钢筋混凝土结构设计计算书

1、钢筋混凝土结构设计原理课程设计钢筋混凝土结构设计原理课程设计计算书项目名称：20m钢筋混凝土装配式T形梁设计学院：交通科学技工学院专业：桥梁与隧道工程指导教师：杨大伟学号： 1093210209姓名：王永军2011 年 12 月钢筋混凝土结构设计原理课程设计计算书一、设计资料1 .题目：20mffl筋混凝土装配式T形梁设计2 .计设计荷载：B级车道荷载，人群2.5kN/m2。3 .桥梁横断面布置图见图4-1 o4 .主要尺寸： 标准跨径 L=20m 计算跨径 Lf=19.5m 梁长 L=19.96m05、材料规格：钢筋：主筋采用HRB40cs筋抗拉强度标准值fsk=400MPa抗拉强度设计值f

2、sd=330MPa弹性模量Es=200000MPa相对界限受压区高度t b=0.56箍筋采用HRB33朋筋抗拉强度标准值fsk=335MPa抗拉强度设计值fsd=280MPa混凝土：主梁采用C30混凝土抗压强度标准值fck=20.1MPa抗压强度设计值b=13.8MPa抗拉强度标准值ftk=2.01MPa抗拉强度设计值ftd=1.39MPa弹性模量Ec=30000MPa6.设计规范：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）向力汇苏羞4-1粒置忸低内力汽车俄儿鼾呼拒州J喇 |明h等更蚁Mi温kNni!%工ifcS)4ieUNtbi%度ikuMi：KLNl3i"

3、;rkNi1醋巾751.00',111.衿弓仙51 SO"JC2 Si14562.1468 5011.300.00I5J.OO000122 SO0.0015.00.声中7(5.000.00am46却.“剧1 gZ 157J.4042：.70»：6.3)支点uaJS7,DOb.00127. JO0.0044.00观中766.000.004SJ.9O4L90JOJO.r川3-追:颜空划支点1(JDO35?.00Q.OOU6O00.00r.«!、设计内容（一）截面选择:1700nj2011年12月23日页码：3/14240尺寸：b=240 mm hf用HRB40

4、0马钢筋；100 1402120mm； h=1200 mm;拟采用 C30混凝土；采（二）内力设计值钢筋混凝土结构设计原理课程设计基本内力组合(用于承载能力极限状态计算)：弯矩组合设计值：1. Md,L/21.2751+1.4595+1.12 55.3=1796.14 kN mMd,L/41.2562+1.4468.5+ 1.12 41.3=1376.56 kN m2. Md,L/21.2765+1.4537.2+1.12 34.8=1709.06 kNmMd,L/4 1.2 573+1.4 422.7+ 1.12 26.2=1308.73 kN m3. Md,L/21.2766+1.4484

5、.9+1.12 30.5=1632.22 kNmMd,L/4 1.2 566+1.4 382+ 1.12 22.8=1239.54 kN m剪力组合设计值：1.支点截面：Vd,0 1.2 154+1.4 122.8+1.12 15=373.52 kN跨中截面：VdL/2 1.4 51.5+1.12 2.84=75.28 kN2.支点截面：Vd,01.2157+1.4 127.4+1.12 44=416.04 kN跨中截面Vd,L/21.4 46.5+1.12 1.79=67.10 kN3.支点截面：Vd,01.2155+1.4 136+1.12 47=429.04 kN2011年12月23日页

6、码：7/14跨中截面Vd,L/21.4 41.9+1.12 1.57=60.42 kN短期效应组合VsVgK0.7Vq1k/(1)Vq2KVsVGK0.7VQ1K/(1)VQ2K长期效应组合VlVgk0.4Vqik/(1)VQ2KVlVgk 0.4Vqik/(1) Vq2k荷载内力计算结果截面位置项目基本组合123MVMVMVkN.mkN.mkN.m跨中最大弯矩1796.11709.01632.2最大剪力P 75.267.1060.4 :L/4最大弯矩1376.51308.71239.5最大剪力0.00.000.00支点:最大弯矩0.000.000.001最大剪力373.5416.04429.

7、0短期效应组合长期效应组合12 13123MMMMMMkN.mkN.mkN.mkN.mkN.mkN.m1156.31115.81081.7973.1959.4941.1(经内力组合值计算，为使梁安全耐用，安全经济和施工方便, 采用1梁的弯矩值，3梁的剪力设计值来设计该梁)(三)钢筋的选择根据跨中截面正承载力极限状态计算要求，确定纵向受拉钢筋数量。拟采用焊接钢骨架配筋，设 as=90mm, as=30mm则h0=1200-90=1110 mm 120 140hf2120mm o翼缘计算宽度bf按下式计算，并取其中较小值：bfL =19500/3=6500 mm3bf 1700 mm 'b

8、f b 12hf =240+12 120=1680 mm ''故取 bf =1680 mm '首先根据公式判断截面类型，得：0Md=1.1 1796.14 106=1975.75 106f f hf)=13.8 1680 120 (1110-120/2 ) =2921.18 106fcdb h (h0 -2-即oMd fcdb 'fh f(ho h_),故应按第一类T形计算。由公式确定混凝土受压区高度：oMd fcdAs(ho X )2x2 2200X 170440.82 0解得 x=74.92 mm<if =120 mm, x>2a'=60

9、mm;将所得x值代入公式求的所需的钢筋截面面积为：'Ascd fx = (13.8 1680 74.92) /330=5263.47 mm2fsd采用三排焊接骨架，选用9根HRB400-28 (外径31.2mm),供给 As=9 615.8=5542.2 mm2。AS =5542.2/ (120 1700+1060 240)A=0.0121> min 045& =0.002085满足要求。钢筋截面重心至截面下边缘的距 fsd离 as=30+2 31.2=92.4 mm 梁的实际有效高度 h0 =1200-92.4=1107.6mm=截面最小宽度 bmin=2 30+31.

10、2 3+30 2=213.6< b=240mm(四)跨中截面正截面承载力复核由公式确定混凝土受压区高度，得：x %As= (330 5542.2) / (13.8 1680) =78.89mm fcdbf0MdfsdAs(h0 x )2Mdu =330 5542.2 (1107.6-78.89/2)=1953.55<1975.75 但是两者相差 1.1%,误差小于5惭以可认为跨中截面的正截面承载力满足要求；五、斜截面抗剪承载力计算1 .抗剪强度上、下限复核对于腹板宽度不变的等高度简支梁，距支点 h/2处的第一个计算截面的截面尺寸控制设计，应满足下列要求：0.50 10 3ftdbh

11、00Vd 0.51 101X?bh0钢筋混凝土结构设计原理课程设计根据构造要求，仅保持最下面的三根钢筋通过支点，其余各钢筋在跨间不同位置弯起或截断。支点截面的有效高度 ho =1200- (30+31.2/2 ) =1154.4mm将有 关数据代入上式得：0.50 10 3 ftdbh0 =0.50 0.001 1.39 240 1154.4=192.550.51 103 f kbh0 =0.51 0.001 回 240 1154.4=773.92距支点h/2处的剪力组合设计值 0Vd =442.9.00KN,则192.55<442.9<773.92 , 计算结果表明，截面尺寸满足

12、要求，但应按计算要求配置箍筋和弯起钢筋。2 .设计剪力图分配支点剪力组合设计值 0Vd=1.1 429.04=471.95KN跨中剪力组合设计值 0Vd,L/2=1.1 60.42=66.46KN其中 0Vd 0.50 10 3ftdbh0 =0.5 103 1.39 240 1107.6=84.75 kN部分可以不进行斜截面承载能力计算，箍筋按构造要求配置。不需要进行斜截面承载力计算的区段半跨长度为：x=19500/2(84.75-66.46 ) / (471.95-66.46 ) =439.78mm距支点h/2=1200/2=600mmM的设计剪力值为Vd1 =442.90kN,其中应由混

13、凝土和箍筋承担的剪力组合设计值为：0.6Vd1=0.6 442.90=265.75 kN应由弯起钢筋承担的剪力设计值为：0.4Vd1=0.4 442.90=177.16 kN3 .箍筋设计由公式确定箍筋配筋率:sv(30.0.器0 3bh0 )2 修 0.6% ? fsd,v式中：p纵向钢筋配筋百分率，按3根HRB400-28 (直径31.2mn)伸入支 点计算，可得：p=100=100 & =100 1847.4/ (240 1154.4) =0.667bh03 受压翼缘影响系数，取 3=1.1 ；2011年12月23日页码：15/14fsd,v 箍筋抗拉强度设计值，取fsd,v=2

14、80MPasv(265.75)21.1 0.45 10 3 240 1154.4,/(2 0.6 0.667) <30 280=0.00102< sv,min0.0012所以取sv=0.0015 （保留一部分强度），选取直径为10mmi勺HRB335O支箍筋, 单肢箍筋的截面面积Asv1=78.54 mm2,箍筋间距为:Sv 四=2 78.54/240/0.0015=436.33 , b sv按照标规（JTGD62）规定取6=300mm在支承截面处自支座中心至一倍梁高的范围内取Sv=100mm4 .弯起钢筋设计根据标规（JTGD62）规定，计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心h/2

15、处，应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，即Vsb1=0.4Vd1=177.16kN。第一排弯起钢筋的截面面积由公式求得：2Asb1 3V=177.16/ （0.75 0.001 330 0.707） =1012.44 mm ,Vsb1'0.75 10 fsd sin s由纵筋弯起2根HRB400-28钢筋提供Asb1=1231.6 mm2;计算第二排弯起钢筋时，应取第一排弯起钢筋起弯点处（即距支座中心Xi =h1 =1200- （44+22.7+30+2 31.2） =1040.9mm 其中 44mnJ架立钢筋的净保护层厚度，22.7mm为架立钢筋的外径，30mnJ纵向刚进的净保护

16、层厚度，31.2mm 为纵向刚进的外径），应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，从剪力比例图中的比例关系求得Vsb2=144.14 kN。第二排弯起钢筋的截面面积为：VAsb2 ：=144.14/ （0.75 0.001 330 0.707） =823.74 mm2, 0.75 10 fsd sin s由纵筋弯起的1根HRB400-28钢筋和力口焊2根HRB400-20的钢筋，提供的Asb2 =1243.8 mm2计算第三排弯起钢筋时，应取第二排弯起钢筋弯点处(即距支座中心X2 Xi h2=1040.9+1200- (44+22.7+30+2 31.2) =2081.8mm,应由弯起钢筋承担

17、的那部分剪力组合设计值，从剪力比例图中的比例关系求得Vsb3 =106.78kN。第三排弯起钢筋的截面面积为： VAsb3 -3b3-:=106.78/ (0.75 0.001 330 0.707) =610.23 mm2,0.75 10 fsdSin s'由纵筋弯起1根HRB400-28钢筋和力口焊2根HRB400-20的钢筋，提供的2Asb3 =1243.8 mm。计算第四排弯起钢筋时，应取第三排弯起钢筋弯点处(即距支座中心x3 x2 h3 =2081.8+1200- (44+22.7+30+2 31.2) =3122.7mrm,应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值,从剪力比例图

18、中的比例关系求得Vsb4 =73.20kN。VAsb621Asb6 0 75 10 f sin =73.20/ (0.75 0.001 330 0.707) =418.33 mm ,由纵筋弯起1根HRB400-28的钢筋和力口焊2根HRB400-20的钢筋，提供的2Asb4 =1243.8 mm计算第五排弯起钢筋时，应取第四排弯起钢筋弯点处(即距支座中心 x4 x3 h4=3122.7+1200- (44+22.7+30+2 31.2) =4163.6mrm,应由弯起钢筋承担的那部分剪力组合设计值，从剪力比例图中的比例关系求得Vsb5 =40.68kN。Asb5 3V=73.20/ (0.75

19、 0.001 330 0.707) =232.48 mm2 ,由Vsb5 0.75 10 fsd sin s纵筋弯起1根HRB400-28的钢筋和力口焊2根HRB400-20的钢筋，提供的2Asb5 =1243.8 mm。计算第六排弯起钢筋时，应取第五排弯起钢筋弯点处(即距支座中心X X4 h5 =4163.6+1200- (44+22.7+30+2 31.2) =5203.7mrm,已经超过需要 设计弯起钢筋来承受剪力的范围了，所以只需要设计五弯起钢筋。(六)全两承载力校核1 .抗弯承载力复核：跨中截面所能承受的弯矩设计值 M du =1953.55 kN m,将其分成9等分，按每次弯起的钢

20、筋的截面面积之比，近似求得钢筋弯起后各截面所能承受的弯矩 设计值。从图中看出，钢筋弯起后各截面的正截面抗弯承载力是足够的。各钢筋的弯起点距其充分利用点的距离均大于 h/2,故斜截面抗弯承载力亦满足要求。全梁承载力承载力校核图2 .抗剪承载力复核：(1)选定斜截面顶端位置已知距支座中心为h/2处的截面的横坐标x=600,正截面的有效高度为h0=1154.4mm现取斜截面投影长度近似等于h0=1154.4mm则得到选择的斜截面顶端位置的横坐标为x=600+1154.4=1754.4mm(2)验算复核Vx VL/2 (V0 VL/2)2x 60.42 (429.04 60.42)2 7945.6 3

21、60.82kNL1950022Mx Ml/2(1 空)1796.14 (1 4 794M6 ) 603.29kNL19500该处正截面的有效高度h0=1138.8mm则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为:M x 603.29 m - 1.468 3Vxh0360.82 1.1388c 0.6mh0 0.6 1.468 1.1388 1.003m将要复核的斜截面的斜角tan 1(h0 /c) tan 1(1.1388/1.003) 48.6°,斜截面内纵向受拉主筋有3根HRB400-28的钢筋，相应的配筋率p 100 ds 0.67。 b%箍筋配筋率sv 0.0015时，与斜截面

22、橡胶的弯起钢筋有3c28和2c2Q将以上 数据代入公式得：Vu 1 2 3(0.45 10 3)bh0、(2 0.6p)jfcu,kfsv (0.75 10 3)fsdAsbSin s =1 1 1.1 0.00045 240 1138.8 (2 0.6 0.67) 30- 0.0015 280 0.00075 330 (3 615.8 628) 0.707=751.17KN> Vx=360.82kN根据验算故认为距支座中心为h/2出的截面抗剪承载力满足设计要求。(七)裂缝与变形计算1 .裂缝验算(正常使用极限状态裂缝宽度计算，采用荷载短期效应组合，并 考虑荷载长期效应的影响。)荷载短期

23、效应组合： Ms Mgk 0.7Mqik/(1) Mq2K=751+0.7 595/1.19+55.30=1156.3荷载长期效应组合：Ml Mgk 0.4Mqik/(1) Mq2k=751+0.4 595/1.19+55.30=973.12跨中截面裂缝宽度：Wfk C1C2C3 7 ( 30 d ) Es 0.28 10其中：C1 1,C3 1C2 1 0.5 业 1 0.5 97312=1.42Ms1156.3Ms1156.3 106216.51MPa0.87Ash0 0.87 5542.2 1107.6de4As0.75u4 5542.20.75 9 3.14 31.233.52取 =0

24、.02, E 2 105MPa,将以上数据代入公式得Wfk 1.42 21651 ( 30 33.52 )=0 203mm2 1050.28 10 0.02计算裂缝宽度为0.203mm与允许值0.2mm误差很小，满足规范要求2 .变形验算荷载短期效应作用下的跨中截面挠度按下式近似计算:2f 5 MsL2fs 48 B其中：Ms=1156.3kN m, L=19.50 mB B0M cr、2./Mcr、2i B0()1 ()MxMxBcrB0为全截面抗弯刚度，B° 0.95EcJ0,按全截面参加工作计算，取bf's1680mm Es= Es 6.67 ,换算截面重心至受压缘的距离 y0 =395.96 mm至受拉边缘 Ec的距离 y° =1200-395.96=804.04mm 换算截面的惯性矩 J。 8.239 1010mm4,对受拉边缘的弹性抵抗矩 W0位8.239 1010/804.04 1.02 108mm3,换算截 V。面中心以上部分面积对重心轴的面积矩为：S0 240 395.962/2 (1700 240) 120 (395.96 60) 7.767 107 mm2取Ec 3.0 104 MPa ,将有关数据代入得：B0 0.95EJ0 0.