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 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 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11 3.1 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

2、值的计算 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17;.1 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 f td =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

3、/ 2= ql 2=2880kN m V=90kN8d ,l / 21/4 跨截面 M d ,l / 2 =2160kN m支点截面Md ,0=0V= ql=480kNd , 022 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14080h f '=110mm, bf '=1/3L=8000mm2 b+2bh +12h f =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

4、制钢筋混凝土简支T 形梁 h=1.35m,翼板 b f '=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M d,l / 2 =2880kN m求：配筋（焊接钢筋骨架）计算及截面复核解：计算参数 f cd =16.1MPaf td =1.52MPa f sd =280MPab =0.561;.0 =1M=0 M d ,l / 2 =2880kN m1.1 的实际 T 形截面换算成图 2.1 所示的计2 截面换算，为了计算方便，将图算截面： h f '= 140 80 =110mm23 截面设计（ 1）因采用的是焊接钢筋骨架

5、，故设as =30+0.07h=124.5mm 截面有效高度为h 0 =1225.6mm（ 2）判断 T 形截面类型h f'm 故属于第一类 T 形截面fcd bf ' h f ' (h0) =3109.43kN m>M=2880kN2（ 3）求受压区高度由 M u = fcd b f'x(h0x )2推出 x h0h022 0 M d=101.52mm<h f '=110mmf cd b f'（ 4）求受拉钢筋的面积AsAs= f cdb f ' x =8756.1mm2f sd（ 5）选配钢筋取混凝土的厚度为C=34mm&

6、gt;d=32mm 且最小 30mm选832+428As=8897mm2钢 筋 间 的 横 净 距 Sn =180 2 ×35.8=40.4mm>40mm 及 1.25d=1.25×32=40mm 故满足构造要求。（ 6）少筋验算As×100%=4.03 %>0.2%及 45f td不少筋。=%=0.24%,bh0f sd（ 7）钢筋布置图 2.24 截面复核已 知 设 计 的 受 拉 钢 筋 中 ， 832 的 面 积 为6434mm2,428的 为;.2463mm2 f sd =280MPaas = 6434(34235.8) 2463(34 43

7、5.8 31.6) =134mm64342463实际的有效高度h 0 =1350-134=1216mm（ 1）判定 T 形截面类型fcd b f ' h f ' =2.66×103kNfsd As =2.49×103kN由于fcd b f ' h f '> fsdA ,故为第一类 T 形截面s（ 2）求受压去高度 xx = f sd As'=103mm< h f '=110mmf cd b f（ 3）正截面的抗弯承载里 M uM u = fcd b f 'x(h0x) =2896.64kN m >M=

8、2880kN m2（ 4）验算少筋= As ×100%=4.06% 显然满足不少筋 bh0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h 0 =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 432As=3271mm2 ， 即需要四根穿过支座中心， 此时支点截面有效高度为 h

9、0 =h-（34+35.8） =1280mm上限值 0.51 10 3fcu,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 (0.5× 10-3) f td bh02 =166.35kN支座处截面 (0.5×10-3) ftd bh02 =175.10kN由于0 Vd,l / 2=90kN <(0.5× 10-3) ftd bh0 2 < 0V=480kN,因此，在梁的跨d ,0中某长度范围内按构造要求选配钢筋，其余段应按计算配置复筋。3.3 计算剪力分配图（图 3-

10、1）在图 3-1 所示的剪力包络图中，支点处剪力计算值V= 0V=480kN，跨中d ,0处剪力计算值 Vd ,l / 2 = 0 Vd ,l / 2 =90kN3.3.1计算按构造布置箍筋的区域Vx =0 Vd, x =166.35kN,根据 3-1 图中的比例关系可得l1l 0 VxVl / 2 =2349mm 即在 l1 的长度内可按构造要求布置箍筋2 V0Vl / 23.3.2 距支座中心线为 h / 2 处的计算剪力值（ V'）由三角形比例计算V 'LV0h V0Vl / 2 =458.06kNL0.6V'=274.84kN0.4V'=183.22kN

11、即由混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为274.84kN由弯起钢筋（包括箍筋）承担的剪力值计算值最多为183.22kN设置弯起钢筋区段的长度为0.4V 'l 0h范围内，箍筋的间距l w2=5638mmV ' Vl / 22最大为 100mm4 箍筋设计4.1 箍筋的构造要求取直径为 8mm（满足最小8mm 和 1、4d 主 =8mm）的双肢箍筋，箍筋截面ASV=nA SV1=100.6mm24.2 计算箍筋间距 SV;.（ 1）计算斜截面内纵向配筋率 p，可按近似支座截面的跨中截面的平均值取用，计算如下：跨中截面：pAs100=4.06>2.5 取 pl / 2 =2.5

12、, h0 =1216mml / 2bh0支点截面：p0 =As100=1.40，取 h0 =1280mmbh0则平均值分别为 p = pl / 2p0， h0=1248mm2=1.95（ 2）计算 SV220.56 106 ( 20.6p)fcu ,kAfsvbh213SV0SV =V ' 2=353mm经验算可取 SV =300mmSV = ASV=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

13、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 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51;.1 弯起点 1（2N4）h1 =1350 （ 34+35.8×2.5）+（43+

14、25.1+35.8×0.5） =1141mm分配的剪力值为 VSb =0.4V'=183.22kN1333.33V sb1需要的弯起钢筋为A sb1=1234mm2可供的弯起钢筋为A sb1=1608mm2(232)钢筋与梁轴交点到支座中心距离xc 'xc ' =h1 -h/2-(c+35.8×2.5)=589mm2 弯起点 2（2N3）h2 =1350（ 34+35.8×3.5）+（43+25.1+35.8×0.5）=1105mm分配的剪力值为 Vsb25638 2hh1VSb2Vsb15638=168.08kN需要的弯起钢筋为

15、 A sb2=1333.33Sb22V =1132mmf sd sin 45可供的弯起钢筋为A sb1=1608mm2(232)钢筋与梁轴交点到支座中心距离xc 'xc ' =h1 +h2 -h/2-(c+35.8×3.5)=1730mm3 弯起点 3（2N2）h 3 =1350（ 34+35.8×4+31.6×0.5）+（43+25.1+35.8×0.5）=1073mmh( h1h2 )5638分配的剪力值为VSb32Sb3VSb1V =132.17kN5638需要的弯起钢筋为 A sb3=1333.33V Sb3=890mm2f sd

16、 sin 45可供的弯起钢筋为A sb3=1232mm2(228)钢筋与梁轴交点到支座中心距离xc '.xc ' =h1 +h2 +h3 -h/2-(c+35.8×4+31.6×0.5)=2837mm4 弯起点 4（2N1）h4 1350 - ( 34 35.84 31.61.5)4325.1 31.6 0.51 =1042mmh(h1h2h3 )VSb45638分配的剪力值为2V Sb4=97.30kNVSb15368需要的弯起钢筋为 A sb4=1333.33VSb42=655mmf sd sin 45可供的弯起钢筋为A sb3=1232mm2(228)

17、钢筋与梁轴交点到支座中心距离xc 'xc ' =h1 +h2 +h3 +h4 -h/2-(c+35.8×4+31.6×1.5)=3911mm将以上所算数据列表计算，如表5-1123弯起点4hi (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需要的弯筋面积 A Sbi12341132890655（mm）可供的弯起钢筋面积1608160812321232A Sbi （ mm）（2 32）（2 32）（2 28）（2 28）弯起钢筋与梁

18、轴线交点到支座中心的距离589173028373911xc ' mm;.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M d ,l / 2 =2880kN m ，支点中心处 M d ,0 =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, M d ,l / 2 =2880kN m弯矩计算值为 M l / 4 28804621=2160kN m 与已知值

19、M l/4=2160kN m 相242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。L（ 2）计算相应正截面抗弯承载力M ui1 梁区段：支座中心 1 点截面纵筋 4 32A sb1 =3217mm2有效高度 h 0 =h-asaS1=34+35.8=70mmh 0 =1350-70=37mmf sd AS1受压区高度x1=37mm正截面抗弯承载力M u1= f sd A S1(h0-x1 /2)=1136.31kN m点2 梁区段： 1点2截面纵筋 632A sb2 =4826mm2有效高度 h0sS2h0=1350-88=1262mm=h-

20、aa =34+35.8× 1.5=88mmfA受压区高度x2=sdS2 =56mm正截面抗弯承载力M u2= f sd A S2(h0-x2 /2)=1667.48kN m3梁区段： 2点3 点;.截面纵筋 832A sb3 =6434mm2有效高度 h0sS3h0=1350-106=1244mm=h-aa =34+35.8× 2=106mmfA受压区高度x3=sdS3 =75mm正截面抗弯承载力M u3= f sd A S3(h0-x3 /2)=2173.53kN m点4 梁区段： 3点4截面纵筋 8 32 +228A sb4 =7666mm2有效高度 h 0 =h-as

21、aS4=6434 34 35.8 2 1232 34 35.8 4 31.6 / 26434=120mm1232h 0 =1350-120=1230mmfA受压区高度x4=sds4 =89mm正截面抗弯承载力M u4= f sd A S4(h0-x4 /2)=2544.65kN m5 梁区段： 4 点梁跨中截面纵筋 832 +428 A sb5 =8897mm2有 效高 度 h0=h-asaS5= 6434 34 2 35.8 2463 34 4 35.8 31.6 =134mm8897h 0 =1350-134=1216mmfsdA受压区高度x5=s5 =103mm< h f '

22、;=110mm正截面抗弯承载力 M u5= f sd A S5(h0-x5 /2)=2896.64kN m>M=2880kN m 判定 T 形截面类型 fcd b f ' h f ' =2.66×103kNfsd As =2.49× 103kN由于fcd b f ' h f ' > 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 h0T 形截面类受压区高正截面抗弯承（mm）型度 xi（mm） 载力 M ui（mm）支 座 中432

23、1280第一类371136.31心1点1点 26321262第一类561667.48点2点 38321244第一类752173.53点3点 4832+21230第一类892544.65点284点梁832+41216第一类1032894.64跨中28表 5-2（ 4）将表 5-2 的正截面抗弯承载力 M ui 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 M ui 值代入 式M d,xM d ,l / 2 (14x 2)（公式 5-1）L2可分别求出， xi=0x j =4095mmx k = 5943mm x l =7786mm x

24、 m =9337mm。（ 5）检查弯起点的初步位置 1 第一排弯起钢筋（ 2N4）其充分利用点 l 的横坐标x l =7786mm，而2N4 的弯起点1 的横坐标x1=L/2-1141=10859mm ， 说明弯起点1在 l 点 的左侧，且x1- x l =3073mm>h0/2(=631mm)。其不需要点 m 的横坐标x m=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。;.2 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=

25、L/2-2246=9754mm，说明弯起点1 在 k 点的左侧，且x2-xk=3711mm>h0 /2（ =622mm）。其不需要点 l 的横坐标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。3 第三排弯起钢筋（ 2N2）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 =4586mm>h0/2（ =615mm）。其不需要点 k 的横坐标x k = 59

26、43mm，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 =4586mm>h0/2（ =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。

27、（ 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1 选定斜截面顶端位置由

28、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c'h0=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。2 斜截面抗剪承载力复核A 处正截面的剪力x=VL/20L/2)2x=416.46kNV+(V -VL2M d,xM d,l / 2 (14x2 )=861.96kN mLA 处正截面有效高度为 h =1.262m(主筋为 632) ，广义剪跨比 m 及斜截0面投影长度 c 分别为M x=1.64<3,

29、取 m=1.640m=c=0.6mh =1.241mV x h0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 A s =1.4<2.5取 p=1.4bh0箍筋的配筋率 SV = A SV =0.186%>min(=0.18%)bSV与斜截面相交的弯起钢筋有2N4（232），斜筋有 2N7+2N7（225+2 25）AA '的斜截面抗剪承载力为V u1 2 3 (0.45 10 3 )bh02 0.6 pf cu ,k sv f

30、 sv + 0.75 10 -3f sd Asb sin s=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=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。2 斜截面抗剪承载力复核2xB 处正截面的剪力V x=V L/2+(V 0-V L/2)=396.74kNL4x 2M d,xM d,l / 2 (12 )=1098.48kN mLB 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 x=2.19<3,取 m=2.190m=c=0.6mh =1.661mV x h0将要复核的斜截面如图5-6 中所示 BB'斜截面（图中