7） 弯起位置承载力验算梁两端支座反力：截面1-1：距离左支座处4244mm 实际弯矩 M=2008 KNm 容许弯矩 M=3518 KNm 因此：安全截面2-2：距离左支座处2896mm 实际弯矩 M=1608 KNm 容许弯矩 M=3015 KNm 因此：安全截面3-3：距离左支座处1966mm 实际弯矩 M=1203 KNm 容许弯矩 M=2513 KNm 因此：安全截面4-4：距离左支座处1205mm 实际弯矩 M=793 KNm 容许弯矩 M=2010 KNm 因此：安全截面5-5：距离左支座处0mm 实际弯矩 M=0KNm 容许弯矩 M=2010 KNm 因此：安全三、裂缝宽度验算活载作用下弯矩：恒载作用下弯矩：钢筋为HRB335级钢筋，裂缝计算宽度为（，一般大气条件下的地面结构，无防护措施。） =1.0995裂缝宽度满足要求。四、挠度验算换算截面面积：换算截面重心轴至底边的距离：换算截面惯性矩：截面几何特征编号Ai(mm2)a(mm)S=Aia(mm3)1228000184041952010329600174016704103348900096547188510344000021786001035105000757875103614140812519640103 静定结构不考虑受拉区混凝土，计入受拉钢筋，所以截面几何特征如下：编号Ai(mm2)a(mm)yi*(mm)Aiyi2(mm3)Ii(mm4)12280001840700.3511183174.810427360104296001740600.353918507.6104768010431196701580.6440.92326298.8104157849.710461571201251014.6516175733104表中：a各截面Ai的重心至底边的距离； yi*各截面的重心至换算截面重心的距离；Ii各截面对其自身重心的惯性矩； 梁的最大挠度为：挠度验算满足要求。五、架立筋及纵向构造钢筋根据构造要求，在上翼板四个角点配置4根架立钢筋412，在翼板上沿配置2根架立钢筋212，在下翼板四个角点配置4根架立钢筋412。由于梁的高度h=1900mm1000mm，所以应在梁的两侧沿高度配置纵向构造钢筋，且间距为130mm，取2012，10排布置，并设置腰筋12300mm。参考文献：1 袁锦根,余志武.混凝土结构设计基本原理M. 北京：中国铁道出版社，20052 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）S.北京：中国建筑工业出版社，20023 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005)S.北京：中国铁道出版社，2005第 10 页