混凝土结构设计原理课程设计(中南林业科技大学)

1、钢筋混凝土简支梁桥预制T形主梁设计学 院： 土木工程与力学学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 课程名称：结构设计原理任课老师： 钢筋混凝土简支梁桥T形主梁设计目录第一章 钢筋混凝土简支梁桥预制T形主梁设计资料 2 1.1 主要概况 2 1.2 计算参数 2 1.3 材料要求 2第2章 作用效应组合 2 2.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合 2第3章 截面尺寸拟定 3 3.1 、 、的拟定 3 3.2 翼缘板的计算宽度bf 4 第4章 主梁正截面抗弯承载力计算 4 4.1 截面设计 4 4.2 截面复核 5 第5章 主梁斜截面抗剪承载力计算 6 5.1 截面尺寸检查 6 5.2 检查是

2、否需要根据计算配置箍筋 6 5.3 设计剪力图分配 7 5.4 箍筋设计 8 5.5 弯起钢筋及斜筋设计 8第6章 全梁承载力复核 11 6.1 正截面和斜截面抗弯承载力校核 11 6.2 斜截面抗剪承载力复核 1325第一章 钢筋混凝土简支梁桥T形主梁设计资料1.1 主要概况 标准尺寸：20.00m；计算跨径：L=19.50m；主梁全长：L0=19.96m； 结构安全等级：二级；类环境等级。0 =1.0。1.2 计算参数 （1）弯矩包络图满足曲线方程： 跨中截面计算弯矩（标准值）：结构重力弯矩： 汽车荷载弯矩： （已计入汽车冲击系数） 人群荷载弯矩： （2）剪力包络图满足直线方程： 支点截面

3、计算剪力（标准值）：结构重力剪力： 汽车荷载剪力： （已计入汽车冲击系数） 人群荷载剪力： 跨中截面计算剪力（设计值）： 汽车冲击系数1+=1.2921.3 材料要求 主筋：HRB335级 fsd=280MPa ； 箍筋：R235级 fsd=195MPa ； 焊接骨架； 混凝土：C30 fcd=13.8MPa ftd=1.39MPa ；fcu,k=30MPa ；第2章 作用效应组合2.1 承载能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 D602004）4·1·6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，

4、其效应组合表达式为：跨中截面弯矩组合设计值： 1.0×（1.2×810.72+1.4×697.28+0.8×1.4×75.08） 2033.15kN·m带入方程： 可得：（x指任意截面至跨中截面距离） =1524.86kN·m ； =0 ；支座中心处截面的剪力组合设计值： 1.0×（1.2×172.75+1.4×165.80+0.8×1.4×18.60） 460.25kN带入方程： 76.5+（460.25-76.5）×2×l/4÷l 268.3

5、8kN所以 跨中截面：=2033.15kN·m ； =76.50kN ； 跨截面：=1524.86kN·m ； =268.38kN ； 支座中心截面：=0 ；=460.25kN ；第3章 截面尺寸拟定3.1 、 、的拟定 梁肋宽度b常取150200mm,所以可取b=190mm；预制的T形截面梁，其截面高度h与跨径L之比一般为h/L=1/111/16，所以可取h=1/15L=1300mm；T形截面梁翼缘悬臂端厚度不应小于100mm，所以可取=100mm；梁肋处翼缘厚度不宜小于梁高h的1/10，所以可取=140mm；3.2 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

6、涵设计规范（JTG D622004）第4·2·2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 =(100+140)/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=1580mm b+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=190+12×120=1630mm 故取bf=1580mm.第4章 主梁正截面抗弯承载力计算4.1 截面设计 因采用的是焊接钢筋骨架，故设as=30+0.07

7、h=30+0.07×1300=121(mm),则截面有效高度h0=1300121=1179(mm). 判定T形截面类型 =13.8×1580×120×(1179120/2) =2927.84×106 （N·mm) =2927.84kN·m >(=2033.15kN·m) 故属于第一类T形截面。 求受压区高度。 求受拉钢筋面积 As。将各已知值及x=81.94mm带入下式，可得到 现选择钢筋为832，截面面积As=6434mm2。钢筋叠高层数为4层，布置如图。 混凝土保护层厚度取c=35mm>d=32mm

8、及附表1-7中规定的30mm；钢筋间横向净间距sn=1902×352×35.8=48.4mm>40mm及1.25d=1.25×32=40mm ,故满足构造要求。4.2 截面复核已设计的受拉钢筋中，832的面积为6434mm2，fsd=280MPa.可求得则实际有效高度h0=1300106.60=1193.40mm判定T形截面类型 =13.8×1580×120=2616.48kN 6434×280=1801.52kN由于，故为第一类T形截面。求受压区高度x<hf (=120mm)正截面抗弯承载力Mu 又 ，故截面复核满足要求

9、，正截面抗弯承载力满足要求。 第五章 主梁斜截面抗剪承载力计算5.1 截面尺寸检查 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第9·3·10条规定：在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根并不少于总数1/5的下层受拉的主筋通过。所以根据要求，梁最底层232的主筋通过支座截面，支点截面有效高度为 h0=h-(35+35.8/2)=1300-52.9=1247.10(mm)（其它钢筋已弯起） =661.89kN >0Vd,0(=460.25kN)截面尺寸符合设计要求。5.2检查是否需要根据计算配置箍筋根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（J

10、TG D622004）第5·2·10条：矩形、T形和工字形截面受弯构件，符合下列条件时则不需要进行斜截面抗剪承载力计算，而仅按构造要求配置箍筋。跨中段截面： 0.50×10-3ftdbh0=0.50×10-3×1.0×1.39×190×1193.40=157.59kN>=76.50kN 支点截面： 0.50×10-3ftdbh0=0.50×10-3×1.0×1.39×190×1247.10=164.68kN<=460.25kN 故可在跨中的某长

11、度范围内的截面部分可按构造配置箍筋，其余区段按计算配置腹筋。5.3 设计剪力图分配 确定构造配置箍筋长度 在图1所示的剪力包络图中，支点处剪力计算值460.25kN ,跨中处剪力计算值=76.50kN 。（0.50×10-3）ftdbh0=157.59kN的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为 在长度内可按构造要求布置钢筋。计算最大剪力和剪力分配根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第5·2·11条：最大剪力取用距支座中心h/2处截面的数值，并按混凝土和箍筋共同承担不少于60%；弯起钢筋承担不超过40%，并且用水平线将剪

12、力设计值包络图分割为两部分。 距支座中心线为h/2处的计算剪力值（V)由剪力包络图按比例求得，为434.67kN混凝土和箍筋承担的剪力至少为：Vcs0.6V'0.6×434.67260.80KN弯起钢筋承担的剪力最多为：Vsb0.4V'0.4×434.67173.87KN插入剪力分配图5.4 箍筋设计 采用直径8mm的双肢箍筋，箍筋截面面积=n=2×50.3=100.6mm2。 在等截面钢筋混凝土简支梁中，箍筋尽量做到等距离布置。为计算简便，按式 设计箍筋时，式中的斜截面内纵筋配筋率p及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，计算如下：

13、跨中截面 =2.84>2.5 ，所以取pL/2=2.5 ,h0=1193.40mm支点截面 ，所以取p0=0.68 ,h0=1247.10mm则平均值分别为箍筋间距sv为 =322.04(mm)确定箍筋间距的设计值尚应考虑公路桥规的构造要求。若箍筋间距计算值取sv=300mm0.5h=650mm及400mm ,是满足要求的。但采用8双肢箍筋，箍筋配筋率 ，故不满足规范规定。现取sv=250mm计算的箍筋配筋率0.21%>0.18%,且小于0.5h=650mm和400mm.同时，根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于一倍梁高h=1300mm范围内，箍筋的间距最大为100m

14、m.综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的1300mm范围内，设计箍筋间距sv=100mm；至跨中截面统一的箍筋间距取sv=250mm.5.5 弯起钢筋及斜筋设计根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第5·2·11条：计算第一排弯起钢筋Asb1时，对于简支梁和连续梁近边支点梁段，取用距支点中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值Vsb1；计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋Asb2Asbi时，取用前一排弯起钢筋下面弯点处由弯起钢筋承担的那部分剪力Vsb2Vsbi。一排弯起钢筋截面积按下列公式计算：需设置弯起钢筋的区段长度（距支座中心）初步

15、拟定架立钢筋为222，净保护层为40mm，则架立钢筋重心至梁受压翼缘板上边缘距离为=40+25.1/2=53mm。弯起钢筋的弯起角度为45°，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。插入抗剪计算初步布置的弯起钢筋图 第一排弯起钢筋的面积为：初步选用由主筋弯起232，Asb11608mm2。第一排弯起钢筋的弯起点1距支座中心距离为x1： x1=1300(35+35.8×1.5)+(40+25.1+35.8×0.5)=1128.30mm 第一排弯起钢筋与梁纵轴线交点1距支座中心的距离为xc：1128.301300/2(3535.8×1.5)=567mm 第一排弯起钢筋弯

16、起点的剪力 第二排弯起钢筋的面积为：初步选用由主筋弯起232，Asb21608mm2。第二排弯起钢筋的弯起点2距支座中心距离为x2： x2=1128.30+1300(35+35.8×2.5)+(40+25.1+35.8×0.5)=2220.80mm 第二排弯起钢筋与梁纵轴线交点2距支座中心的距离为xc：2220.801300/2(3535.8×2.5)=1695.30mm 第二排弯起钢筋弯起点的剪力 第三排弯起钢筋的面积为：初步选用由主筋弯起232，Asb31608mm2。第三排弯起钢筋的弯起点3距支座中心距离为x3： x3=2220.80+1300(35+35.

17、8×3.5)+(40+25.1+35.8×0.5)=3277.50mm 第三排弯起钢筋与梁纵轴线交点3距支座中心的距离为xc：3277.501300/2(3535.8×3.5)=2787.80mm 第三排弯起钢筋弯起点的剪力 按照抗剪计算初步布置弯起钢筋如上图所示。第6章 全梁承载力复核6.1 正截面和斜截面抗弯承载力校核弯起钢筋计算表弯起点123hi(mm)1128.301092.501056.70距支座中心距离(mm)1128.302220.803277.50分配的计算剪力值(kN)173.87155.04112.04需要的弯筋面积(mm2)1170.9010

18、44.09745.51可提供的弯筋面积(mm2)1608(232)1608(232)1608(232)弯筋与梁轴交点到支座中心距离(mm)567.001695.302787.80各排钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力计算表梁区段截面纵筋有效高度h0(mm)T形截面类别受压区高度x(mm)抗弯承载力Mui(kN·m)支座中心1点2321247.10第一类20.65556.861点2点4321229.20第一类41.311088.562点3点6321211.30第一类61.971594.833点梁跨中8321193.40第一类82.622075.43根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计

19、规范（JTG D622004）第9·3·11条：受拉区弯起钢筋的弯起点，应设在按正截面抗弯承载力计算充分利用该钢筋强度的截面以外不小于h0/2处，弯起钢筋可在按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋截面面积之前弯起，但弯起钢筋与梁中心线的交点应位于按计算不需要该钢筋的截面之外。正截面抗弯承载力及斜截面抗弯承载力校核见下图。插入全梁承载力校核图第一排弯起钢筋（2N3）该排钢筋的充分利用点“K”的横坐标x=6645.71mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为x1=9750-1128.30=8621.70mm，说明弯起点1位于充分利用点K左边，且x1-x=8621.706645.71=19

20、75.99mm>h0/2=1229.20/2=614.60mm，满足斜截面抗弯承载力要求。其不需要点“L”的横坐标x=8308.18mm，而该排弯起钢筋与梁轴线交点1的横坐标为=9750-567=9183mm>x（=8308.18mm），说明梁的正截面承载力亦满足要求。第二排弯起钢筋（2N2）该排钢筋的充分利用点“J”的横坐标x=4527.05mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为x2=9750-2220.80=7529.20mm，说明弯起点2位于充分利用点J左边，且x2-x=7529.204527.05=3002.15mm>h0/2=1211.30/2=605.65mm，满足斜

21、截面抗弯承载力要求。其不需要点“K”的横坐标x=6645.71mm，而该排弯起钢筋与梁轴线交点2的横坐标为=9750-1695.30=8054.70mm>x（=6645.71mm），说明梁的正截面承载力亦满足要求。 第三排弯起钢筋（2N1）该排钢筋的充分利用点“I”的横坐标x=0mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为x3=9750-3277.50=6472.50mm，说明弯起点3位于充分利用点I左边，且x3-x=6472.500=6472.50mm>h0/2=1193.40/2=596.70mm，满足斜截面抗弯承载力要求。其不需要点“J”的横坐标x=4527.05mm，而该排弯起钢筋与

22、梁轴线交点3的横坐标为=9750-2787.80=6962.20mm>x（=4527.05mm），说明梁的正截面承载力亦满足要求。经上述分析判断可知，初步确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要求。由2N1、2N2钢筋弯起点形成的抵抗弯矩图远大于弯矩包络图，故进一步调整钢筋的弯起点位置，在满足规范对弯起钢筋弯起点要求前提下，使抵抗弯矩图接近弯矩包络图；现在在弯起钢筋之间，增设直径为16mm的斜筋，从而调整弯起钢筋弯起点。插入调整后的弯起钢筋及斜筋的位置和弯矩包络及抵抗弯矩图6.2 斜截面抗剪承载力复核 （1）距支座中心h/2处的斜截面抗剪承载力复核： 距支座中心

23、h/2处截面的横坐标x=9750-650=9100(mm),正截面有效高度h0=1247.10mm。现取斜截面投影长度h0=1247.10mm，则得到选择的斜截面顶端位置A(P111页的图4-28），其横坐标为x=9100-1247.10=7852.90(mm)A处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下：A处正截面有效高度h0=1229.20mm=1.22920m（主筋为432 ），则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为 要复核的斜截面如图（4-28）所示AA斜截面（虚线表示），斜角斜截面内纵向受拉主筋有232（2N4），相应的主筋配筋率p为 箍筋的配筋率（sv=250mm时）为 与斜截面相交

24、的弯起钢筋有2N3（232）和2N2（232）；斜筋有2N5（216）。按式（4-5）规定的单位要求。将以上计算值代入式（4-5），则得到AA斜截面抗剪承载力为：故距支座中心h/2处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。 （2）受拉区弯起钢筋弯起处斜截抗剪承载力复核： 第一排弯起钢筋弯起点处截面的横坐标为x=9750-1128.30=8621.70mm，正截面有效高度h0=1247.10mm。现取斜截面投影长度h0=1247.10mm，则得到选择的斜截面顶端位置B(P111页的图4-28），其横坐标为x=8621.70-1247.10=7374.60(mm)B处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下：

25、B处正截面有效高度h0=1229.20mm=1.22920m（主筋为432 ），则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为 要复核的斜截面如图（4-28）所示BB斜截面（虚线表示），斜角 斜截面内纵向受拉主筋有2N4（232），相应的主筋配筋率p为 箍筋的配筋率（sv=250mm时）为 与斜截面相交的弯起钢筋有2N3（232）、2N2（232）；斜筋有2N5（216）。按式（4-5）规定的单位要求。将以上计算值代入式（4-5），则得到BB斜截面抗剪承载力为：h0为顶端正截面有效高度故第一排弯起钢筋弯起点处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。 第二排弯起钢筋弯起点处截面的横坐标为x=9750-112

26、8.30-900-900=6821.70mm，正截面有效高度h0=1211.30mm。现取斜截面投影长度h0=1211.30mm，则得到选择的斜截面顶端位置C(P111页的图4-28），其横坐标为x=6821.70-1211.30=5610.40(mm)C处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下： C处正截面有效高度h0=1211.30mm=1.21130m（主筋为632 ），则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为 要复核的斜截面如图（4-28）所示CC斜截面（虚线表示），斜角 斜截面内纵向受拉主筋有432（2N4和2N3），相应的主筋配筋率p为 箍筋的配筋率（sv=250mm时）为 与斜截面相交的弯起钢筋有2N2（232）、2N1（232）；斜筋有2N6（216）、2N5（216）。按式（4-5）规定的单位要求。将以上计算值代入式（4-5），则得到CC斜截面抗剪承载力为：h0为顶端正截面有效高度故第二排弯起钢筋弯起点处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。第三排弯起钢筋弯起点处截面的横坐标为x=975