装配式钢筋混凝土简支T梁设计书

1 装配式钢筋混凝土简支 T 梁设计书 一 基本资料设计 1跨度和桥面宽度 普通客运铁路单线 （ 1）标准跨径： 16m （ 2）计算跨径： 3）主梁全长： 技术标准 设计荷载：中 活载，设计安全等级：二级 图一 中 活载图式（距离以 m 计 ) 3主要材料 （ 1）混凝土： 重 26KN/ 2）钢筋：主筋用 他用 钢筋 4主梁截面设计 2 采用 图二 单位： 主梁的计算 作用效应计算 载） 图三 铁路 3 图四 轨道板横截面（单位： 图五 防撞墙（单位 ： （ 1）恒载（自重） 假定桥面构造各部分重量平均分配给各主梁承担，永久荷载计算结果见表一。 表一 钢筋混凝土型梁的恒载计算表 构件名 构件单位长度体积 / 3m 重度 /（ 3/kN m ） 每延米重 /q（ /kN m ） 主梁 26 隔梁 桥面铺装 桥面层 (厚 20 26 座（厚 20 23 床（厚 201 8 26 枕（厚 20 26 轨、扣件、橡胶垫等 人行道 6 5=撞栏 5 4 各梁的恒载汇总结果见表二。 表二 各梁永久荷载值 （单位： /kN m ） 梁号 主梁 防撞栏 人行道 桥面铺装层 总计 1(2) 2）恒载计算 4 1）影响线面积计算如下表三。 表三 影响线计算表 项目 计算图示 影响线面积 影响线最大竖标值（ 0 3 3/8 0 l1/4 1/8 1 3 0 l目 计算图示 影响线面积 影响线最大竖标值（ 00 l 3/8 9 3 l1/4 8 7 l1/8 8 1 l0 l 1 2） 主梁恒载内力计算如下表四。 计算公式：弯矩0剪力0表四 主梁恒载内力 内力 截面位置 剪力 V(弯矩 M(1、 2号梁 1、 2号梁 5 X=0 X=1/8 =l/4 =3/8 =l/2 0 可变作用效应（活载） 列车竖向活载包括列车竖向动力作用时，该列车竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数 1 。 （ 1）计算列车荷载动力系数 ，计算过程如下： 其中： 值小于 1m 所以： （ 2）列车荷载 集中荷载50均布荷载 表五 中 活载的换算均布活载（ KN/m，每线） （ 3）其他荷载 6 人群荷载 根据规范取 m/列车的横向摇摆力： 因为轨道的不平顺，列车在行驶过程中发生左右摇摆，蛇形运动，这种横向摇摆力很难准确计算，现规定作用于轨顶面的荷载取： 中风荷载、列车牵引力（制动力）、温度影响力等忽略不计。 （ 4）可变作用弯矩效应计算 弯矩计算公式： 01 ( )k k kM q p y 其中，取 取 算结果如下： 表六 列车荷载产生的弯矩 单位 :（ 梁号 位置 1+ /( / )kq kN m 0 /kp 弯矩 M 1（ 2） X=0 250 0 0 X=1/8 50 =l/4 50 =3/8 50 =l/2 50 七 人群荷载产生的弯矩 单位 :（ 梁号 位置 /( / )kN m 0 弯矩 M 1（ 2） X=0 0 X=1/8 =l/4 =3/8 =l/2 八 列车横向摇摆力作用于轨顶面产生的弯矩 单位 :（ 梁号 位置 /( / )kN m 0 弯矩 M 1（ 2） X=0 0 X=1/8 =l/4 7 X=3/8 =l/2 5)可变作用剪力效应计算 1）跨中截面剪力2/1 01 其中，取 取 算结果如下： 表九 列车荷载产生的跨中剪力 单位 :（ 梁号 作用力 1+ /( / )kN m 0 /kp 剪力 2/1V 1（ 2） 列车荷载 50 群荷载 车横向摇摆力 ）支点处截面剪力 0V 0其中 01 ；内力影响线竖标值 其中 a 为荷载横向分布系数变化区段的长度，其值4 a= =算结果如下： 表十 列车荷载产生的支点剪力 单位 :（ 梁号 作用力 1+ /( / )kN m 0 /kp 剪力 2/1V 1（ 2） 列车荷载 50 1 8 人群荷载 车横向摇摆力 十一 各位置作用效应值 梁号 内力 位置 永久荷载 人群荷载 列车荷载 横向摇摆力 1(2) 弯矩 (M) （ X=0 0 0 0 0 X=1/4 =1/2 力 (V) (X=0 =1/2 0 、 偶然作用效应 地震作用、撞击作用等荷载忽略不计。 4、 作用效应组合 （ 1）按承载能力极限状态设计时的作用效应组合 1）基本组合 0 0 1 112d G i G i k Q Q k c Q j Q j S S 其中 永久荷载作用分项系数： ； 汽车荷载作用分项系数：1 ； 人群荷载作用分项系数： ； 两种作用效应组合系数： 7.0c。 2）偶然组合（略） （ 2）按正常使用极限状态设计时的作用效应组合 1） 作用短期效应组合 其中 9 可变作用效应的频遇值系数：对于列车荷载（不计冲击力）、人群荷载、风荷载、 温度梯度作用，其值分别为 他则取 2） 作用长期效应组合 其中 可变作用效应的准永久值系数：对于列车荷载（不计冲击力）、人群荷载、风荷载、 温度梯度作用，其值分别为 他则取 组合结果如下： 表十二 作用效应组合 梁号 组合 X=0 X=1/2 1（ 2） 基本组合 弯矩 0 力N) 期组合 弯矩 0 力N) 期组合 弯矩 0 力N) 2 持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算 1配置主梁受力钢筋 1）配筋 由作用效应组合表可以看出，最大弯矩面将根据最大弯矩进行配筋。 假设钢筋净保护层为 3筋重心至底边距离为 5 ，则主梁有效高度为 8 5152 0 00 由 2号梁弯矩判断主梁的截面形式。 10 0()2fc d f b h h 所以属第一类截面。 求受拉钢筋面积 210s cd b h = 根据s查表得 s=是 0s =选用 8根直径为 36的 143筋布置如图六（ a）所示 钢筋的重心位置 0 sh h a= 配筋率为 03695180*882191922508143 100%= 查规范可得）；故配筋率不满足规范要求，需要重新配筋，根据规范要求以最小配筋率重新配筋。 重新配筋： 受拉区钢筋面积2m 2780 f 选用 15根直径为 36 的 12780筋布置如图六（ b）所示 (a） 图六 (b) 钢筋的重心位置8 11 0 sh h a=20082 配筋率 为 03695180*882 100%= 查规范可得）；故配筋率满足规范要求。 2）验算 按截面实际配筋面积计算截面受压区高度 280 * *168sd cm 2 68300 截面抗弯极限状态承载力为 由表 11可知，支点剪力和跨中剪力 假定最下排 3根钢筋没有弯起而通过支点，则有： o 0, , 故端部抗剪截面尺寸满足要求。 若满足 ，可不需要进行斜截面抗剪强度计算，仅按构造要求配置箍筋。 而本例中 对于支点截面： 5 9 3 0 对于跨中截面： 82 因此 ，应进行持久状况截面抗剪承载力验算。 12 （ 1）斜截面配筋的计算图示 1） 最大剪力 h/2（粱高的一半）处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担的剪力 0% 起钢筋（按 45 弯起）承担的剪力 0% 2） 计算第一排（从支座向跨中计算）弯起钢筋时，取用距支座中心 h/2 处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 3） 计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋下面弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 弯起钢筋配筋及计算图示如图七所示。 由内插可得，距支座中心 h/2处的剪力效应 d 图七 单位： 应各排弯起钢筋的位置号及承担的剪力值见表十三 13 表十三 弯起钢筋位置与承担的剪力值计算表 斜筋 弯起点距支座中心距离 /m 承担的剪力值 筋 弯起点距支座中心距离 /m 承担的剪力值 （ 2）各排弯起钢筋的计算。根据公式，与斜 截面相交的弯起钢筋的抗剪承载力按下式计算： 1000a= 060 ，故相应于各排弯起钢筋的面积按下式及计算 23 2 0 7 8 4 计算的每排弯起钢筋的面积见表十三 表十三 每排弯起钢筋面积计算表 弯起排次 每排弯起钢筋计算面积起钢筋数目 每排弯起钢筋实际面积 A sb/ 36 3054 2 36 3054 3 36 3054 4 36 3054 5 28 1847 6 25 1473 7 22 1140 在靠近跨中处，增设 3 28、 3 25和 3 22的辅助斜钢筋 （ 3） 主筋弯起后持久状况承载能力极限状态正截面承载力验算： 计算每一弯起截面的抵抗弯矩是，由于钢筋根数不同，则钢筋的重心位置也不同，有效高度 也因此不同。为了简化计算，可用同一数值，影响不会很大。 3 36钢筋的抵抗弯矩 14 (3 4311 跨中截面的钢筋抵抗弯矩 3 图八为全梁承载能力校核，弯起钢筋的弯起点应设在按抗弯强度计算不需要该钢筋的截面以外不小于 20h 之处，从图中可以看到，钢筋的弯起位置均符合要求。 图八 3箍筋设计 根据主梁支点 处纵向受拉主筋的配筋率 100P 小、跨中大的特点，分别选择 4 8 四肢箍筋和 2 8 双肢箍筋，其截面积分别为： 24 01.2 ，221.1 箍筋间距的计算公式： )(2321 对于支点处，纵向主筋为 3 36， ； 00 ， 15 0 0 6 2 5 525 s ， P ， 代入公式得： 于跨中，纵向主筋为 15 36， ， 820 0 3 3 5 225 6 8 2 ， P ， ， 代入公式得：s 据规定，箍筋间距不大于梁高的 43 和 50座中心两侧各相当于梁高21 ( 2h )的长度范围内，箍筋间距不大于 10壁受弯构件其箍筋间距不应超过 20上所述，全梁箍筋间距除支座附近为 10余梁段均可选用0 ，并在距支点 肢变为 2 肢。 箍筋配筋率验算，对于支点处： 0 0 1 8 0 1.2 m i 对于支座附近以外处： 0 0 1 2 0 1.1 m i 均满足最小配箍率 要求。 4 斜截面抗剪强度验算 根据规定，距支座中心 2h (梁高一半 )处截面、受拉区弯起钢筋弯起点处截面、箍筋数量或间距有改变处的截面以及受弯构件腹板厚度有改变处的截面均应进行抗剪强度验算，据此，斜截面的抗剪强度的验算如图所示（图 九）： 16 图九 此时的 Q、 相应于上述最大剪力时的弯矩。最大剪力及相应的弯矩以下公式确定： )41( 22式中：距梁跨中截面为 力值； 跨中截面处的计算弯矩、剪力； 支座中心处的截面计算剪力； L简支梁的计算跨径； X以跨中为横坐标原点的横坐标值。 各截面相应的剪力和弯矩设计值如下表： 表十四 截面 设计值 1矩 ).( (7 受弯构件配有箍筋和弯 起钢筋时，其斜截面抗剪强度验算公式为 3130) 过程略 钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载力不足而破坏的原因，主要是由于受拉区纵向钢筋锚固不好或弯起钢筋位置不当而造成，故当受弯构件的纵向钢筋和箍筋满足构造要求，是可不进行斜截面抗弯承载力计算，同样，斜截面抗剪强度可以得到保证时也可不必进行验算。 最大裂缝宽度按下式计算 对于 弯构件，其最大裂缝宽度可按下列公式计算： 0321m a x 1c 考虑钢筋截面表面形状的系数，对于螺纹钢筋 1c 2c 考虑荷载作用的系数，长期荷载作用时， ，其中 3c与构件形式有关的系数，当具有腹板的受弯构件时，3c d纵向受拉钢筋 含筋率，按下式计算： )(0 当 大于 受拉翼缘的宽度和厚度； g受拉钢筋在使用荷载下的应力，可按公式087.0 计算。 下面计算在正常的环境长期荷载下主梁跨中的最大裂缝宽度是否符合要求。 已知在荷载组合作用下 ， 18 根据前文计算，可以得到跨中弯矩效应组合值： 过程略 久状况正常使用极限状态下主梁变形验算 钢筋混凝土受弯构件，在正常使用极限状况下的挠度，可按给定的刚度用结构力学的方法计算。其抗弯刚度 02201c r c rs s c B 02, 对于简支梁挠度：6