结构设计原理课程设计

1、第1章 基本资料1.1 设计荷载结构重要性系数0=1.11.2 主要尺寸标准跨径：13m； 计算跨径：12.5m； 主梁全长：12.96m； 桥面净宽：净7+2×0.75m1.3 材料规格混凝土C30：轴心抗压fcd=13.8MPa；轴心抗拉ftd=1.39MPa；轴心抗拉强度标准值ftk=2.01Mpa;弹性模量Ec=3.0×104MPa；主筋HRB335级钢筋：fsd=280MPa；弹性模量Es=2.0×105MPa；b=0.56R235级钢筋：fsd=195MPa1.4 截面尺寸b=180mm; h=1000mm; hf=120mm; 主梁主心距1600mm

2、1.5 设计内力标准值跨中弯矩 恒载291.3KN·m 车辆荷载1025 KN·m 人群荷载25 KN·m1/4处弯矩 恒载218.48KN·m 车辆荷载685.4KN·m 人群荷载14.8KN·m支点剪力 恒载93.22KN 车辆荷载348.25KN 人群荷载11KN跨中剪力 恒载0 KN 车辆荷载185 KN 人群荷载5.7KN第2章 正截面设计2.1 确定bf 简支梁计算跨径的1/3为1/3×12500=4167 主梁中心距为1600mm b+12 hf=180+12()=1620mm故取bf=1600mm2.2 内力

3、组合 弯矩组合设计值：跨中截面 Md，l/2 = 291.3+1025.3+25=1341.6 1/4截面 Md，l/4 = 218.48+685.4+14.8=918.68 剪力组合设计值：支点截面 Vd，0 = 93.22+348.25+11=452.47 跨中截面 Vd，l/2 = 0+185+5.7=190.72.3 钢筋选择根据跨中界面正截面承载力极限状态计算要求，确定纵向受拉钢筋数量。拟采用焊接钢筋骨架配筋：设as=100mm，则h0=1000-100=900mm hf=120mm 翼缘计算宽度为bf=1600mm首先选择界面类型：得0 Mdfcdbf hf（h0- hf/2）0

4、Md=1.1×1341.6=1475.76fcdbf hf（h0- hf/2）=13.8×1600×120（900-60）=2225.66×1060 Md<2225.66 故按第类T形梁计算确定混凝土受压区高度x：x = h0-=900-=77.61<bh0=509.6且x< hf=120mm求得As=6120.07选1028，提供As=6157mm2，钢筋布成两排，每排5根，钢筋截面中心至截面下边缘的距离as=30+5=106.25,梁的有效高度h0=1000-106.25=893.75mm，截面最小宽度bmin=2×30+

5、2×30.5+30=151mm<b=180mm.截面最小配筋率min=45%=45×%=0.22%>0.2%,取min=0.22%.2.4 跨中截面正截面承载力复核由公式fcdbfX= fsdAs，得x = =78.078mm< hf=120mm=As/bh0=6157/180893.75=3.83>minx代入公式Mdu=0.9=1340×106KN·mMdu=1339.54×106KN·m< Mdu=1340×106KN·m但两者仅相差0.15%，可以认为跨中界面的正截面承载力是满

6、足要求的。第3章 斜截面设计3.1 验算截面尺寸根据构造要求，梁最底层钢筋228通过支座截面，则支点截面有效高度为h0=1000-（30+30.5/2）=954.75mm0 Vd,0=1.1×452.47=497.71KN0.51×10-3bh0=0.51×10-3=435.08KN所以该T形梁截面尺寸满足要求3.2 核算是否需要根据计算配置箍筋 跨中截面：0 Vd,l/2=1.1×190.7=209.7KN0.50×10-3ftd bh0=0.50×10-3×1.39×180×893.75=111.80

7、8KN<0 Vd=209.7KN 支座截面：0 Vd,0=1.1×452.47=497.71KN0.50×10-3ftd bh0=0.50×10-3×1.39×180×954.75=119.439KN<0 Vd=497.71KN所以按计算要求配置箍筋和弯起钢筋。3.3 计算剪力图分配绘剪力图，如图2所示。所有区段按计算要求配置钢筋。同时，根据公桥规规定，在支座中心线附近h/2=1000/2=500mm范围内，箍筋间距最大为100mm，距支座中心线为h/2处的计算剪力值Vd按比例求得为Vd=473.15KN其中应由混凝土和箍

8、筋承担的剪力计算值至少为0.6 Vd=0.6×473.15=283.89KN。应由弯起钢筋承担的剪力计算值最多为0.4 Vd=0.4×473.15=189.26KN。设置弯起钢筋区段长度为l2=3853.3.4 箍筋设计采用直径为8的双肢箍筋， ASV1=50.3，箍筋截面积ASV=nsvAsv1=2×50.3=100.6mm2一般受弯构件中箍筋常按等间距布置，为计算简便，计算公式中纵筋配筋百分率P及截面有效高度h0均取跨中及支点截面的平均值，计算如下：跨中截面Pl/2=100l/2=100mm支点截面P0=1000=mm则平均值分别为P=mm，h0=箍筋间距Sv

9、=199.26mm取Sv=150mm，根据公桥规规定，制作中心至h/2=500mm范围内取Sv=100mmk=%>sb min=0.18%3.5 弯起钢筋设计 第一排弯起钢筋计算根据公桥规规定，计算第一排弯起钢筋时取用制支座中心h/2=500处由第一排弯起钢筋承担的剪力VSb1，即VSb1=0.4Vd=189.26KN第一排弯起钢筋的截面面积，求得：mm2由纵筋弯起的228的钢筋和加焊214钢筋提供的Asb=1539.4mm2>1402.21 mm2 第二排弯起钢筋计算计算第二排弯起钢筋时，取用第一排弯起钢筋弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值Vsb2，此时，第一排弯起钢筋弯起段的

10、水平投影长度计算如下L1=h-2×保护层厚度-d伸-d架-d弯L1=1000-(2×30+18+30.5+30.5+15.5)=845.5mm2Vsb2= Vd,l/2+（Vd，0Vd,l/2）×=190.7+(452.47-190.7)()-283.89=133.16KN= 2弯起228的钢筋，供给面积1232mm2>1180.2mm2 第三排弯起钢筋计算计算第三排弯起钢筋时，取用第二排弯起钢筋弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值Vsb2，此时，第二排弯起钢筋弯起段的水平投影长度计算如下L2= L1-d弯=845.530.5=815mmVsb3=190.7

11、+（452.47-190.7）（）-283.89=99.03KN= 2弯起228的钢筋，供给面积1232mm2>733.72mm2 第四排弯起钢筋计算计算第四排弯起钢筋时，取用第三排弯起钢筋弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值Vsb2，此时，第三排弯起钢筋弯起段的水平投影长度计算如下L3= L2d弯=81530.5=784.5mmVsb4=190.7+261.77（）-283.89=66.18KN= 2弯起228的钢筋，供给面积1232mm2>490.29mm2 第五排弯起钢筋计算计算第五排弯起钢筋时，取用第四排弯起钢筋弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值Vsb2，此时，第四排弯起

12、钢筋弯起段的水平投影长度计算如下L4= L3d弯=784.530.5=754mmVsb5=190.7+261.77×0.49-283.89=34.7KN= 2弯起228的钢筋，供给面积1232mm2>257.09mm2第4章 全梁承载力校核4.1 跨中截面所能承担的最大弯矩计算bf=1600mm, hf=120mm, as=106.25mm, h0=893.75mmx = mm<mmMdu=0.9=1340×106KN·mMdu=1339.54×106KN·m< Mdu=1340×106KN·m但两者仅相差

13、0.15%，可以认为跨中界面的正截面承载力是满足要求的。4.2 绘制承载能力图进行全梁承载能力校核从图3可以看出，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。第5章 裂缝及变形验算5.1 T形界面受弯构件最大裂缝宽度Wfk=C1C2C3C1=1.0(带肋钢筋)C2=1+0.5ML=242.75+24.62+8.93=276.30KN·m MS=751.675 KN·mC2=1+0.5=1+0.5=1.184C3=1.0ss=MPaEs=2.0105 MPade=3.83%>0.02% 取=0

14、.02%Wfk=C1C2C3=0.144mm此次涉及环境类型为类，允许最大裂缝宽度Wfk=0.02mmWfk=0.144mm<Wfk=0.02mm 满足要求5.2 挠度计算 T形梁换算界面的慢性距Icr和I0计算对T梁开裂截面，由bfX2=EsAs(h0-x)可得到1600×x2=x=190.02mm>hf=120mm换算截面净距应按下式计算：bfX2（bf-b）(x-hf)2=EsAs(h0-x)X2+=0令A=B=144000X2+2AX-B=0X=-A+=-2349.64+=59.77开裂截面的换算截面惯性矩为Icr=bfx3-(bf-b)(x-hf)3/3+(h0

15、-x)2=1600×59.773-(1600-180)(59.77-120)3/3+6.67×6157×(893.75-59.77)2=2.88×1010mm4全截面换算截面面积为A0=bh+(bf-b)hf+(Es-1)As=180mm2受压区高度为x=bh2+(bf-b) hf2+(Es-1)Ash0/A0=×180×(1000)2+(1600-180)×120×120+(6.67-1)×6157×893.75/385310.19=341.09mm全截面换算惯性矩为I0= bfx3-(bf-

16、b)(x-bf)3/3+(h0-x)2=1600×341.093-(1600-180)(341.09-120)3/3+6.67×6157×(893.75-30.45)2=0.467×1011mm4 计算开裂构件的抗弯刚度全界面抗弯刚度B0=0.95ECI0=0.95×3.0×104×0.467×1011=1.33×1015N·mm3开裂界面抗弯刚度Bcr=ECIcr=3.0×104×2.88×1010=8.64×1014N·mm2全截面换算截面的

17、面积矩S0=bfx2- (bf-b)(x-hf)2=×1600×574.672-×(1600-180)(574.67-120)2=1.17×108mm3全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩W0=2.05×108mm3塑性影响系数=2×1.17×108/2.05×108=1.14开裂构件抗弯刚度B=B0/()2+1-()2=1.33×1015/()2+1-()2 =1.0×1015 N·mm2 受弯构件跨中截面处的长期挠度值人群荷载和汽车荷载（不计冲击力）标准弯矩Mp=0.7M汽+M人=0.7× +=453.12 KN·m人群荷载和汽车荷载作用下的挠度fp=5MpL2/48B=5×4.53×108×125002/1.0×1015=7.36mmfp=7.36mm&