结构设计实用原理课程设计1

1、一、设计题目：钢筋混凝土简支T形梁桥一片主梁设计。二、设计资料1、某公路钢筋混凝土简支梁桥主梁结构尺寸。标准跨径：20.00m；计算跨径：19.50m；主梁全长：19.96m；梁的截面尺寸以下列图(单位mm)：梁高1500。2、计算内力（1）使用阶段的内力T形梁截面尺寸跨中截面计算弯矩（标准值）结构重力弯矩：M1/2恒汽车荷载弯矩：M1/2汽人群荷载弯矩：M1/2人1/4跨截面弯矩：（设计值）；（已考虑荷载安全系数）支点截面弯矩Md0=0KN.m,支点截面计算剪力（标准值）结构重力剪力：V恒=162+46=208KN;汽车荷载剪力：V汽=129+46=175KN;人群荷载剪力：V人=18KN;

2、跨中截面计算剪力（设计值）Vj1/2=76.50KN；（已考虑荷载安全系数）主梁使用阶段处于一般大气条件的环境中。结构安全等级为二级。汽车冲击系数1+=1.192.施工阶段的内力简支梁在吊装时，其吊点设在距梁端a=400mm处，而梁自重在跨中截面的弯矩标准值结构重力剪力：Mk.1/2=585.90KN.m,在吊点的剪力标准值结构重力剪力：。3、资料主筋用HRB335级钢筋fsd=280N/m；fsk=335N/m。箍筋用R235等级钢筋fsd=195N/m；fsk=235N/m;ES=2.1105N/mm2。采纳焊接平面钢筋骨架混凝土为C30fcd=13.8N/m;fck=20.1N/m;ft

3、d=1.39N/m;ftk=2.01N/m;Ec=3.0010N/m.三、设计要求1、进行T形梁正截面设计计算；2、进行T形梁斜截面设计计算；3、进行T形梁的变形及裂痕宽度验算；4、计算书要程序分明，文字流利，书写工整，引出资料根源；5、图面整齐、紧凑，切合工程制图要求。四、提交成就1、设计计算说明书；2、一片T形梁配筋图（2号或3号）。结构设计原理课程设计一、计算跨中弯矩与支点截面剪力VMd,l/2d,0跨中弯矩Md,l/2计入冲击系数时汽车荷载弯矩：M汽，l/2承载能力极限状态设计时作用效应组合mm0Md00(GiSGikQ1SQ1kcQjSQjk)j1j278.04)01.0214321

4、43kNm作用短期效应组合mnMd2SGik1jSQjki1j1866.820.7595.291.078.041362kNm作用长久效应组合mnMd3SGik2jSQjki1j1866.820.4595.290.478.041136kNm由以上可得：Md12Md2Md3，因此取Md,l/22143kNm2）支点截面剪力Vd,0计入冲击系数时汽车荷载剪力：V汽承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合0Vd10(mGiSGikQ1SQ1kmQjSQjk)ci1j2(1.22081.4208.60.801.418)0作用短期效应组合mnVd2SGik1jSQjki1j1.5kN作用长久效应组合mnV

5、d3SGik2jSQjki1j12080.41750.418297kN由以上可得：Vd1Vd2Vd3，因此Vd,0561.8kN二、已知设计数据已知钢筋混凝土简支梁全长L0=19.96，计算跨径L=19.50m。T形截面梁的尺寸如图（a）所示，桥梁处于I类环境条件，安全等级为二级，0=1。梁体采纳C30混凝土，轴心抗压强度设计值fcd=13.8MPa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.39MPa。主筋采纳HRB335钢筋，抗拉强度设计值fsd=280MPa；箍筋采纳R235钢筋，抗拉强度设计值fsd=195MPa。简支梁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/22143kNm

6、，Vd,l/276.50kN1/4跨截面：Md,l/41876.00kNm支点截面：Md,00，Vd,0561.8kN三、跨中截面受拉钢筋计算截面设计设：as135mm则：hham0判断T梁种类因为h(1365120)fcdbfhf(h0f)13.81600120223458kNmMd,l/2(2143kNm)故该T梁属于第一类T形截面。求受压区高度Mufcdbx(hx)13.81600 x(1365x)2143106f022整理得：x22730 x194112.31880解得方程适合解为：x73mm求受拉钢筋面积Asfcdbfx13.81600732As280575

7、7mmfsd现选择钢筋632+418，截面面积As5844mm2，散布如图：混凝土保护层厚度取35mmd=32mm及规范规定的30mm，钢筋间横向间距Sn200235235.858.440mm及1.25d(1.253240mm)，故知足要求。2）截面复核已设计的受拉钢筋中，632的面积为4862mm2，418的面积的为1018mm2，fsd280MPa，由图可知：as4826(351.535.8)1018(35335.820.5)48261018102mm则实质有效高度：h0判断T形截面种类fcdbfhf13.816001202649.6kNfsdAs58442801636.3kN因为fcdb

8、fhffsdAs，故属于第一类截面。求受压区高度fsdAs2805844x74mmfcdbf13.81600正截面抗弯承载力Mufcdbfx(h0 x)13.8160074(139874)222223.8kNmMd,l/2(2143kNm)As58442.1%min0.2%因此正截面复核知足设计要求。bh02001398四、腹筋设计1)截面尺寸检查依据结构要求，梁最基层钢筋232经过支座截面，支点截面有效高度为：h01500(3535.8)1447.1mm20.51103fcu,kbh00.51103302001447.1808.46kN0Vd,0561.8kN截面尺寸切合要求。检查能否需要依

9、据计算配置箍筋跨中截面：(0.5103)ftdbh0(0.5103)1.392001398194.32kN支座截面：(0.5103)ftdbh0(0.5103)1.39因Nd,l/2(76.50kN)(0.5103)fbhV(561.8kN)，故可在梁跨中的某长度范围内按结构要求配置箍筋，其他0td00d,0区段按计算配置箍筋。计算剪力分派图支点处剪力计算值V00Vd,0561.8kN，跨中处计算剪力值Vl/2Vd,l/276.50kN。0计算剪力分派图（尺寸单位：mm；剪力单位：kN）距支座中心线为h/2750mm处的计算剪力值为：LV0h(V0Vl/2)19500561.81500(561

10、.876.5)V524.45kNL19500此中由混凝土与箍筋担当的剪力计算值为0.6V314.67kN，由弯起钢筋与斜筋担当的剪力为0.4V209.78kN，设置弯起钢筋长度为4212mm。Vx0Vd,x0.5103ftdbh0194.32kN因为：因此：llVxVl/29750194.3276.502367mmV0Vl/2561.876.502在l1长度范围内可按结构要求部署钢筋。同时，依据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高h1500mm范围内，箍筋的间距最大为100mm。箍筋设计现采纳直径为8mm的双肢箍筋，箍筋截面积为：AsvnAsv1250.3100.6mm2跨中

11、截面：Pl/22.09，h01398.0mm支点截面：P00.56，h01447.1mm则平均值为：P2.090.561.33，2h01398.01447.11443mm2箍筋间距为：220.5610620.6pfcu,kAfsvbhSvV211.120.5610620.61.3330100.6195200143524.452304mm取Sv250mm，则svAsv100.60.2%0.18%，且Sv小于h750mm及400mm，故知足规范要求。bSv2002502综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的1500mm范围内，设计箍筋间距v100mm，此后至跨中截面一致的S箍筋间距取S250mm

12、。v弯起钢筋及斜筋设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为22，钢筋重心至梁受压翼板上面沿距离as55mm，弯起钢筋的弯起角为45，弯起钢筋尾端与架立钢筋焊接。现拟弯起N1N4钢筋，计算hi，xi，Vibs，Asbi填入下表Vsbi4212750 xi10.4V，Asbi1333.33Vsbi4212fsdsin45弯起点1234hi（mm）1326129012761250距支座中心距离xi（mm）1326261638925142分派的计算剪力值Vsbi（kN）209.78181.09116.8453.29需要的弯筋面积Asbi（mm2）1413122078735916081068509

13、509可供给的弯起面积Asbi（mm2）322322182218弯筋与梁轴交点到支座中心距离xcmm依据计算剪力初步部署钢筋如图：钢筋弯起后相应个正截面抗弯承载力抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度形截面类型受压区高度x（）h0mmMuikNm支座中心点2321447第I类20634.612点4321429第I类411275.1点6321411第I类611859.434点6322181405第I类682058.54点跨中6324181398第I类742223.8此刻以上图所示弯起钢筋弯起点初步地点来逐一检查能否知足公路桥规的要求第一排弯起钢筋2N4其充分利用点m的横坐标x6205mm，而2N4的弯

14、起点1的横坐标x1975013268424mm，说明1点位于m点左边，且x1x842462052219mmh0/21429/2715mm，知足要求。其不需重点n的横坐标x8180mm，而2N4钢筋与梁中轴线交点1的横坐标x197506659085mmx8180mm，亦知足要求。第二排弯起钢筋2N3其充分利用点l的横坐标x3547mm，而2N3的弯起点2的横坐标x2975026167143mm，说明2点位于l点左侧，且x2x714335473596mmh0/21411/2706mm，知足要求。其不需重点m的横坐标x6205mm，而2N3钢筋与梁中轴线交点2的横坐标x2975019917759mm

15、x6205mm，亦知足要求。第三排弯起钢筋2N2其充分利用点k的横坐标x1936mm，而2N2的弯起点3的横坐标x3975038925858mm，说明3点位于k点左侧，且x3x585819363922mmh0/21405/2703mm，知足要求。其不需重点l的横坐标x3547mm，而2N2钢筋与梁中轴线交点3的横坐标x3975032956455mmx3547mm，亦知足要求。第四排弯起钢筋2N1其充分利用点j的横坐标x0mm，而2N1的弯起点4的横坐标x4975051424608mm，说明4点位于j点左边，且x4x460804608mmh1398/2699mm，知足要求。0/2其不需重点k的横

16、坐标x1936mm，而2N1钢筋与梁中轴线交点4的横坐标x4975045655185mmx1936mm，亦知足要求。由上述检查结果可知上图所示弯起钢筋弯起点初步地点知足要求。在知足规范对弯起钢筋弯起点要求的前提下，使抵挡弯矩图更靠近弯矩包络图，在弯起钢筋之间曾设直径为16mm的斜筋，以下列图：梁弯起钢筋和斜筋设计部署图（尺寸单位：mm弯矩单位：kNm，剪力单位：kN）五、斜截面承载力复核1)距支座中心处为h/2处斜截面抗剪承载力复核选定斜截面顶端地点x97507509000mmh01447mm，ch01447mm则A：x900014477553mm斜截面抗剪承载力复核A处正截面上的剪力Vx及相

17、应的弯矩Mx计算以下：VVV0Vl/22x76.527553xl/2l19500452.45kN4x2475532MM1l22143119500856.97kNmA处正截面h01429mm（主筋为432），则实质广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为：mMx856.971.333Vxh0452.451.429c0.6mh00.61.331.4291.140m1.447m因此将复核的斜截面斜角为tan1h/ctan1。0斜截面纵向受拉主筋有4322N52N4，相应的主筋配筋率p为：P100As100160821.112.5bh02001447箍筋的配箍率（取Sv250mm时）为：svsvAsv10

18、0.60.201%min0.18%bSv200250与斜截面订交的弯起钢筋有2N3232；斜筋有2N6216。则Vu1230.45103bh020.6pfcu,ksvfsv0.75103fsdAsbsins111.10.45103200142920.61.11300.002011950.7510328016084020.707338.45298.42636.87kNVx452.45kN故距支座中心为h/2处的斜截面抗剪承载力知足设计要求。2）图示斜截面的复核选定斜截面顶端地点h01411mm，Ch01411mm则A：x682014115409mm斜截面抗剪承载力复核A处截面上的剪力Vx及相应的

19、弯矩Mx计算以下：VxVl/2V0Vl/22x76.525409l19500345.73kNMxMl/214x221431454092l21950021483.45kNmm及斜截面投影c的长度为：A处截面h1411mm1.411m（主筋为632），则实质广义剪跨比0mMx1483.4533Vxh0345.731.411c0.6mh00.631.4112.540m1.411m斜角：tan1h0/ctan11.411/2.54029斜截面内纵向受拉主筋有4322N52N4，相应的主筋配筋率为：PAs100106821.142.5100bh02001411箍筋配箍率sv（取Sv250mm时）为svA

20、sv100.60.201%min0.18%bVsv200250与斜截面订交的弯起钢筋有2N3(232),2N2218，斜筋有2N7216。Vu0.45103bh020.6pff0.75103fsdAsbsins111.10.45103200141120.61.14300.002011950.7510328040250916080.707335.31374.00709.31kNVx348.61kN由以上复核可知该斜截面抗剪承载力知足设计要求。六、T形梁的变形及裂痕宽度的验算已知数据简支梁吊装时，其吊点设在距梁端a=400mm处，梁自重在跨中截面的弯矩标准值Mk,1/2585.90kNm，吊点的剪

21、力标准值V0110.75kN。施工吊装时的正应力验算梁跨中截面的换算截面惯性矩Icr计算依据公路桥规规定计算获得梁受压翼板的有效宽度为bf1600mm，而受压翼板均匀厚度为120mm，有效高度Es21056.667EsEc3104由12h0 x得：bfxEsAs211600 x26.66758441398x2得适合解为：x237.72mmhf120mm故为第二类T形截面。这时应由xA2BA计算受压区高度x：AEsAshfbfb6.667584412016002001035b2002Ahbbh26.667584413981600200B120645488b200故xA2B/p>

22、1305227mmh(120mm)fIcr为：Icrbfx3bfbxhf3EsAsh0 x2计算开裂截面的换算截面惯性矩33160022731600200227120326.667584413983322758690.73106mm4正应力验算吊装时动力系数为1.2，则跨中截面计算弯矩为Mkt1.2Mk,l/21.2585.90106703.080106Nmm。则受压区混凝土边沿正应力为：tMktx703.080106227ccIcr58690.731062.72MPa0.8fck(16.08MPa)则受拉钢筋的面积重心处的应力为：tMkth0 x703.0801061398227sEsIcr

23、6.667658690.731093.52MPa0.75fsk最下边一层钢筋232重心距受压区边沿高度为h01150035.8/2351447mm，则钢筋应力为：sEsMkth01x6.667703.0801061447227Icr58690.7310697.44MPa0.75fsk251.25MPa验算结果表示，主梁吊装时混凝土正应力和钢筋拉应力均小于规范限值，因此吊点地点可取在距梁端a400mm处。3）裂痕宽度Wfk的验算带肋钢筋系数c11.0荷载短期效应组合弯矩计算值为：MsMG11MQ112MQ278.041361.56kNmMlMG21MQ122MQ2荷载长久效应组合弯矩计算值为：0

24、.4595.290.478.04866.821136.15kNm系数0.51136.151.42c210.5Ml1Ms1361.56系数c31.0钢筋应力的计算Ms1361.56106ssss0.87h0As0.871398191.56MPa5844换算直径d的计算因为受拉区采纳不一样的钢筋直径，因此d取用换算直径de，则可得：nidi263224182dde632428.2mmnidi18关于焊接钢筋骨架dde1.3纵向受拉钢筋配筋率的计算As58440.02bh02000.02091398取0.02最大裂痕宽度Wfk的计算Wfkc1c2c3ss30dEs0.281011.421191.56

25、3036.662.01050.28100.020.19mmWf0.2mm知足要求。4）梁跨中挠度的验算已知bf1600mm，hf120mm。T梁换算截面的惯性矩Icr和I0计算由前面计算得梁跨中截面为第二类T形截面。开裂截面的换算截面惯性矩为：Icr58690.73106mm4T梁的全截面换算面积为A为：0A0bh(bfb)hf(Es1)As5844501118mm2受压区高度x为：1bh21(bfb)(hf)2(Es1)Ash0 x22A01200150021160020012026.66715844139822501118562mm全截面换算惯性矩I0为：1h212Ibh3bhx3bfbhfxhf1Ash0 x2012212bfbhf2Es1/122001500320015001500/256221/1216002001