梁的设计与计算

目录设计简介………2混凝土配合比设计……………3正截面计算……5箍筋及斜截面计算……………7应力计算…………11裂缝宽度验算…………………11挠度验算………12设计简介设计题目：实验梁设计制作人：09路桥二班设计组与审核组负责人：〕设计内容：通过书本所学知识以及查阅资料，按路桥标准设计实验梁。其内容包含配合比设计，截面设计，审核，施工图制作，PPT制作及演示。任务安排：设计感言：本组设计和审核宗旨是计算追求严谨正确，除条件限制外，其他都必须符合标准要求；思路追求简洁明了，创新求实；表述要求言简意赅，层次清楚。设计书制作分为多个阶段，组员都参与了其中一局部，参与就有收获。初次设计，意义非比寻常，组内同学齐心协力，设计的成果将会成为大学生涯的见证。完成设计，不可谓不艰难，茅以升曾说过“奋斗”二字。要成功，就得奋斗，持之以恒，困难挫折丝毫不能动其心志。在此，衷心感谢和我同舟共济的组员们！一．混凝土配合比设计一·混泥土设计提供材料：水：密度；水泥：强度等级为32.5，密度；砂：细沙，表观密度；石子：卵石，最大粒径为40mm,表观密度。配制强度等级为C30的混凝土1.确定混凝土的计算配合比〔1〕确定配制强度〔〕〔2〕确定水灰比〔〕根据枯燥环境钢筋混泥土最大水灰比0.65，所以水灰比取0.38。〔3〕确定用水量〔〕该混泥土所用卵石最大粒径40mm，坍落度要求30~50mm，取Mwo=165kg〔4〕确定水泥用量〔〕所以取〔5〕确定砂率〔〕EQ\F(,)，和卵石最大粒径为40mm时，可取。〔6〕确定1m3.混凝土砂，砂和卵石用量(,)假定每立方米混泥土重量Mcp=2400kgMco+Mgo+Mso+Mwo=Mcp所以得Mgo=1334.5kgMso=468.3kg综上计算，得混凝土计算配合比1m3混凝土的材料用量为：水泥432.2kg，水165kg，砂468.3kg，石子1334.5kg。2.进行和易性和强度调整调整和易性按计算配合比取样各材料的用量为：水泥：水：砂：石子：其材料实际用量：实验梁,水泥：水：砂：石子：总质量实验梁自重混泥土按正常养护条件养护,其各项指标按C30混泥土取值。二．截面设计单筋矩形梁设计梁的尺寸：,,计算跨径,支座位置距梁端部0.1m。尺寸简图如附图1-1-1。加载：加载位置在梁中间〔0.6m～1.5m〕处，取666.7mm。加载图如附图1-2。提供材料：混凝土。强度等级为C30,,纵筋。HRB335，直径12mm,箍筋。R235,直径8mm，弯矩设计值：梁的自重：梁的自重与剪力设计值比为，故忽略不计。剪力设计值：，内力设计值简图如附图1-1-2计算内容：1正截面方案设计2箍筋计算3斜截面设计1.正截面设计方案:梁采用绑扎钢筋骨架，下层受拉钢筋都采用HRB335双层412钢筋，箍筋采用HRB3358钢筋，剪弯段箍筋间距取80mm,(符合构造要求且),纯弯段箍筋间距取100mm。由于条件限制，保护层厚度取30mm。对配筋特征值时，得到适筋梁最大配筋率。钢筋间净距满足要求纵向受拉钢筋配置：〔1〕,,有效高度方案一：上层不布置钢筋，即作单筋梁。其截面配筋图如附图1-3-1实际配筋率，，适筋梁。,方案二：上层受压钢筋采用R235钢筋28时，其截面配筋图如附图1-3-2实际配筋率，，适筋梁。显然提高混泥土的等级的值会下降而不变，如果用等级更低的混泥土会使梁的凝聚性不够，又从经济的角度考虑，应选择C30混泥土最正确。方案三：上层受压钢筋采用HRB335钢筋212，其截面配筋图如附图1-3-3.实际配筋率，，适筋梁。综合上述三种方案，我们可以得出正截面方案二设计最正确，下面仅对方案三进行斜截面计算。2.箍筋及斜截面设计箍筋详细配置：箍筋直径不小于8mm且不小于1/4主筋直径，所以取Φ8作为箍筋，R235钢筋最小配箍率，箍筋的间距不应大于梁高的1/2且不大于400mm。同时为了使受力钢筋和架力钢筋形成骨架，同时在BC段(纯弯段〕配置箍筋.配置箍筋可改善构件的延性和减少混凝土的徐变变形，当采用密排箍筋时还能约束混凝土使其处于三向受压状态，提高混凝土抗弯强度，纯弯段箍筋可稀一些，取。箍筋用来连接受力主筋和架立钢筋使形式骨架主要承受剪力和扭〔〕梁在剪弯区内将受到剪力和弯矩的共同作用，这个区段内主拉应力进迹线是倾斜的〔大约〕，将产生斜裂缝，由于箍筋是竖向的，与斜裂缝相交，因而能阻止或者限制斜裂缝的产生开展。因此在梁AB,CD段必须配置箍筋。箍筋配置验算：现取进行斜截面抗剪能力的计算要求梁在实验中发生剪压破坏。梁的抗剪能力取决于混凝土抗压强度及梁截面尺寸，为防止梁斜压破坏，截面尺寸应满足上限值——截面最小尺寸,又，故截面尺寸满足要求。下限值——按构造要求配置箍筋又〔*不满足下限值*〕不符合下限值，假设仅按构造配置箍筋，数量过少，因此梁的弯剪段依据计算及结合对承载力的考虑进行配箍。取显然在跨处加载得不到适宜的配筋率，因为此处m>3，而古今主要是对剪压区起作用故需符合1<m<3即此时143.6<<430.8取=287mm处施加荷载那么配箍率计算实际配箍率满足最小配箍要求，选用封闭式双肢箍筋，那么显然为了到达目标破坏状态取满足构造及最小配筋率要求对于纯弯段那么纯弯段的箍筋配置满足构造要求即可可取将上层的两根受拉钢筋在距支座中心向跨中距离处弯起，弯起角为，那么这对钢筋的上弯点和支座中心刚好在一条垂直线上斜截面承载力计算：截面抗剪符合要求。截面抗弯符合要求。三.裂缝计算《公路桥规》规定，在正常使用极限状态下钢筋混凝土构建的裂缝宽度，应按作用〔或荷载〕短期效应组合并考虑长期效应组合影响进行验算，且不得超过标准规定的裂缝限值。在Ⅰ类和Ⅱ类环境条件下的钢筋混凝土构件，算得的裂缝宽度不应超过0.2mm；处于Ⅲ类和Ⅳ类环境下的钢筋混凝土受弯构件，容许裂缝宽度不应超过0.15mm.应该强调的是，《公路桥规》规定的裂缝宽度限值，是指在作用〔或荷载〕短期效应组合并考虑长期效应组合影响下构件的垂直裂缝，不包括施工中混凝土收缩，养护不当等引起的其他非受力裂缝。1.应力计算钢筋混凝土梁除了可能由于强度破坏，或失稳等原因到达承载力极限状态外，还需根据使用条件正常使用阶段的计算：包括应力验算，最大裂缝宽度验算和绕度验算。钢筋混凝土构件《公路桥规》要求进行施工阶段的应力验算，即短暂荷载状况下的应力验算。钢筋混凝土在施工阶段，特别是梁在运输阶段，安装过程中，梁的支撑条件，受力方式会发生变化，实验梁主要考虑吊装，吊点的的位置并不在梁的设计的支座截面，当吊点距支座a较大时，将会在吊点截面处引起较大负弯矩，为了防止吊装时梁裂开，应进行应力验算，选择合理的吊装方式和吊装位置。钢筋混凝土受弯构件施工阶段应力计算，按第Ⅱ阶段进行。〔1〕受压区混凝土边缘〔2〕受拉钢筋的面积重心处2.裂缝宽度验算：〔1〕计算参数：最大裂缝宽度值：0.200mm,,(2)计算受拉钢筋应力〔由作用短期效应组合引起的开裂截面〕HRB335钢筋，弹性模量纵向受拉钢筋直径d=12mm,纵向受拉钢筋配筋率，取带筋钢筋，作用长期效应影响系数：梁〔受弯构件〕，最大裂缝宽度在正常使用极限状态下钢筋混凝土构件裂缝宽度满足标准规定裂缝限值。3.挠度验算钢筋混凝土构件截面换算系数〔2〕换算截面受压区高度〔3〕全截面换算截面惯性矩和开裂截面换算截面惯性矩〔4〕短期效应组合计算弯矩值〔5〕塑性影响系数和全截面换算截面面积矩及全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩〔6〕开裂弯矩〔7〕全截面抗弯刚度和开裂截面抗弯刚度〔8〕开裂构件抗弯刚度为〔9〕受弯构件在使用阶段跨中截面长期挠度值和结构自重作用下跨中截面的长期挠度值〔10〕可变荷载频遇值计算长期挠度值加载值与裂缝变形的关系如下表：加载值P〔KN〕正截面弯矩M〔KN﹒m〕最大裂缝宽度(mm)跨中截面扰度w(mm)20.500.0000.36841.000.0000.7354.161.040.0080.76561.500.0121.10382.000.0161.470102.500.0201.838153.750.0292.757205.000.0393.676256.250.0494.595307.500.0595