混凝土课程设计

钢筋混凝土结构设计原理课程设计学院：专业：学号：姓名：任课教师：一．设计资料（1）主梁跨径及全长：标准跨径：20.00m；计算跨径：19.50m；主梁全长：=19.96m；（2）材料选用钢筋（MPa）种类弹性模量Es抗拉设计强度抗压设计强度标准强度主筋HRB3352.0105280280335箍筋R2352.1105195195235选用混凝土（MPa）种类设计强度标准强度弹性模量轴心抗压轴心抗拉轴心抗压轴心抗拉C3013.81.3920.12.013.00104（3）计算方法：极限状态法（4）梁的尺寸：（5）计算内力:跨中截面计算弯矩(标准值)结构重力弯矩：M1/2恒＝872.72kN.m汽车荷载弯矩：M1/2汽＝769.28kN.m；（已计入汽车冲击系数）。（系数同上）人群荷载弯矩：M1/2人＝75.08kN.m；1/4跨截面计算弯矩（设计值）Md,1/4＝1907kN.m；（已考虑荷载安全系数）（大致数据）支点截面弯矩（设计值）Md0=0支点截面计算剪力(标准值)结构重力剪力：V恒＝211.75kN；（系数同上）汽车荷载剪力：V汽＝207.80kN；（已计入汽车冲击系数）。（系数同上）人群荷载剪力：V人＝18.60kN；按跨中截面计算剪力（设计值）Vd,1/2＝96.5kN；（已考虑荷载安全系数）主梁使用阶段处于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1+μ＝1.292。（6）参考资料1.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）（简称《公通规》）；2.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）（简称《公桥规》）；3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）应用算例；4.《结构设计原理》（叶见曙）；5.《结构设计原理计算示例》（叶见曙）；6.《钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理》（张树仁）。作用效应组合（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》（JTGD60—2004）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，其效应组合表达式为：跨中截面设计弯矩γ0Md,1/2=γ0（γGM1/2恒+γqM1/2汽+ΨcγQM1/2人）=1.0×（1.2×872.72+1.4×769.28+0.8×1.4×75.08)=2208.35kN·m1/4跨截面计算弯矩Md,1/4=1907kN·m支点截面设计剪力Vd，0=γGV恒+γG1V汽+γG2V人=1.0×（1.2×211.75+1.4×207.80+0.8×1.4×18.6）=565.85kN(2)正常使用极限状态设计时作用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+ψ11MQ1K+ψ12MQ2K=872.72+0.7×769.28/1.292+75.08=1364.59kN·m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+ψ21M11+ψ22M12=872.72+0.4×769.28/1.292+0.4×75.08=1140.92kN·m主梁正截面承载力计算(1).配筋计算翼缘板的计算宽度根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》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。eq\o\ac(○,1)对于简支梁为计算跨径的1/3。=L/3=19500/3=6500mm②相邻两梁轴线间的距离。=S=1700mm③取b+2+12，此处b为梁的腹板宽，，bh为承托长度，为不计承托的翼缘厚度。=1620mm。故=1620mm。翼缘板的计算高度h′f=（100+140）/2=120mm判断T形截面类型采用焊接钢筋骨架，取as=30+0.07h=30+0.07×1500=135mm故T形梁有效高度h0=h－as=1500-135=1365mm=3500.95×>γ0Md,1/2=2208.35kN·m=2208.35×故为第一类截面。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第5·2·3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。4.求受拉钢筋的面积As由方程解得x=74.39mm<=120mm选用As=4862+1256=6082>5932梁底混凝土净保护层取32mm，侧混凝土净保护层取32mm。钢筋布置图(2)正截面抗弯承载力复核由钢筋布置图得101.48mm实际有效高度1398.521.判断T形截面类型=13.8×1620×120=2.68×=280×6082=1.70×>故为第一类T形截面2.求受压区高度x3.求正截面抗弯承载力故截面复核满足要求。四．主梁斜截面承载力计算截面尺寸复核根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）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。梁底通过支座中心直线主筋2Ф32。受拉钢筋面积为1608mm2>20%×6082=1216.4mm2；支点截面的有效高度h0=h－as=1500-（32+35.8/2）=1450.10mm根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第5·2·9条：矩形、T形和工字形截面受弯构件，其抗剪截面应符合要求。说明截面尺寸符合要求。(2)检查是否需要按计算设置腹筋根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第5·2·10条：矩形、T形和工字形截面受弯构件，符合下列条件时要求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：=0.5××1×1.39×180×1398.52=174.95KN>=96.5KN支座：=0.5××1×1.39×180×1450.1=181.41KN<=565.85KN故跨中截面部分可按构造配置箍筋，其余区段按计算配置腹筋。(3)最大设计剪力及设计剪力分配1.确定构造配置箍筋长度：=9750×（174.95-96.5）/（565.85-96.5）=1671mm故在长度范围内可按构造要求配置箍筋2.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》（JTGD62—2004）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%，并且用水平线将剪力设计值包络图分割为两部分。距支座中心h/2处截面剪力：=565.85-混凝土和箍筋承担的剪力弯起钢筋承担的剪力弯起钢筋及斜筋设计计算剪力图根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）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Asb2…Asbi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Vsb2…Vsbi。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）选222作为架立筋，净保护层为45mm，则架立钢筋底面至梁顶的距离为45+25.1=70.1mm1.计算第一排弯起钢筋截面积（初步拟定为32）初步选用由主筋弯起232，Asb1＝1608mm2。其弯起点为B，弯终点落在支座中心A截面处，弯起点B至点A距离为：AB=1500-(70.1+35.8/2)-(32+35.8+35.8/2)=1326.3第一排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：1500/2-70.1-35.8/2=662mm第一排弯起钢筋弯起点的剪力:184.16KN2.第二排弯起钢筋的面积：（初步拟定为32）初步选用由主筋弯起232，Asb2＝1608mm2。其弯起点为C，弯终点落在第一排弯起钢筋弯起点B截面处，弯起点C至点B距离为：BC=1500-(70.1+35.8/2)-(32+35.8+35.8+35.8/2)=1290.5mm第二排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：1326.3+1500/2-70.1-35.8/2=1988.8mm第二排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：1326.3+1290.5=2616.8mm第二排弯起钢筋弯起点的剪力:122.04KN3.第三排弯起钢筋的面积：（初步拟定为32）821.86初步选用由主筋弯起232，Asb3＝1608mm2。其弯起点为D，弯终点落在第二排弯起钢筋弯起点C截面处，弯起点D至点C距离为：CD=1500-(70.1+35.8/2)-(32+35.8+35.8+35.8+35.8/2)=1254.7mm第三排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：1326.3+1290.5+1500/2-70.1-35.8/2=3278.8mm第三排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：1326.3+1290.5+1254.7=3871.5mm第三排弯起钢筋弯起点的剪力4.第四排弯起钢筋的面积：（初步拟定直径20）第四排用补充斜筋220,Asb4＝628其弯起点为E，弯终点落在第三排弯起钢筋弯起点D截面处，弯起点E至点D距离为：DE=1500-(70.1+22.7/2)-(32+35.8×4+22.7/2)=1232mm第四排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：1326.3+1290.5+1254.7+1500/2-70.1-22.7/2=4540.05mm第四排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：1326.3+1290.5+1254.7+1232=5103.5mm第四排弯起钢筋弯起点的剪力5.第五排弯起钢筋的面积：（初步拟定直径20）初步选用由主筋弯起2ф20，Asb5＝628其弯起点为F，弯终点落在第四排弯起钢筋弯起点E截面处，弯起点F至点E距离为：EF=1500-(70.1+22.7/2)-(32+35.8×4+22.7+22.7/2)=1209.3mm第五排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：1326.3+1290.5+1254.7+1232+1500/2-70.1-22.7/2=5772.05mm第五排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：1326.30+1290.50+1254.70+1232.00+1209.30=6312.80mm>=5152mm故不需要再设置弯起钢筋。(5)箍筋设计根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第5·2·11条：箍筋间距按下列公式计算：p中＝100p中＝100×6082/（180×1398.52）＝2.42<2.5p支＝100p支＝100×1608/（180×1450.10）＝0.62<2.5p平＝（p中+p支）/2＝（2.42+0.62）/2＝1.52h0平＝（h0中+h0支）/2＝（1398.52+1450.10）/2＝1424.31mm根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第9·3·13条：钢筋混凝土梁应设置直径不小于8mm或1/4主筋直径的箍筋。其配筋率ρsv，R235钢筋不应小于0.18%，现初步选用φ8的双肢箍筋，n＝2；Asv1＝50.3mm2。Asv=nAsv1＝2×50.3＝100.6mm2根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第9·3·13条：箍筋间距不应大于梁高的1/2且不大于400mm。在支座中心向跨径方向长度相当于不小于一倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。近梁端第一根箍筋应设置在距端面一个混凝土保护层距离处。梁与梁或梁与柱的交接范围内可不设箍筋；靠近交接面的一根箍筋，其与交接面的距离不宜大于50mm。跨中部分长度为梁端加密段长度为880mm，配箍率验算:满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第9·3·13条R235钢筋最小配箍率的要求。五．全梁承载力校核（1）正截面和斜截面抗弯承载力校核简支梁弯矩包络图近似取为二次物线：各弯起钢筋计算列于下表弯起点12345弯起钢筋的水平投影长度mm1326.31290.51254.712321209.3弯起点距支座中心的距离mm1326.32616.83871.55103.56312.8弯起点距跨中的距离mm8423.77133.25878.54646.53437.2分配的设计剪力Vsbi（KN）211.90184.16122.0461.662.33需要的弯筋面积mm214271240.2821.86415.2415.69可提供的弯筋面积mm22Φ322Φ322Φ322Φ202Φ20160816081608628628弯筋与梁轴交点到支座中心距mm6621988.83278.84540.055772.055弯筋与梁轴交点到跨中距离mm9086.857761.26471.25209.953977.95各排钢筋弯起后，相应的梁的正截面抗弯承载力计算如下表：梁的区段截面纵筋有效高度h0(mm)T形截面类型受压区高度x(mm)抗弯承载力Mu(kN－m)A~B2Φ321450.10第一类20.14648.37B~C4Φ321432.20第一类40.301272.18C~D6Φ321414.30第一类60.441870.16D~F6Φ32+2Φ201405.50第一类68.302093.93F~跨中6Φ32+4Φ201398.52第一类76.172316.63将上表的正截面抗弯承载力代入：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）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。梁的弯矩包络图及抵抗弯矩图（尺寸单位：mm,弯矩单位：KNm）（2）检查各弯起钢筋1、第五排钢筋的充分利用点i的横坐标为0，的弯起点5的横坐标为x5=9750-6312.80=3437.2mm>0且大于=1398.52/2=699.26mm。其不需要点j的横坐标x=2219.33mm，钢筋与梁中线交点的横坐标。=9750-5772.05=3977.95mm>x=2219.33mm2、第三排钢筋的充分利用点j的横坐标为2219.33mm，的弯起点3的横坐标为X5=9750-3871.5=5878.5mm>x=2219.33mm且x3-x=5878.5-2219.33=3659.17mm>=1405.5/2=702.75mm,满足要求。不需要点k的横坐标x=3815.50mm，钢筋与梁中线交点的横坐标=9750-3278.8=6471.20mm>x=3815.50mm，满足要求。3、第二排钢筋的充分利用点k的横坐标为3815.50mm，的弯起点2的横坐标为X=9750-2616.80=7133.20mm>x=3815.50mm且x2-x=7133.20-3815.50=3317.7mm>=1414.30/2=707.15mm，满足要求。不需要点l的横坐标x=6348.16mm，钢筋与梁中线交点的横坐标=9750-1988.80=7761.20mm>x=6348.16mm，满足要求。4、第一排钢筋的充分利用点l的横坐标为6348.16mm，的弯起点1的横坐标为X1=9750-1326.30=8423.70mm>x=6348.16mm且x1-x=8423.70-6348.16=2075.54>=1432.20/2=716.10mm,满足要求。不需要点m的横坐标x=8194.65mm，钢筋与梁中线交点的横坐标=9750-662=9088mm>x=8194.65mm，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。（3）斜截面抗剪承载力复核从计算剪力图可以看出，对支座而言，梁内第一排弯起钢筋的弯终点已落在支座中心截面处，以后各排弯起钢筋的弯终点均落在前一排弯起钢筋的弯起点截面上，这些都符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的有关规定，即能满足斜截面抗剪承载力的构造要求。六．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》（JTGD62—2004）第6·4·3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：1.纵向受拉钢筋换算直径As的直径焊接钢筋骨架d=1.3de=1.3×28.47=37.01mm2.纵向受拉钢筋配筋率ρ=As/[bh0+(bf－b)hf]=6082/(180×1398.52)=0.0242>0.02，取ρ=0.02。3.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》（JTGD62—2004）第6·4·4条纵受拉钢筋的应力按下式计算：=Ms/(0.87Ash0)=1364.59×106/(0.87×1398.52×6082)=184.40MPa4.短期荷载作用下的最大裂缝宽度C1=1.0；C3=1.0；C2=1+0.5Nl/Ns=1+0.5×1140.92/1364.59=1.4180满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第6·4·2条的要求。挠度计算在进行梁变形计算时，应取梁与相邻梁横向连接后截面的全宽度受压翼板计算，故取计算截面几何特征翼缘平均厚度跨中截面有效高度：=1398.52mm确定受压区高度：其中A=B=开裂截面的换算截面惯性矩为：=611×全截面换算截面面积：=180×1500+（1700-180）×120+（6.67-1）×6082=486884.9mm2全截面对上边缘的静矩：换算截面重心至受压边缘的距离：至受拉边缘的距离：=1500-537=963mm全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩：全截面换算截面惯性矩：=1149.7×对受拉边缘的弹性抵抗矩为：1.19×（2)计算构件的刚度全截面的抗弯刚度：开裂截面的抗弯刚度：受拉区塑性影响系数：开裂弯矩：=1.93×(3)荷载短期效应作用下在跨中截面产生的挠度为：长期挠度为：>19500/1600=12.2mm说明需要设置预拱度，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采用。=68mm消除自重影响后的长期挠度为：故计算挠度满足要求。八．钢筋长度计算⒈①号钢筋计算（32）2×（9604+503+887）=21998mm=2200cm⒉②号钢筋计算（32）2×（8500+1354+236+160－14）=20172mm=2017cm⒊③号钢筋计算（32）2×（6500+1545+160+133－2×14）=16620mm=1662cm⒋④号钢筋计算（斜筋20）2×（5000+1495+160+133－2×14）=13520mm=1352cm=5\*GB3⑤号钢筋计算（20）2×（4000+1469+80+66+27）=11284mm=1128cm=6\*GB3⑥号钢筋计算（架立钢筋，22）2×（9824+120+220）=20328mm=2032cm7.=7\*GB3⑦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－(32－4)－(45－4)=1431mm箍筋轴线间的宽度：180－(32－4)×2=124mm箍筋长：2×1431+2×124+150=3260mm=326cm8.=8\*GB3⑧梁端四肢箍筋（8）箍筋长：4×1431+2×(35.8+8)+124+150=6085mm=609cm基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机