天津城建大学混凝土结构设计原理B课程设计

学 号 天津城建大学混凝土结构设计原理B课程设计设计说明书跨径13m净11+21.0装配式钢筋混凝土T梁桥主梁设计A起止日期： 2015 年 12 月 30 日 至 2016 年 1 月 8 日学生姓名班级成绩指导教师 土木工程学院2015年 12 月 28 日目录第一章 课程设计任务介绍1第二章 钢筋混凝土简支梁荷载效应组合及内力计算32.1承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合32.2正常使用极限状态设计时的作用效应组合3第三章 持久状况正截面抗弯承载能力的计算及复核53.1正截面设计参数53.2确定T形截面梁受压翼板有效宽度53.3跨中截面的纵向受拉钢筋计算53.4正截面复核6第四章 持久状况斜截面承载能力的计算64.1.腹筋设计64.2斜截面抗弯承载力校核104.3斜截面抗剪承载力较核12第五章 持久状况正常使用裂缝宽度挠度验算135.1裂缝宽度验算135.2挠度的验算14第六章 短暂状况（施工安装）应力验算及（吊钩设计）176.1弯矩和剪力计算176.2 正截面应力验算186.3 斜截面应力验算19第七章 主梁材料用量统计计算207.1 钢筋用量计算207.2混凝土总用量计算22参考文献232天津城建大学课程设计任务书2015 2016 学年第 1 学期 土木工程 学院 土木工程 专业 土木一班 班级课程设计名称： 混凝土结构设计原理B课程设计 设计题目：跨径13m净11+21.0装配式钢筋混凝土T梁桥主梁设计A完成期限：自 2015 年 12 月 30 日至 2016 年 1 月 8 日 共 1.5 周设计依据、要求及主要内容：一 基本资料1.简支T形梁桥上部构造标准跨径13m。 主梁全长12.96m主梁计算跨径l=12.50m， 桥面宽11+2x1.0mT形梁桥的上部结构如图 T形梁桥的上部结构图 ( 尺寸单位：mm )2.材料:编号混凝土强度等级主筋级别箍筋级别环境类别安全等级AC25HRB335R235I类二级BC30HRB335R235I类一级CC35HRB400HRB335类二级DC40HRB400HRB335类一级3. 标准作用（荷载）作用(荷载)标准值表 作用位置荷载种类剪力（kN）弯矩（kN.m）V0(支点)V1/2(跨中)M1/2(跨中)M1/4(1/4跨径)恒载156.2453.71340.28车辆荷载143.618.64605.65450.52人群荷载35.286.7484.2664.2注：车辆荷载已计入冲击系数，1+m=1.19 二 设计依据公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004 人民交通出版社2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004 人民交通出版社结构设计原理，叶见曙，人民交通出版社，2010公路桥涵钢筋混凝土受弯构件的计算，李美东，中国水利水电出版社2006道路工程制图标准GB 50162-92 中国计划出版社公路桥涵标准图三 设计要求1. 在教师的指导下，学生应独立完成设计内容。2. 结构设计说明书，要求书写工整、清晰、准确。3. 说明书要严格按照教务处下发的天津城建大学课程设计说明书规范书写。各计算应写明计算的依据、目的及过程。4. 绘制钢筋混凝土简支梁配筋施工图，要求绘图正确、清晰、符合桥梁设计规范制图标准。四 设计内容：1、 根据设计资料，确定荷载效应及组合。2、 持久状况正截面抗弯承载能力的计算及复核3、 持久状况斜截面抗剪承载能力的计算4、 持久状况斜截面抗剪承载力、抗弯承载力和全梁承载力校核5、 持久状况正常使用裂缝宽度验算6、 持久状况正常使用变形验算7、 钢筋混凝土简支梁短暂状况（施工安装）应力验算及(吊钩设计)8、 主梁材料用量统计计算9、 绘制钢筋混凝土简支梁配筋施工图，编制钢筋和混凝土材料用表指导教师： 李美东 彭全敏 系 主 任： 董鹏 批准日期：2015年 12 月28日二、钢筋混凝土简支梁荷载效应组合及内力计算2.1承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合钢筋混凝土简支梁桥现按结构的安全等级为二级，取结构重要性系数为，因恒载作用效应对结构承载能力不利，故取永久作用效应分项系数。汽车荷载效应的分项系数，本组合为永久作用、汽车载荷和人群载荷组合，故人群载荷的组合系数为。除汽车外的其他j个可变作用效应的分项系数。按承载能力极限状态设计时作用效应值基本组合的设计值为： 2.2正常使用极限状态设计时的作用效应组合2.2.1作用短期效应组合根据公路桥涵设计通用规范，车辆荷载作用效应不应计入冲击系数，计算得到不计冲击系数的车辆荷载弯矩以及剪力标准值 ； 车辆荷载作用效应的频遇值系数，人群荷载作用效应的频遇值系数。2.2.2作用长期效应组合不计冲击系数的汽车荷载弯矩及剪力标准值； 汽车作用的准永久值系数，人群载荷作用效应的准永久值系数则 三、持久状况正截面抗弯承载能力的计算及复核3.1正截面设计参数预制钢筋混凝土简支T型梁截面高度h=1.3m，C25混凝土，HRB335级钢筋，类环境，安全等级为二级，跨中截面弯矩组合设计值,据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004 得：, , 。3.2确定T形截面梁受压翼板有效宽度 据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；T形截面梁的受压翼板有效宽度用下列三者中最小值：翼板平均厚度 （1）跨径的1/3: （2）相邻两梁的平均间距： （3）取最小值，故3.3跨中截面的纵向受拉钢筋计算 （1）采用焊接钢筋骨架，假设；则截面有效高度 （2）判定T型截面类型 故属于第一类T形截面。 （3)求受压区高度 由；得 ； 解方程的合适解为 (4)求受拉钢筋面积由，得：现选取钢筋为825+418截面面积钢筋布置叠高层数位6层，钢筋布置图。混凝土保护层厚度取，及规定的。钢筋横向净距及。满足构造要求。 截面主筋布置图3.4正截面复核已设计的受拉钢筋中，825的面积为，418的面积为，由钢筋布置图得：则实际有效高度（1）判定T形截面类型由：故为第一类T形截面（2）求受压区高度（3）正截面抗弯承载力又，故截面复核满足要求。四、持久状况斜截面承载能力的计算4.1.腹筋设计（1）截面尺寸检查根据构造要求，梁最底层钢筋425通过支座截面，支点截面的有效高度 截面尺寸符合设计要求。（2）检查是否需要根据计算配置箍筋跨中段截面：支座截面： 因，故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段按计算配置箍筋。（3）计算剪力分配图计算剪力分配图（尺寸单位：；剪力单位：）在剪力包络图中，支点处剪力计算值, 跨中处剪力计算值, 的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为在长度范围内可按构造要求布置箍筋。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1倍梁高范围内，箍筋的最大间距为。 在距离支座中心线h/2处的计算剪力值由剪力包络图的比例求得，为 其中应由混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为；应由弯起钢筋（包括斜筋）承担的剪力计算值最多为，设置弯起钢筋区段长度为如上图所示。 (4)弯起钢筋设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为22，钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离。弯起钢筋的弯起角度为，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。现拟弯起钢筋，将计算的各排弯起钢筋弯起点的截面的以及至支座中心距离、分配的剪力计算值、所需的弯起钢筋面积值列入表格。根据公路桥规规定，简支梁的第一排弯起钢筋（対支座而言）的末端弯折点应位于支座中心截面处。这时为弯起钢筋的弯起角为45 ，则第一排弯筋（2N4）的弯起点1距支座中心距离为，弯筋与梁纵轴线交点距支座中心距离为分配给第一排弯起钢筋的计算剪力值，已知所需要提供的弯起钢筋截面面积 为对于第二排弯起钢筋： 弯起钢筋（2N3）的弯起点2距支座中心距离为分配给第二排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算可得到 所需要提供的弯起钢筋截面面积 为第二排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心距离为第三排弯起钢筋：弯起钢筋（2N2）的弯起点3距支座中心距离为第三排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心距离为第四排弯起钢筋：弯起钢筋（2N1）的弯起点4距支座中心距离为弯起钢筋计算表 弯起点12341106107810831037距支座中心距离1106218432664303分配的计算剪力值135.443106.6838.67需要的弯矩面积912.25718.53260.46可提供的弯矩面积982（225）982（225）509（218）弯筋与梁轴交点到支座中心距离 56716732780原拟定弯起的N1钢筋的弯起点距支座中心距离为已大于，实际工程中，不截断而是弯起，以加强钢筋骨架施工时的刚度。（5）箍筋设计采用直径为的双肢箍筋，箍筋截面面 。斜截面内纵筋配筋率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： 跨中截面： ，取， 支点截面： ， 则平均值分别为； 箍筋间距为 取及，满足规范要求。采用直径的双肢箍筋，箍筋配筋率， ,满足规范规定。综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的范围内，设计箍筋间距；至跨中截面统一的箍筋间距取。4.2斜截面抗弯承载力校核现在同时满足梁跨间各正截面和斜截面抗弯要求，确定弯起钢筋的各弯起点位置。由已知跨中截面弯矩计算值, 做出梁的弯矩包络图如下梁的弯矩包络图与抵抗弯矩图（尺寸单位：；弯矩单位：）各排钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载力计算如下表。梁区段截面纵筋有效高度T形截面类型受压区高度抗弯承载力支点中心1点4251232第一类31.88668.71点2点6251217第一类47.80 983.82点3点8251203第一类63.741287.73点N1点825+2181194第一类72.001438.2N1梁跨中825+4181187第一类80.271588.0第一排弯起钢筋（2N4）：其充分利用点“”的横坐标，而2N4的弯起点1的横坐标，说明1点位于点左边，且，亦满足要求。其不需要点m的横坐标，而2N4钢筋与梁中轴线交点的横坐标,亦满足要求。第二排弯起钢筋（2N3）：其充分利用点“k”的横坐标，而2N3的弯起点2的横坐标，说明2点位于L点左边，且，亦满足要求。 其不需要点” ”的横坐标，而2N3钢筋与梁中轴线交点的横坐标，故满足要求。同理，可检验第三排、第四排的弯起钢筋均满足要求。4.3斜截面抗剪承载力较核（1）选定斜截面顶端位置由图可得到距支座中心为处截面的横坐标为，正截面有效高度。现取斜截面投影长度，则得到选择的斜截面顶端位置A，其横坐标为。斜截面抗剪复核计算图示（尺寸单位：）（2）斜截面抗剪承载力复核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（主筋为625）则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为： 将要复核的斜截面如上图所示中斜截面（虚线）。斜角斜截面内纵向受拉主筋有425（2N4、2N3），相应的主筋配筋率为箍筋的配箍率（时）为 与斜截面相交的弯起钢筋有2N4（225）、2N3(225)则斜截面抗剪承载力为故距支座中心为处的斜截面抗剪承载力满足要求。五、持久状况正常使用裂缝宽度挠度验算5.1裂缝宽度验算（1）带肋钢筋系数短期荷载效应组合弯矩计算值长期荷载效应组合弯矩计算值系数 系数（2）钢筋应力的计算 （3）换算直径的计算 对于焊接钢筋骨架； （4）纵向受拉钢筋的计算 ； 取 （5）最大裂缝宽度的计算 满足规范要求。5.2挠度的验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，即，（1） T梁换算截面的惯性矩和计算对T梁的开裂截面；由；可得到 解得： 故为第二类T形截面。此时，受压区x高度由公式确定，即则 开裂截面的换算截面惯性矩为 T梁的全截面换算截面面积为受压区高度为全截面换算惯性矩为 （2）计算开裂构件的抗弯刚度全截面抗弯刚度开裂截面抗弯刚度全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为全截面换算截面的面积矩为受拉区混凝土塑性影响系数为开裂弯矩: 开裂构件的抗弯刚度为（3）受弯构件跨中截面处的长期挠度值短期荷载组合下跨中截面弯矩标准值，结构自重作用下跨中截面弯矩标准值。对于C25混凝土，挠度长期增长系数。受弯构件跨中截面在使用阶段的长期挠度值为:在自重作用下跨中截面的长期挠度值为:则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值为: 符合公路桥规的要求。（4）预拱度的设置 在荷载短期效应组合并考虑长期效应影响下梁跨中处产生的长期挠度值为，故跨中截面需要设置预拱度。根据公路桥规对预拱度设置的规定，得到梁跨中截面处的预拱度为六、短暂状况（施工安装）应力验算及（吊钩设计）6.1弯矩和剪力计算一根主梁的荷载集度为 设采用两点吊装，梁的吊点位置距梁端分别为1m，则吊点处的弯矩为 跨中最大弯矩为 T梁截面图 吊点处的最大剪力为吊装时的弯矩图，剪力图如图所示吊装时的剪力和弯矩图（剪力单位： 弯矩单位：）6.2 正截面应力验算 由于吊点处弯矩很小，故仅验算跨中应力。 （1）T形截面梁跨中截面的换算截面惯性距计算根据公路桥规规定计算得到梁受压翼板的有效宽度，受压翼板平均厚度，有效高度。换算系数：由公式计算截面混凝土受压区高度为 解得 故为第二类T形截面。此时，受压区x高度由公式确定，即 则 开裂截面的换算截面惯性矩为（2）正应力验算考虑吊装因素，取 受压区混凝土边缘正应力受拉钢筋的面积重心处的应力最下面一层钢筋（225）重心距受压区边缘高度为 则钢筋应力为验算结果表明，主梁吊装时跨中截面混凝土正应力和钢筋拉应力均小于规范限值，可取图中的吊点位置。6.3 斜截面应力验算斜截面应力应满足：该截面（2-2）为负弯矩，上部钢筋（222）受拉，下部钢筋（425）受压，按宽度为b的矩形梁重新计算受压区高度为即 解方程得 故斜截面应力满足规范要求。七、主梁材料用量统计计算7.1 钢筋用量计算钢筋详图(1) 1号筋(218)： 水平直线段长： 圆弧长： 斜线段长： 总长: (2) 2号筋(218):水平直线段长：圆弧长：斜线段长：总长: (3) 3号筋(225):水平直线段长： 圆弧长： 斜线段长： 总长: (4) 4号筋(225): 水平直线段长： 圆弧长： 斜线段长： 总长: (5) 5号筋(225): 水平直线段长： 圆弧长： 竖直线段长： 总长: (6) 6号筋(225): 水平直线段长： 圆弧长： 竖直线段长： 总长: (7) 7号筋(222): 水平直线段长：圆弧长：竖直线段