型梁结构设计原理课程设计0001

1、mn、课程设计的要求熟练掌握书本上的知识掌握一般的结构构件设计的计算原理和方法,能够综合运所学知识,分析解决课程设计中出现的问题，设计结果科学合理。学生在设计过程中必须具有求实创新的精神,查阅参考书和设计资料,不拘泥于教材。设计期间学生必须严格遵守纪律,设计过程中认真严谨、勤学好问、努力创新、互帮互学，完成课程设计任务。二、课程设计的内容1、正截面设计1）内力组合计算：弯矩组合设计值计算公式:oMmn-O(=.：GiMGik Q1MQ!k c二yj =2Qj SQjk )剪力组合设计值计算公式:E 0LGiVGik Q1VQ1ki占nc厶 Qj v Qjk / j =2跨中截面:mnM=M川-

2、M丁 ：Md,l/2 Gi Gik ,l/2 Q1 Q1k,l/2 c Qj Qjk,l/27j =2=1.2 812.29 1.4 707.74 0.8 1.4 41.81 =2012411kN mmnVd,l/2 = 'GiVsik,l/2Q1VQ1k,l/2 ' 'c 二 'QjVQjk,l/2i=1j =2-1.2*01.4*71.830.8*1.4*2.14 -102.959L/4截面:mnMd,l/4 八 GiMGik,l/4 Q1M Q1k,|/4' c-QjM Qjk,l/4i =1j =2= 1.2*609.261.4*530.790.

3、8*1.4*41.81=1521.045kNm支点处界面:mnM M川M*md,o Gi Gik,o Q1 Q1k,o c 一 Qj Qjk,oi =ij =2=1.2*01.4*00.8*1.4*0 =0Vd,l/2 二"GiVGik,l/Q1VQ1k,l/2 ' 'c二 ：QjVQjk,l/2i4j=2= 1.2*01.4*71.830.8*1.4*2.14=102.9592）截面尺寸设计对于该T形截面：取梁肋宽b=200mm，翼缘悬臂端厚度取 100mm ,最大厚度为140mm, 预制梁翼板宽度为 1580mm，相邻两主梁的平均间距为1600mm。3）跨中截面纵

4、向受拉钢筋面积的计算机布置T形截面受压翼板的有效宽度 bf受压翼板的有效宽度bf取:1、b'f1 =L/3=19500/3=6500mm2、 b'f2=1600mm(装配式T形梁，相邻两梁的平均间距为1600mm)3、b'f3=b+2 bh+12 h； =200+0+12 X 120=1640mm三者中最小值，即 bf =1600mm。截面设计因采用的是焊接钢筋骨架，故设=30mm+0.07h=30+0.07 X 1300=121mm。截面有效高度=h-=1300-12 仁1179mm.判定T形截面类型因为Mu =fcdbthf(h。-“)=20.1*1580*120*

5、(1179-120)2 2= 4318.445 M = oMd =2012.411故属于第一类截面梁。求受压区高度 x又由 M = fsdAshf(h。-X)26X2012.411*10=13.8*1580 x(1179-?)2整理得：10902x -25706916X 2012411200 =0解得：x=81.070mm<(=120mm)求受拉钢筋面积 As将已知值及x=81.070mm带入下式,=6313.045mm2As 二如严8*16°°*81.°7° fsd280现选择钢筋为832，钢筋叠高层数为 4层。混凝土保护层厚度取 35mm>

6、;d=32mm及设计要求的30mm。有效钢筋间横向净距Sn=200-2 X 35-2 x 35.8=58mm > 40mm 及 1.25d=40mm。故满足构造要求。4）截面复核求实际有效高度h°已设计的受拉钢筋中，632的面积为4826 mm2, 618的面积为1527mm2°fsd=280MPa。as =35+2 x 35.8=106.6mm，则实际有效高度 h°=1300-106.6=1193.4mm判定T形截面类型fcdb fh f =13.8 X 1600X 120=2.65kNfsdA =6434 X 280=1.801kNfcdb fhf &g

7、t; fsd As,故为第一类T形截面。求受压区高度xx=fsd As fcdbf=280 X 6353/13.8 X 1600=82.623mm< hf (=120mm)正截面抗弯承载力计算M j = fcdbfx(h°=13.8 X 1600 X 82.623 X( 1193.4-82.623/2 )=2075.510KN m> M=2012.411 KN m又=6434/ (200 X 1193.4) =2.696%>0.2%故截面复核满足设计要求。2、斜截面设计1)腹筋设计(1)截面尺寸检查支点截面：ho=h -(35+35.8/2)=1247mm.(0.5

8、 10J)ftdbho截面尺寸符合实际要求。(2)检查是否需要根据计算配置箍筋跨中段截面：(0.5 10冷附皿3=0.5 X 10- X 1.39 X 200 X 1193.4=173.333 kN支座截面：(0.5 10")ftdbh。=0.5 X 10-3 X 1.39 X 200 X 1247=181.118 kN因？oVd,i； =102.959 kN v(0.5 "0 山)ftd bh。 Y°Vd ,。(= 454.927 kN) 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腹筋。(3)计算剪力图分配剪力配置图如下图所示：支点处剪力计算值

9、V0=Y°Vd,0，跨中处剪力计算值Vl =?0V Vxi0Vd,x=(0E10')a2ftdbh02*2=173.333kN截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为, L Vx-Vi/219500173.333 -102.959I11949.457 mm2 V0-V1/22454.927 -102.959在长度范围内，可按构造要求配置箍筋。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h = 1350mm范围内，箍筋的间距最大为100mm。距支座中心线为h/2处计算剪力值()由剪力包络图按比例求得 LV0 h(V0 VI /2)V19500 454

10、.927 -1300 (454.927 -102.959) 431.462kN19500则 0.4V 172.585kN =, 0.6V 258.877kN ,设置弯起钢筋区段长度为：:ho址 pi /2hopo0.645Sc = 40mmL=19.5mxiV -xM'svVu200 12471bfxAsAs hf(bb)2b20 6434 (1600-200) 12031054.5200(4)箍筋设计纵筋配筋率20 21 2：EsAs hpbf1-b) 2 - 6434 1193 (1600-200)120b fxB2200= 612517.5x 二.A2 B2 - A 二 25.9

11、mm (= 120mm)1 2 1 2-bh' -(bf -b)h2f (： Es_1)Ash。2 2x 二Ao=2.67%=1191mm，选用直径为 8双肢箍筋。箍筋截面积2Av = nAs =2 50.3=100.6nm。跨中截面pl/2 =2.696>2.5,取 pl/2 =2.5，=1193.4mm支点截面Po0=0.645，=1247200 1247箍筋间距Sva® 3(0.56 勺0_6(2+0.6p)fAvfsvbh 0(V')21 (1.1) (0.56 10 冷(20.6 1.573) 30 100.6 195 200 1220.22431.4

12、622=342.832mm考虑公路桥规的构造要求,1Svh = 650m m 及 400mm2( R235钢筋时)。则计算得满足要求，但采用双肢箍筋，箍筋配筋率取=250mm,则sv Asv100.60.2% . 0.18%，符合上述要求。bSv 200 汉 250综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的1300mm范围内，设计箍筋间距=100mm，尔后至跨中截面统一的箍筋间距取250mm。（5）弯起钢筋及斜筋的设计弯起钢筋及斜筋的初步设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为：.：d4。钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离as =48mm，则c =40mm。弯起钢筋的弯起角度为。各排弯起钢筋数

13、据计算如下表所示：弯起钢筋计算表弯起点1234（mm）1137110110661030距支座中心的距离（mm）1137223833044334分配的计算剪力值（kN）172.585155.005115.259需要的弯起钢筋Asbi （mm2 ）11621044776可提供的弯起钢筋Asbi （mm2 ）1608（2 32）1608（2 32）1608（2 32）弯筋与梁轴交点到支座中心的距离xC（mm）57617132814h =1300 - (35 35.8 1.5) (40 16.21 35.8) = 1137mm第一排弯筋(2 N 3)的弯起点距支座中心距离为 1137mm，弯筋与梁纵轴

14、交点距支座中心距离为1137 一号-(35 35.8 1.5) = 576mm所需要提供的弯起钢筋截面积Asb11333.33Vsb1fsd sin 451333.33 172.585280 0.707二 1162.245 mm2对于第二排弯起钢筋，可得到:21300 -(35 35.8 2.5)(40 16.21 35.8) =1101mm弯起钢筋(2N2)的弯起点距支点中心距离为113 h2 2238mm由比例关系计算可得到：4780.850 650 -1137Vsb24780.850_ 172.585解得 VSb2 =155.005kN所需要提供的弯起钢筋截面积1333.33Vsb2 1

15、333.33X155.0052Asb2空1043.855mmfsd sin 45280 0.707第二排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心距离为_130012238(35 35.8 2.5) =1712.5mm其余各排钢筋的计算方法与第二排弯起钢筋计算方法相同。确定弯起钢筋的弯起位置由一直跨中截面弯矩计算值ML/2 = Y0Md,L/2 =2012.411KN m ；支点中心处M0 二 0Md,0 =0，按式 M d,x = M d,L/2(14x2L2)计算做出梁的计算弯矩包络图。梁的弯矩包络图与抵抗弯矩图如下:在-截面处，因 x=4.875m , L=19.5m , M L/2 = 2012.

16、411KN m44X4.8752Ml/4 =2012.411 (12) =1509.308kN m19.5与已知值Md,L/2 =1521.045KN m相比，两者相对误差为 0.8%，小于3%，故用上式来描述简支梁弯矩包络图是可行的。各排弯起钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载力计算如下图所示:钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效咼度h°(mm)T型截面类别受压区咼度x(mm)抗弯承载力Mui(kN/m)支座中心至1点2321247第一类20.649556.8011点2点4321229第一类41.3121088.4282点3点6321211第一类61.9741594.528

17、3点梁跨中8321193第一类82.6232074.790现以弯起钢筋弯起点初步位置来检查是否满足公路桥规的要求。第一排弯起钢筋(2N3):其充分利用点"k” 的横坐标x=6607mm<=8613mm ,说明1点位于m点左边，且-x=(8613-6607=2006mm )> /2(=1211/2=606)，满足要求。其不需要点I的横坐标x=8292mm,而2N3钢筋与梁中轴线交点的横坐标(=9174mm) >x(=8292mm),亦满足要求。现将各排弯起钢筋充分利用点与不需要点坐标列于表中。钢筋名称充分利用点不需要点弯起点与粱中轴线交点(-x)-/2名坐标名坐标名坐

18、标名坐标称(mm)称(mm)称(mm)称(mm)2N3k6607l8292186131'9174>02N2j4443k6607275122'8037>02N1i0444364463'6936>03、全梁承载能力校核计算示例：距支座中心 h/2处的截面1）选定斜截面顶端位置距支座中心h/2处的截面的横坐标 x=9750-650=9100mm，正截面有效高度 =1247mm，现取斜截面投影长度 c : h 1247mm,则得到选择的斜截面顶端位置A，其横坐标为x=9100-1247=7853mm.2）斜截面承载能力复核A处正截面上的剪力及相应的弯矩M x计

19、算如下：Vx 二V、V。一 罕2汇7853 = 103455-10319500= 386.51kN= 20012 in195002 丿= 706.76kN mA处正截面有效高度h0 = 1229mm = 1.229m （主筋为432 ），则实际广义剪跨比 m及斜截面投影长度 c分别为:m二也 型亠十苏3Vxh0386.51 1.229c= 0.6mm =0.6 1.488 1.247 = 1.113 ： 1.247m将要复核的斜截面如图所示AA'斜截面，斜角B =tan° ；h/=tan"（1.22%113 阳了刀 斜截面内纵向受拉主筋有 2"28（2N6

20、），相应的主筋配筋率 p为=100 亠bho100 1608200 1247= 0.64 : 2.5箍筋的配筋率 .10060.201% Tmin =0.18%bsv200x250'与斜截面相交的弯起钢筋有2N3 2G32，按式°Vd <VA -2： 3 0.45 10bh。. 2 0.6p( Gk fsv 0.75 10，fsAsbsi规定的单位要求，将以上计算值代入该式，则得到AA '斜截面抗剪承载力为V" : 1： 2： 3 0.45 10" bh°. 2 0.6p . fcu,k =fsv0.75 10 fs Asb sin

21、-1 1 1.1 0.45 10"200 12472 0.6 0.6430 195 0.002010.75 10”280 (1608 402) 0.707=577。712KN >386.51KN.故距支座中心为h/2处的截面抗剪承载力满足设计要求。复核位置c'(mm)(kN)(kN m)(mm)mc(mm)（。）P(kN)h/2处1247386.51706.7612291.491.11347.80.640.201577.71弯起点11229369.47858.95122932.21229.10.640.2010872.452弯起点21211182.411602.4312

22、1132.18029.11.330.201830.996弯起点31193190.261882.77119332.14729.11.990.201368.956箍筋间距改变处1229363.70908.7012292.031.49939.30.640.201633.3654、持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算、挠度验算1）持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算4L=21.6mm,混凝土为 C25 ,= 16.7MPa ,=1.78 MPa , Ec=2.8010 MPa25A, =6182mm =116mmEs=2.80 10 MPa =335 MPa h0 = 1234mm裂缝宽度验算：（

23、1）带肋钢筋系数=1.0可变作用效用的频遇值系数，汽车荷载（不记冲击力）申=0.7，人群荷载®12=1.0 ； 可变作用效用的准永久值系数，汽车荷载(不记冲击力)21=0.4 ， =0.4.荷载短期效用组合弯矩计算值为Ms = Mg *，iiMqi 12MQ2=832.29+0.7 X 687.55+1.0 X 41.81 =1355.39 MPa荷载短期效用组合弯矩计算值为M i =M21M q22 M Q2=832.29+0.4 X 687.55+0.4 X 41.81 =1124.03 KNm系数c2"0.5MS"0.5 Sfb1.41系数，非板式受弯构件=

24、1.0(2)钢筋应力的计算Ms0.87h0A13539 106=204MPas 0.87 1234 6182(3)换算直径的计算因为受拉区采用不同的钢筋直径，应取用换算直径，则可得到d =de8 282 4 2028 28 4 20=25.9mm对于焊接钢筋骨架 d=de=:1.3 25.9 =33.66mm(4)纵向受拉钢筋配筋率的计算bh06182200 1234-0.025 0.02取=0.02(5)最大裂缝宽度的计算Wfk ss 丿 30+d=C1C2C3 -Es 0.28 10 t,204 .30 + 3366=1 1.41 152x10 0.28 + 10x0.22"91

25、mm M =0.02满足要求。2)梁跨中挠度的计算在进行梁变形计算时，应取与相邻梁横向连接后截面的全宽度受压翼板计算，即IIbf1=1600mm , hf =121mm(1) T型换算截面的惯性矩和计算1对于T形梁换算截面，由-b fx2 EsAs(h。- x)代入数据得计算截面混凝土受压区高度2Ix=229mm> hf (=120mm)梁跨中截面为第二类T形截面。这时，x由确定，即20A : EsAs h f(bf 1 A = 6434 (1600-200) 1201054.520020 22Zsho h2f(bf1-b) 2 20 6434 1193 (1600-200) 1202B

26、-3 =612517.5b2002x = . A2 B2 一 A 二 25.9mm h f 120mm)开裂截面的换算截面惯性矩为cr_bfx3_ 3 (b f b)(x h f332'-"ESAs (ho - x)1600 2593326434 (1193-259)(1600 -200) (259 -120)3364=45431.1 10 mmT梁的全截面换算截面积为A。二bh (bf -b)hf ( es -1)As丄丄20=200 1300 (1600 -200) 120 (1) 64343二 464459 mm受压区高度为1 1 bh2 (b fb)h 2f ( esi)Ash。x =AoAAQp200 1300 - (1600-200) 1202 (-0 -1) 6434 1193= -464459二 479mm全截面换算惯性矩为13121'' 3''1'22I。 bh3bh(h-x)2(bf -b)(hf )3-(bf-b)hfhf-x)2-(:es-1)As(h。-x)212 2 12 2131300213200 1300200 1300 (479)(1600