结构原理设计计算书

1、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 11.1 方案的比选 11.2 所选方案的精确计算 31.3 直线、曲线和转角表 41.4 逐桩计算曲线点坐标 42 纵断面设计内容 62.1 中桩地面高程的读取 62.2厘米格坐标纸展绘地面线 72.3 纵坡的设计 72.4 竖曲线的计算 72.5 竖曲线计算表 92.6 中桩设计高程的计算 93 横断面设计内容113.1 路幅的组成、尺寸和横坡的确定 113.2中桩横断方向高程的读取 113.3 加宽的设计及超高值的计算

2、143.4 路基设计表的计算填写 143.5 土石方数量计算表 143.7 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 0=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 f cd =16.1MPa，轴心抗拉强度设计值 ftd =1.52MPa。主筋采用 HRB335 的钢筋。抗拉强度设计值为f sd =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Md,l/2=ql =2880kN

3、mVd,l/2=90kN81/4 跨截面Md,l /2 =2160kN m支点截面M d,0=0Vd,0= ql =480kN22 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 bf 1 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 140 80hf =110mm, bf =1/3L=8000mmf 2 f2 b+2bh +12hf =1500mm取二者的最小值，故取受压翼板的有效宽度为 bf =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 bf =1.5m（预制宽度

4、1.65m）C35 混凝土 ， HRB335 钢筋。I 类环境条件 ，安全等 级为二级。跨中 Md,l / 2 =2880kN m求：配筋（焊接钢筋骨架）计算及截面复核解：1 计算参数 f cd =16.1MPa ftd =1.52MPa f sd =280MPa b =0.560=1 M= 0 Md,l/ 2 =2880kN m2 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： hf =140 80 =110mmf23 截面设计（1）因采用的是焊接钢筋骨架，故设 as =30+0.07h=124.5mm 截面有效高度为 h0 =1225.6mm（

5、 2）判断 T 形截面类型hffcdbf hf （h0 f ） =3109.43kN mM=2880kN m 故属于第一类 T 形截面2（3）求受压区高度x由Mu= fcdbf x（h0 2）推出 x h0 h02 2 0Md =101.52mmd=32mm 且最小 30mm选 8 32+4 28 As=8897mm2 钢 筋 间 的 横 净 距 Sn =180 2 35.8=40.4mm40mm 及 1.25d=1.2532=40mm 故满足构造要求。（6）少筋验算= As 100%=4.03 %0.2%及 45 ftd %=0.24%,不少筋。 bh0f sd（ 7）钢筋布置图 2.24

6、截面复核已 知设 计 的受 拉 钢筋 中 ，8 32 的 面 积 为 6434mm2,4 28 的 为2463mm2 f sd =280MPaa = 6434（34 2 35.8） 2463（34 4 35.8 31.6） =134mmas =6434 2463 =134mm实际的有效高度 h0 =1350-134=1216mm（ 1）判定 T 形截面类型fcd bf hf =2.66103kNfsd As =2.49103kN 由于fcdbf hf f sd As ,故为第一类 T形截面（ 2）求受压去高度 xx= fsdAs =103mmM=2880kN m（4）验算少筋A= As 100

7、%=4.06% 显然满足不少筋bh0综上，跨中截面主筋为 8 32+4 28 ，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h0 =1216mm，抗弯承载力M u =2896.64kN m， 0 M d,l /2 =2880kN m3 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 4 32 As=3271mm2，即需要四根穿过支座中心， 此时支点截 面有效高度为 h0 =h-（34+35.8）=1280mm上限值 0.

8、51 10 3 fcu,k bh0 =695.16kN 0 Vd,0 =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） ftd bh0 2 =166.35kN支座处截面 （0.510-3） ftd bh0 2 =175.10kN由于 0 Vd,l / 2=90kN （0.510-3） ftd bh0 22.5取 pl/2 =2.5, h0 =1216mm bh0支点截面： p0= s 100=1.40 ，取 h0 =1280mm bh0h0 =1248mm则平均值分别为 p= pl/2 p0 =1.95，2（ 2）计算 SV2 2 6 21 3 0.

9、56 10 （2 0.6p） fcu,k ASV f svbh0SV =2 =353mmV2A经验算可取 SV =300mm SV= SV =0.186%0.18% 故满足要求。bSv综上，在支座中心跨径长度方向的 1350mm 内，设计箍筋间距为SV =100mm,其它至跨中截面统一采用箍筋间距 SV =300mm.5 弯起钢筋及斜筋设计5.1 弯起钢筋的构造要求：1 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。2 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。3 钢筋混凝土梁的弯起钢筋一般与梁纵轴线成 450 角，弯起钢

10、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 HRB335 22，钢筋重心至受压翼板上边 缘距离为 as=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 hi ，如图弯起钢筋细节图 511 弯起点 1(2N4)h1= 1350 ( 34+35.82.5)+(43+25.1+35.80.5) =1141mm分配的剪力值为 VSb =0.4V=183.22kN需要的弯起钢筋为 Asb1=1333.33V sb1 =1234mm5638 f sd sin s可供的弯起钢筋为 Asb1=1608mm2

11、(2 32)钢筋与梁轴交点到支座中心距离 xc xc = h1 -h/2-(c+35.82.5)=589mm2 弯起点 2(2N3)h2= 1350(34+35.83.5)+(43+25.1+35.80.5)=1105mm分配的剪力值为 Vsb2Vsb15638 h2 h15638VSb2=168.08kN需要的弯起钢筋为 Asb2= 1333.33 VSb2=1132mm2 f sd sin45可供的弯起钢筋为 Asb1=1608mm2(2 32)钢筋与梁轴交点到支座中心距离 xc xc= h1+ h2 -h/2-(c+35.83.5)=1730mm3 弯起点 3(2N2)h3= 1350(

12、34+35.84+31.60.5)+(43+25.1+35.80.5)=1073mmVSb3=132.17kN分配的剪力值为 VSb3VSb1h5638 ( h1 h2)需要的弯起钢筋为 Asb3= 1333.33 V Sb3=890mm2 f sd sin45可供的弯起钢筋为 Asb3=1232mm2(2 28) 钢筋与梁轴交点到支座中心距离 xc xc= h1+ h2+ h3 -h/2-(c+35.84+31.60.5)=2837mm4 弯起点 4(2N1)h4 1350 - ( 34 35.8 4 31.6 1.5) 43 25.1 31.6 0.51 =1042mmV 5638 h (

13、 h1 h2h3 )分配的剪力值为 VSb4 2VSb4=97.30kNVSb15368需要的弯起钢筋为 Asb4= 1333.33 VSb4=655mm2f sd sin45可供的弯起钢筋为 Asb3=1232mm2(2 28)钢筋与梁轴交点到支座中心距离 xc xc= h1+ h2+ h3 + h4-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1234hi (mm)1141110510731042距支座中心距离xi （mm）1141224633194361分配的计算剪力值VSbi kN183.22168.08132.1797.30需要的

14、弯筋面积 A Sbi（mm）12341132890655可供的弯起钢筋面积A Sbi （mm）1608(2 32)1608(2 32)1232(2 28)1232( 2 28)弯起钢筋与梁轴线交 点到支座中心的距离 xc mm589173028373911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 Md,l /2 =2880kN m ，支点中心处 Md,0=0 以跨 中为原 点水 平向左为正方向，

15、 做出 梁的 弯矩包络 图， 在 L/4 截面 处，x=6m,L=24m, M d,l /2 =2880kN m弯矩计算值为 M l/4 28804 62242=2160kN m 与已知值 M l/4=2160kN m 相比完全符合，故可用 M d,xM d,l /2 (14x2) 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M ui支座中心 1 点截面纵筋 4 32Asb1 =3217mm2有效高度 h0 =h-asaS1=34+35.8=70mmh0 =1350-70=37mm受压区高度 x1= ffscddbASf1 =37mm正截面抗弯承载力 Mu1= fsd AS1(h

16、0-x1/2)=1136.31kN m2 梁区段： 1点2 点截面纵筋 6 32Asb2 =4826mm2有效高度 h0 =h-asaS2=34+35.8 1.5=88mmh 0 =1350-88=1262mm受压区高度 x2= ffscddAbSf2 =56mm正截面抗弯承载力 Mu2= fsd AS2(h0-x2/2)=1667.48kN m3 梁区段： 2点3 点截面纵筋 8 32Asb3 =6434mm2有效高度 h0 =h-asaS3=34+35.8 2=106mmh 0 =1350-106=1244mm受压区高度 x3= fsd AS3 =75mmfcdbf正截面抗弯承载力 Mu3

17、= fsd A S3(h0-x3 /2)=2173.53kN m4 梁区段： 3点4 点截面纵筋 8 32 +228 Asb4 =7666mm2有效高度 h0 =h-as6434 34 35.8 2 1232 34 35.8 4 31.6 / 2aS4=120mm6434 1232h0 =1350-120=1230mm受压区高度 x4= ffscddbAsf4 =89mm正截面抗弯承载力 Mu4= fsd A S4(h0-x4 /2)=2544.65kN m5 梁区段： 4 点梁跨中 截面纵筋 8 32 +4 28 Asb5 =8897mm2有 效 高 度 h0 =h-asaS5= 64343

18、4 2 35.8 246334 4 35.8 31.6 =134mm8897h0 =1350-134=1216mm受压区高度 x5= fsdAs5 =103mmM=2880kN m判定 T 形截面类型fcdbf hf =2.66103kNfsd As =2.49103kN 由于fcdbf hf f sd As ,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 Mu（i mm）支座中 心1点4 321280第一类371136.311 点

19、2 点6 321262第一类561667.482 点 3 点8 321244第一类752173.533 点 4 点8 32+2281230第一类892544.654 点梁 跨中8 32+4281216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M d,xM d,l /2(1 4x2 )公式 5-1）可分别求出， xi=0x j =4095mm xk = 5943mmx l =7786mm x m =9337mm。5）检查弯起点的初步位置其充

20、分利用点 l 的横坐标 xl=7786mm ，而2N4 的弯起点 1 的横坐标在 l 点 的 左 侧 ， 且x1=L/2-1141=10859mm ， 说 明其不需要点 m 的横坐标 x mx1-xl =3073mmh0/2(=631mm)。=9337mm，而 2N4 钢筋与梁中轴线交点 1的横坐标 x1（=11411mm） x m （=9337mm）,符合要求。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 l的横

21、坐标 x l =7786mm，而 2N3钢筋与梁中轴线交点 2的横坐标 x2(=10270mm) x l (=7786mm),符合要求。其充分利用点 j 的横坐标 x j =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-x j =4586mmh0/2 （ =615mm）。其不需要点 k的横坐标 xk= 5943mm，而 2N2钢筋与梁中轴线交点 3的横 坐标 x3（=9163mm） x k （ =5943mm）,符合要求。4 第四排弯起钢筋（ 2N1）其充 分利用 点 i 的横 坐 标 xi=0 ，而 2N1

22、 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 x j =4095mm，而 2N1 钢筋与梁中轴线交点 4的横坐标 x4（=8089mm） x j （=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

23、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1 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

24、xA=11325-1280=11045mm。2 斜截面抗剪承载力复核A 处正截面的剪力2xVx=V L/2+(V 0-V L/2) =416.46kNM d,xM d,l /2 (14Lx22) =861.96kN mA 处正截面有效高度为 h0=1.262m（主筋为 6 32） ，广义剪跨比 m 及斜截 面投影长度 c 分别为m= M x =1.643,取 m=1.64c=0.6mh0=1.241mVxh0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 4 32（ 2N5+2N6），相应的主筋配筋率AsP=10

25、0bAhs0 =1.4 min (=0.18%) bSV与斜截面相交的弯起钢筋有 2N4(2 32)，斜筋有 2N7+2N7(2 25+2 25) AA 的斜截面抗剪承载力为Vu1 2 3(0.45 10 3)bh0 2 0.6p fcu,k svfsv + 0.75 10-3 fsd Asb sin=807.9kN V x =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1 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 c h0=126

26、2mm，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。2 斜截面抗剪承载力复核B 处正截面的剪力2xVx=VL/2+(V0-VL/2) =396.74kNM d,x M d,l /2 (14x2)L2 ) =1098.48kN mB 处正截面有效高度为 h0=1.262m（主筋为 6 32） ，广义剪跨比 m 及斜截 面投影长度 c 分别为m= M x =2.193,取 m=2.19c=0.6mh0=1.661mVxh0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 4