结构原理设计计算书

* * * * * * 本 科 课 程 设 计结 构 原 理 课 程 设 计 计 算 书 学 院 （系）：土木工程学院 专 业：道路与桥梁 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期：2011.12 目 录1平面设计内容 1 1.1方案的比选 1 1.2所选方案的精确计算 3 1.3直线、曲线和转角表 4 1.4逐桩计算曲线点坐标 4 2 纵断面设计内容 6 2.1中桩地面高程的读取 6 2.2厘米格坐标纸展绘地面线 7 2.3纵坡的设计 7 2.4竖曲线的计算 7 2.5竖曲线计算表 9 2.6中桩设计高程的计算93横断面设计内容11 3.1路幅的组成、尺寸和横坡的确定 11 3.2中桩横断方向高程的读取 11 3.3加宽的设计及超高值的计算 14 3.4路基设计表的计算填写 14 3.5土石方数量计算表 14 3.7视距验算 14结束语16参考文献171 已知设计数据及要求1.1 计算参数钢筋混泥土的简支梁计算跨径L=24m。T形截面梁的尺寸如图1.1，桥梁处于类环境条件，安全等级为二级=1，梁承受均布荷载q=40kn/m.梁体采用C35混凝土，轴心抗压强度的设计值为=16.1MPa，轴心抗拉强度设计值=1.52MPa。主筋采用HRB335的钢筋。抗拉强度设计值为=280MPa。1.2 计算控制截面的弯矩组合设计值和剪力组合设计值 跨中截面 =2880kNm =90kN 1/4跨截面 =2160kNm 支点截面 =0 =480kN2 跨中截面的纵向受拉钢筋数量和复筋的设计2.1 T形截面的受压翼板的有效宽度 简支梁跨径的L/3处 由图1.1所示的T形梁截面受压翼板厚度的尺寸，可得翼板平均厚度=110mm, =1/3L=8000mm b+2+12=1500mm 取二者的最小值，故取受压翼板的有效宽度为=1500mm。2.2 钢筋数量的计算已知预制钢筋混凝土简支T形梁h=1.35m,翼板=1.5m(预制宽度1.65m)C35混凝土，HRB335钢筋。I类环境条件，安全等级为二级。跨中=2880kNm 求：配筋（焊接钢筋骨架）计算及截面复核解：计算参数=16.1MPa =1.52MPa =280MPa =0.56 =1 M=2880kNm 截面换算，为了计算方便，将图1.1的实际T形截面换算成图2.1所示的计算截面：=110mm截面设计（1） 因采用的是焊接钢筋骨架，故设=30+0.07h=124.5mm 截面有效高度为=1225.6mm（2） 判断T形截面类型=3109.43kNmM=2880kNm 故属于第一类T形截面（3） 求受压区高度 由= 推出 =101.52mmd=32mm 且最小30mm选832+428 As=8897mm2 钢筋间的横净距=180235.8=40.4mm40mm及1.25d=1.2532=40mm故满足构造要求。（6） 少筋验算=100%=4.03 %0.2%及45%=0.24%,不少筋。（7） 钢筋布置图2.2截面复核 已知设计的受拉钢筋中，832的面积为6434mm2,428的为2463mm2=280MPa=134mm 实际的有效高度 =1350-134=1216mm（1） 判定T形截面类型 =2.66103kN =2.49103kN 由于 ,故为第一类T形截面（2） 求受压去高度=103mmM=2880kNm （4）验算少筋=100%=4.06% 显然满足不少筋综上，跨中截面主筋为832+428 ，焊接骨架的钢筋层数为6层，纵向钢筋的面积为As=8897mm2 钢筋的布置图2-3.截面有效高度=1216mm，抗弯承载力=2896.64kNm， =2880kNm3 复筋设计3.1 截面尺寸检查（上限值验算）公路桥规规定： 在钢筋混凝土梁的支点处应该至少有两根且不小于0.2As=1779.4mm2的钢筋穿过支座中心，而432 As=3271mm2，即需要四根穿过支座中心，此时支点截面有效高度为=h-（34+35.8）=1280mm上限值=695.16kN =480kN截面尺寸符合要求3.2 检查是否需要根据计算配箍筋 跨中截面(0.510-3)=166.35kN支座处截面(0.510-3)=175.10kN由于=90kN (0.510-3)2.5取=2.5,=1216mm支点截面： =100=1.40 ，取=1280mm则平均值分别为=1.95，=1248mm（2） 计算 =353mm经验算可取=300mm =0.186%0.18% 故满足要求。综上，在支座中心跨径长度方向的1350mm内，设计箍筋间距为=100mm,其它至跨中截面统一采用箍筋间距=300mm.5 弯起钢筋及斜筋设计5.1 弯起钢筋的构造要求： 计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值0.4V。 计算以后每排钢筋时，取用其一排弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 钢筋混凝土梁的弯起钢筋一般与梁纵轴线成450 角，弯起钢筋以圆弧弯折，圆弧半径不宜小于20倍的纵筋直径。5.2.1弯起钢筋的几点说明 设置为焊接钢筋骨架的架立钢筋为HRB33522，钢筋重心至受压翼板上边缘距离为=56mm,弯起钢筋的弯起角度为450。首先，计算弯起钢筋上下弯点之间的垂直距离，如图弯起钢筋细节图51弯起点1（2N4） =1350（34+35.82.5）+（43+25.1+35.80.5）=1141mm分配的剪力值为=0.4V=183.22kN需要的弯起钢筋为Asb1=1234mm2可供的弯起钢筋为Asb1=1608mm2(232) 钢筋与梁轴交点到支座中心距离=-h/2-(c+35.82.5)=589mm弯起点2（2N3） =1350（34+35.83.5）+（43+25.1+35.80.5）=1105mm分配的剪力值为 VSb2=168.08kN需要的弯起钢筋为Asb2= VSb2=1132mm2可供的弯起钢筋为Asb1=1608mm2(232) 钢筋与梁轴交点到支座中心距离=+-h/2-(c+35.83.5)=1730mm弯起点3（2N2） =1350（34+35.84+31.60.5）+（43+25.1+35.80.5）=1073mm分配的剪力值为 VSb3=132.17kN需要的弯起钢筋为Asb3= VSb3=890mm2可供的弯起钢筋为Asb3=1232mm2(228) 钢筋与梁轴交点到支座中心距离=+-h/2-(c+35.84+31.60.5)=2837mm弯起点4（2N1） =1042mm分配的剪力值为 VSb4=97.30kN需要的弯起钢筋为Asb4= VSb4=655mm2可供的弯起钢筋为Asb3=1232mm2(228) 钢筋与梁轴交点到支座中心距离=+-h/2-(c+35.84+31.61.5)=3911mm将以上所算数据列表计算，如表5-1弯起点12341141110510731042距支座中心距离1141224633194361分配的计算剪力值183.22168.08132.1797.30需要的弯筋面积（mm）12341132890655可供的弯起钢筋面积（mm）1608（232）1608（232）1232（228）1232（228）弯起钢筋与梁轴线交点到支座中心的距离589173028373911 表5-1 弯起钢筋计算表5.3 初步布置弯起钢筋并校核5.3.1 计算钢筋弯起后各正截面抗弯承载力（1） 按照计算剪力初步布置弯起钢筋如图5-2 现在按照同时满足梁胯间各正截面和斜截面抗弯要求，确定弯起钢筋的位置。由已知跨中截面弯矩计算值=2880kNm ，支点中心处=0 以跨中为原点水平向左为正方向，做出梁的弯矩包络图，在L/4截面处， x=6m,L=24m,=2880kNm 弯矩计算值为=2160kNm 与已知值Ml/4=2160kNm相比完全符合，故可用来描述简支梁弯矩包络图是可行的。（2） 计算相应正截面抗弯承载力梁区段：支座中心1点截面纵筋432 Asb1 =3217mm2有效高度 =h-as aS1=34+35.8=70mm =1350-70=37mm受压区高度 x1=37mm正截面抗弯承载力 Mu1=AS1(h0-x1/2)=1136.31kNm梁区段：1点2点截面纵筋632 Asb2 =4826mm2有效高度 =h-as aS2=34+35.81.5=88mm =1350-88=1262mm受压区高度 x2=56mm正截面抗弯承载力 Mu2=AS2(h0-x2/2)=1667.48kNm梁区段：2点3点截面纵筋832 Asb3 =6434mm2有效高度 =h-as aS3=34+35.82=106mm =1350-106=1244mm受压区高度 x3=75mm正截面抗弯承载力 Mu3=AS3(h0-x3/2)=2173.53kNm梁区段：3点4点截面纵筋832 +228 Asb4 =7666mm2有效高度=h-as aS4=120mm =1350-120=1230mm受压区高度 x4=89mm正截面抗弯承载力 Mu4=AS4(h0-x4/2)=2544.65kNm梁区段：4点梁跨中截面纵筋832 +428 Asb5 =8897mm2有效高度=h-as aS5=134mm =1350-134=1216mm受压区高度 x5=103mmM=2880kNm判定T形截面类型 =2.66103kN =2.49103kN 由于 ,故为第一类T形截面。易知以上各区域均为第一类T形梁截面。（3）钢筋弯起后相应正截面抗弯承载力表5-2梁区段截面纵筋有效高度h0（mm）T形截面类型受压区高度xi（mm）正截面抗弯承载力Mui（mm）支座中心1点4 321280第一类371136.311点2点6 321262第一类561667.482点3点8 321244第一类752173.533点4点8 32+2 281230第一类892544.654点梁跨中8 32+4 281216第一类1032894.64 表5-2（4） 将表5-2的正截面抗弯承载力Mui在图5-2上用各平行直线表示出来，它们与弯矩包络图的交点分别为i，j，k，l，m，n，以各 Mui值代入 式 （公式5-1） 可分别求出，xi=0 =4095mm = 5943mm =7786mm =9337mm。（5）检查弯起点的初步位置 第一排弯起钢筋（2N4）其充分利用点的横坐标 =7786mm ，而2N4的弯起点1的横坐标x1=L/2-1141=10859mm，说明弯起点1在点的左侧，且x1-=3073mmh0/2(=631mm)。 其不需要点m的横坐标 =9337mm，而2N4钢筋与梁中轴线交点1的横坐标x1(=11411mm)（=9337mm）,符合要求。 第二排弯起钢筋（2N3） 其充分利用点k的横坐标 xk=5943mm ，而2N3的弯起点2的横坐标x2=L/2-2246=9754mm，说明弯起点1在k点的左侧，且x2-xk=3711mmh0/2（=622mm）。其不需要点的横坐标 =7786mm，而2N3钢筋与梁中轴线交点2的横坐标x2(=10270mm)（=7786mm）,符合要求。 第三排弯起钢筋（2N2）其充分利用点j的横坐标 =4095mm ，而2N2的弯起点3的横坐标x3=L/2-3319=8681mm，说明弯起点3在j点的左侧，且x3-=4586mmh0/2（=615mm）。 其不需要点k的横坐标 = 5943mm，而2N2钢筋与梁中轴线交点3的横坐标x3(=9163mm)（=5943mm）,符合要求。 第四排弯起钢筋（2N1）其充分利用点i的横坐标xi=0 ，而2N1的弯起点4的横坐标x4=L/2-4361=7639mm，说明弯起点4在i点的左侧，且x4-xi=4586mmh0/2（=608mm）。 其不需要点j的横坐标 =4095mm，而2N1钢筋与梁中轴线交点4的横坐标x4(=8089mm)（=4095mm）,符合要求。综上，钢筋的初步布置满足构造要求。（7） 调整弯起点位置，并增设斜筋。 在图5-2的情况下，虽然已经满足构造要求，但是抵抗弯矩图与弯矩包络图之间相差很大，并且为了抗剪的要求还需要进一步的调整弯起点位置，并根据试算增设斜筋，其中斜筋的为2 25，其调整后的弯起钢筋和斜筋布置如图5-3。5.4 斜截面抗剪承载力复核 首先，做出弯起钢筋和斜筋布置详图5-4，箍筋设计见前述结果。按照公路桥规关于复核斜截面位置的规定，本设计需要进行6次截面复核，1处为距支座h/2，1处在箍筋间距变化处，此处取距支座中心1300mm处，4处弯起钢筋弯起点位置，现进行逐一验算：（1） 距支座中心h/2处截面 选定斜截面顶端位置由图5-4b）可知距支座中心为h/2处截面的横坐标为x=12000-675=11325mm,正截面的有效高度为h0=1280mm。现取斜截面投影长度ch0=1280mm，那么得到的选择的斜截面顶端位置A（图5-5），其横坐标为xA=11325-1280=11045mm。斜截面抗剪承载力复核A处正截面的剪力Vx=VL/2+(V0-VL/2)=416.46kN =861.96kNm A处正截面有效高度为h0=1.262m(主筋为632) ，广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为 m=1.643,取m=1.64 c=0.6mh0=1.241m将要复核的斜截面如图5-5中所示AA斜截面（图中虚线位置），斜角=tan-1(h0/c) 45.50斜截面内纵向受拉主筋有432（2N5+2N6），相应的主筋配筋率 P=100=1.4(=0.18%)与斜截面相交的弯起钢筋有2N4（232），斜筋有2N7+2N7（225+225）AA的斜截面抗剪承载力为 +=807.9kN=416.46kN故距支座中心为h/2处的斜截面抗剪承载力满足要求。（2） 箍筋间距变化处截面 选定斜截面顶端位置由前述可知箍筋间距变化处截面的横坐标为x=12000-1300=10700mm,正截面的有效高度为h0=1262mm。现取斜截面投影长度ch0=1262mm，那么得到的选择的斜截面顶端位置B（图5-6），其横坐标为xB=10700-1262=9438mm。斜截面抗剪承载力复核B处正截面的剪力Vx=VL/2+(V0-VL/2)=396.74kN =1098.48kNm B处正截面有效高度为h0=1.262m(主筋为632) ，广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为 m=2.193,取m=2.19 c=0.6mh0=1.661m将要复核的斜截面如图5-6中所示BB斜截面（图中虚线位置），斜角=tan-1(h0/c) 37.2 0斜截面内纵向受拉主筋有432（2