公路棚架结构计算稿

1、公路棚架结构计算稿审 定： 审 查： 校 核： 编 写： 目录1 计算目的和要求12 计算资料12.1 工程概况12.2 设计依据和参考资料12.3 基本资料22.3.1 工程等级22.3.2 抗震设防烈度22.3.3 建筑材料22.3.4 相关系数22.3.5 保护层厚度32.3.6 材料信息32.3.7 结构简图32.3.8 结构几何参数52.4 荷载计算52.4.1 主梁荷载52.4.2 立柱荷载63 结构计算过程及结果73.1 内力计算83.1.1 工况一内力计算83.1.2 工况二内力计算103.2 配筋计算113.2.1 工况一配筋计算113.2.2 工况二配筋计算133.3 配筋

2、计算154 其他说明1521 计算目的和要求计算结果作为该部位梁、柱截面尺寸和配筋的依据，保证结构在施工和运行期间的安全性。2 计算资料2.1 工程概况本工程采用棚架等结构对右岸进场公路进行危石治理，确保行人及车辆安全。2.2 设计依据和参考资料1、依据的规范建筑结构荷载规范 GB50009-2012混凝土结构设计规范 GB500102010水工混凝土结构设计规范 DL/T505720093、参考资料水工钢筋混凝土结构学 中国水利水电出版社水工混凝土结构设计手册 中国水利水电出版社2.3 基本资料2.3.1 工程等级本工程为建筑物结构安全级别为II级。2.3.2 抗震设防烈度根据中国地震动参数

3、区划图(GB183062001)，工程区地震动峰值水平加速度a=0.05g、地震基本烈度为度。根据水工混凝土结构设计规范DL/T50572009的有关规定，本工程抗震设计烈度为6度，可不进行截面抗震验算，但仍需采取抗震构造措施。2.3.3 建筑材料1、混凝土：采用C30混凝土。2、钢筋：梁、柱中的纵向钢筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。2.3.4 相关系数1、结构重要性系数结构安全级别为II级，故结构重要性系数1.0。2、设计状况系数本次计算主要考虑高空落石的偶然状况，取0.853、结构系数钢筋混凝土及预应力混凝土结构的结构系数1.24、荷载分项系数结构永久荷载分项系数=1.05，可变

4、荷载分项系数=1.2。5、正常使用极限状态验算指标（1）裂缝宽度本次计算部位混凝土处于二类环境，最大裂缝宽度限制值= 0.30mm。（2）挠度挠度限制值：当<7m时， =当7m9m时， =当>9m时， =（为计算跨度）2.3.5 保护层厚度本次计算部位处于二类环境，梁、柱钢筋的混凝土保护层厚度取c=40mm。2.3.6 材料信息（1）混凝土C30 轴心抗压设计值fc =14.3 N/mm2轴心抗拉设计值ft =1.43 N/mm2轴心抗压标准值fck =20.1N/mm2轴心抗拉标准值ftk =2.01N/mm2弹性模量EC=3.0×104 N/mm2素混凝土容重=24.

5、0 kN/m3钢筋混凝土容重=25.0 kN/m3（2）钢筋HRB400抗拉强度设计值fy=360 N/mm2弹性模量ES = 2.00×105 N/mm2抗拉强度标准值fyk=400 N/mm2（3）钢筋HPB300抗拉强度设计值fy=270 N/mm2弹性模量ES=2.10×105 N/mm2抗拉强度标准值fyk=300 N/mm22.3.7 结构简图根据建筑功能、设备布置和框架结构体系要求，确定结构平面布置见图2.1所示。（a）外侧立视图（b）A-A剖面图图2.1 棚洞防护结构简图2.3.8 结构几何参数（1）主梁几何参数棚架梁为拱形梁，圆拱半径4920mm，最大角度

6、90.7°，总长7784mm。梁截面尺寸=350mm×500mm（2）立柱几何参数立柱柱子高度：H=5263mm柱子的计算长度：L0=1.25×52636580mm柱子的截面尺寸：=350mm×500mm2.4 荷载计算2.4.1 主梁荷载作用在主梁上的荷载主要有：坠石冲击荷载、梁及其他构件自重荷载、雪荷载、安装和维修时上人及设备活荷载。（1）坠石冲击荷载依据业主要求，坠石的冲击荷载按照100kg坠石从高20m处落下产生的撞击力考虑，根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012）中偶尔荷载的汽车撞击荷载计算公式，计算如下：坠石质量：m=100kg撞击速

7、度：=(2×9.81×20)1/2=19.80m/s撞击时间取为：t=0.2s坠石撞击力荷载：=100×19.8/0.2/1000=9.9kN撞击力荷载设计值为P=9.9×1.2=11.9kN（2）梁及其他构件自重荷载拱形梁等效自重荷载设计值估算其他构件（包括钢丝绳网、栅格网、支承筋、减压环等）重量按15kg/m2计算。相邻的梁之间钢丝绳网面积为47.3m2，等效为梁上作用力为15×47.3×9.8/1000=7.10kN,即对梁产生均布荷载设计值（3）雪荷载根据建筑结构荷载规范（GB500092001），钢丝绳网水平投影面上的雪荷载

8、标准值按下式计算：雪荷载标准值其中屋面积雪分布系数基本雪压等效为梁上作用力为0.12×47.3=5.68kN即对梁产生均布荷载设计值（4）安装、维修时人及设备荷载荷载设计值取为2.4.2 立柱荷载作用在立柱上的荷载包括自重和风荷载。（1）立柱自重设计值（2）风荷载根据建筑结构荷载规范（GB500092001），当计算主要结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下列公式计算： 风荷载标准值（）；高度Z处的风振系数；风荷载体型系数；风压高度变化系数；基本风压（）。1.基本风压。基本风压按50年一遇的风压采用：2.风压高度变化系数。离地面高度h=7.2m，查表7.2.1得，。综合考虑

9、地形条件，修正系数 则3.风振系数。根据附录E结构自振周期,查表7.4.3得查表7.4.4-1及附录F得，4.风荷载体型系数查表7.3.1得可变荷载分项系数风荷载设计值3 结构计算过程及结果考虑到坠石砸落部位的不同，会对棚架结构产生不同的荷载类型。其中最不利的情况有两种：工况一，坠石砸到主梁顶部，对梁柱结构造成竖向冲击力，该工况下的构件承载能力计算可作为棚架的梁柱平面内结构设计和配筋的依据；工况二，坠石砸到两梁正中间的钢丝绳网上，对梁柱结构造成侧向拉力和竖直向冲击力，该工况下的构件承载能力计算可作为垂直于棚架梁柱平面（侧向）结构设计和配筋的依据。3.1 内力计算3.1.1 工况一内力计算假定柱

10、子底部为固定端，梁两端为铰接，用结构力学求解器计算主梁和立柱受力。作用在梁上的均布荷载包括自重荷载、其他构件荷载、雪荷载，总值为用结构力学求解器计算结点,1,-4,0结点,2,4,0结点,3,-4,5.26结点,4,4,5.26结点,5,-3.3271,5.8412结点,6,-2.571,6.309结点,7,-1.7505,6.6517结点,8,-0.8864,6.8609结点,9,0,6.9312结点,10,0.8864,6.8609结点,11,1.7505,6.6517结点,12,2.571,6.309结点,13,3.3271,5.8412单元,1,3,1,1,1,1,1,0单元,3,5,

11、1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,1单元,7,8,1,1,1,1,1,1单元,8,9,1,1,1,1,1,1单元,9,10,1,1,1,1,1,1单元,10,11,1,1,1,1,1,1单元,11,12,1,1,1,1,1,1单元,12,13,1,1,1,1,1,1单元,13,4,1,1,1,1,1,1单元,2,4,1,1,1,1,1,0结点支承,1,6,0,0,0,0结点支承,2,6,0,0,0,0单元荷载2,2,11,3,6.51,0,1,90,1单元荷载,1,-3,4.6,0,1,180单元荷载,12,-3,4.6,0,1,180

12、结点荷载,9,1,11.9,-90单元材料性质,1,12,1,1,1,1,1受力图轴力图剪力图弯矩图在工况一下，主梁,立柱,3.1.2 工况二内力计算坠石砸到钢丝绳网中央时，对梁柱结构产生的荷载和简化为作用在梁顶部的冲击力P1和侧向拉力P2。根据前面对冲击荷载的计算，可以偏安全地取P1=P =11.9kN，P2=0.5P=5.95kN。据此计算梁的最大荷载值,。传递到单根立柱上的主梁、立柱、联系梁及其他构件自重荷载共计主梁最大荷载值,3.2 配筋计算3.2.1 工况一配筋计算<1> 主梁配筋计算主梁的混凝土保护层厚：c=40mm初步假设钢筋直径：d=28mm纵向受拉钢筋合力点至截面

13、受拉边缘的距离：a=c+d/2=54mm（d为钢筋直径）截面有效高度截面抵抗矩系数：=0.10其中相对受压区计算高度：0.105，可按单筋截面配筋计算，按构造配置适量受压钢筋。钢筋截面面积：=583mm2选用3C 18，As=763mm2受拉侧选用3C14配筋率：=0.0046 截面的受剪承载力：=163.3kN=151.2kN>V=21.52kN，不必配置抗剪钢筋选配双肢箍筋10200<2> 立柱配筋计算立柱的混凝土保护层厚：c=40mm初步假设钢筋直径：d=28mm纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离：a=c+d/2=54mm（d为钢筋直径）截面有效高度=5263/50

14、0=10.526>8，因此需要考虑纵向弯曲的影响。偏心距：=356mm，取1由于=10.526<15，取故：=1=1.10判断大小偏心，由于e0392mm>0.3h00.3×446133.8mm，故为大偏心受压构件，按大偏心受压构件进行计算。下面按对称配筋进行计算。=1.256.191000/(14.3350446)=0.03<=240/446=0.18=182mm为满足最小配筋率及构造要求，选用3C 16，As=603mm2抗剪计算：故按构造配置箍筋。实际选配双肢箍筋10200箍筋配筋率=157/(350×200)=0.22%，满足要求。3.2.2

15、 工况二配筋计算<1> 主梁配筋计算 主梁的混凝土保护层厚：c=40mm初步假设钢筋直径：d=28mm纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离：a=c+d/2=54mm（d为钢筋直径）截面有效高度截面抵抗矩系数：=0.01其中相对受压区计算高度：0.01，可按单筋截面配筋计算。钢筋截面面积：=71mm2在工况一下，已经对梁短边侧进行配筋（受拉区3C 18，受压区3C 14），因此长边上存在配筋，不需要单独配筋。截面的受剪承载力：=148kN=137.2kN>V=5.95kN，不必配置抗剪钢筋选配双肢箍筋10200<2> 立柱配筋计算立柱的混凝土保护层厚：c=40mm

16、初步假设钢筋直径：d=28mm纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离：a=c+d/2=54mm（d为钢筋直径）截面有效高度=5263/350=15.0>8，因此需要考虑纵向弯曲的影响。偏心距：=500mm，取1由于=15.015，取故：=1=1.095判断大小偏心，由于e0548mm>0.3h00.3×29688.8mm，故为大偏心受压构件，按大偏心受压构件进行计算。下面按对称配筋进行计算。=1.291.631000/(14.3500296)=0.05<=240/296=0.27=413mm为满足最小配筋率及构造要求，选用316，As=603mm2抗剪计算：故按构造配置箍筋。实际选配双肢箍筋10200箍筋配筋率=157/(500×150)=0.20%，满足要求。3.3 配筋计算对计算结果进行分析，板、梁配筋满足限制要求，结构构件截面尺寸合适，同时各项承载能力极限状态和正