結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計跨徑15m凈14+2×15m裝配式鋼筋混凝土T梁設(shè)計A

1、學(xué) 號*混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計設(shè)計說明書跨徑15m凈14+21.5m裝配式鋼筋混凝土t梁橋主梁設(shè)計a（公路級）裝配式鋼筋混凝土t梁設(shè)計a起止日期： 2012 年 12 月27 日 至 2013 年 1 月 5 日學(xué)生姓名班級成績指導(dǎo)教師土木工程系2012年 12 月 26 日22目錄一 、基本資料11.1簡支t形梁橋上部構(gòu)造11.2材料:11.3標(biāo)準(zhǔn)作用（荷載）2二 、設(shè)計依據(jù)2三 、設(shè)計要求2四 、設(shè)計內(nèi)容：2五、荷載效應(yīng)及組合35.1承載能力極限狀態(tài)計算時作用效應(yīng)組合35.2正常使用極限狀態(tài)計算時作用效應(yīng)組合3六、持久狀況正截面抗彎承載能力的計算及復(fù)核56.1正截面設(shè)計56.2確定t形

2、截面有效寬度56.3正截面復(fù)核5七、持久狀況斜截面抗剪承載能力的計算77.1斜截面抗剪77.2斜截面抗彎設(shè)計87.3 斜截面抗剪承載力復(fù)核11八、持久狀況正常使用裂縫寬度撓度驗算148.1裂縫寬度驗算148.2撓度的驗算14九、短暫狀況（施工安裝）應(yīng)力驗算及（吊鉤設(shè)計）189.1計算彎矩和剪力189.2正截面應(yīng)力驗算18十、主梁材料用量統(tǒng)計計算20天津城市建設(shè)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書2012 2013 學(xué)年第 一 學(xué)期 * 系 * 專業(yè) * 班級課程設(shè)計名稱： 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計 設(shè)計題目：跨徑15m凈14+21.5裝配式鋼筋混凝土t梁橋主梁設(shè)計a完成期限：自 2012年 12 月 27日至201

3、3年 1 月 5 日共 1.5 周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：一 、基本資料1.1簡支t形梁橋上部構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)跨徑15m。 主梁全長14.96m主梁計算跨徑l=14.50m， 橋面寬14+2x1.5mt形梁橋的上部結(jié)構(gòu)如圖t形梁橋的上部結(jié)構(gòu)圖 ( 尺寸單位：mm )1.2材料:編號混凝土強(qiáng)度等級主筋級別箍筋級別環(huán)境類別安全等級ac25hrb335r235i類二級bc30hrb335r235i類一級cc35hrb400hrb335類二級dc40hrb400hrb335類一級1.3標(biāo)準(zhǔn)作用（荷載）作用(荷載)標(biāo)準(zhǔn)值表 作用位置荷載種類剪力（kn）彎矩（kn.m）v0(支點)v1/2(跨中)m1/2(跨中

4、)m1/4(1/4跨徑)恒載145.28510.25383.50車輛荷載165.0038.50740.00556.50人群荷載43.354.2056.0044.50注：車輛荷載未計入沖擊系數(shù)，1+m=1.21 二 、設(shè)計依據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 jtg d60-2004 人民交通出版社2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范jtg d62-2004 人民交通出版社鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，張樹仁，人民交通出版社2004結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，葉見曙，人民交通出版社，2006公路橋涵鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的計算，李美東，中國水利水電出版社2006道路工程制圖標(biāo)準(zhǔn)gb 50162-92

5、中國計劃出版社公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖三 、設(shè)計要求1. 在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)獨立完成設(shè)計內(nèi)容。2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書，要求書寫工整、清晰、準(zhǔn)確。3. 說明書要嚴(yán)格按照教務(wù)處下發(fā)的天津城建學(xué)院課程設(shè)計說明書規(guī)范書寫。各計算應(yīng)寫明計算的依據(jù)、目的及過程。4. 繪制鋼筋混凝土簡支梁配筋施工圖，要求繪圖正確、清晰、符合橋梁設(shè)計規(guī)范制圖標(biāo)準(zhǔn)。四 、設(shè)計內(nèi)容：1、 根據(jù)設(shè)計資料，確定荷載效應(yīng)及組合。2、 持久狀況正截面抗彎承載能力的計算及復(fù)核3、 持久狀況斜截面抗剪承載能力的計算4、 持久狀況斜截面抗剪承載力、抗彎承載力和全梁承載力校核5、 持久狀況正常使用裂縫寬度驗算6、 持久狀況正常使用變形驗算7、 鋼筋混凝

6、土簡支梁短暫狀況（施工安裝）應(yīng)力驗算及(吊鉤設(shè)計)8、 主梁材料用量統(tǒng)計計算9、 繪制鋼筋混凝土簡支梁配筋施工圖，編制鋼筋和混凝土材料用表指導(dǎo)教師： . 教研室主任： . 批準(zhǔn)日期：2012年 12 月14日五、荷載效應(yīng)及組合5.1承載能力極限狀態(tài)計算時作用效應(yīng)組合 鋼筋混凝土簡支梁按結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，取結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為0=1.0，因恒載時作用效應(yīng)對結(jié)構(gòu)承載力最不利，故取永久作用效應(yīng)分項系數(shù)g1=1.2。汽車荷載效應(yīng)的分項系數(shù)q1=1.4，本組合為永久作用、汽車載荷和人群載荷組合，故人群載荷的組合系數(shù)為c=0.80。除汽車外的其他j個可變作用效應(yīng)的分項系數(shù)qj=1.4。按承載能力極限狀態(tài)設(shè)

7、計時作用效應(yīng)值基本組合的設(shè)計值為： 0 ml/2,d=0 （gisgik+q1sq1k+cqjsqjk） =1.0(1.2510.25+1.4895.4+0.801.456） =1928.58 kn.m 0 ml/4,d=0 （gisgik+q1sq1k+cqjsqjk） =1.0(1.2383.50+1.4673.365+0.801.444.50） =1452.751 kn.m 0 v0,d=0 （gisgik+q1sq1k+cqjsqjk） =1.0(1.2145.28+1.4199.65+0.801.443.35） =502.398 kn 0vl/2,d=0 （gisgik+q1sq1k

8、+cqjsqjk） =1.0(1.20+1.446.585+0.801.44.20） =69.923 kn.m 5.2正常使用極限狀態(tài)計算時作用效應(yīng)組合5.2.1作用短期效應(yīng)組合 汽車載荷作用效應(yīng)的頻遇值洗漱11=0.7，人群荷載作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)12=1.0，不計沖擊系數(shù)的汽車荷載彎矩標(biāo)準(zhǔn)值ml/2,q1k=740.00kn.m，ml/4,q1k=556.50kn.m，vl/2,q1k=38.50 kn , v0,q1k=165.00kn ml/2,sd=mgik+11mq1k+12mq2k =510.25+0.7740.00+1.056.00 =1084.25kn.mml/4，sd=mg

9、ik+11mq1k+12mq2k =383.50+0.7556.50+1.044.50 =817.55kn.mvl/2，sd=vgik+11vq1k+12vq2k =0+0.738.5+1.04.2 =31.15knv0，sd=vgik+11vq1k+12vq2k =145.28+0.7165.00+1.043.35 =304.13kn5.2.2作用長期效應(yīng)組合 不計沖擊系數(shù)的汽車荷載彎矩標(biāo)準(zhǔn)值ml/2,q1k=740.00kn.m，ml/4,q1k=556.50kn.m，vl/2,q1k=38.50 kn , v0,q1k=165.00kn，汽車作用的準(zhǔn)永久值系數(shù)21=0.4，人群載荷作用效

10、應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)22=0.4，則ml/2，ld=mgik+21mq1k+22mq2k =510.25+0.4740.00+0.456.00 =828.65kn.mml/4，ld=mgik+21mq1k+22mq2k =383.50+0.4556.50+0.444.50 =623.9knvl/2，ld=vgik+21vq1k+22vq2k =0+0.438.50+0.44.20 =17.08knv0，ld=vgik+21vq1k+22vq2k =145.28+0.4165.00+0.443.35 =228.62kn 六、持久狀況正截面抗彎承載能力的計算及復(fù)核6.1正截面設(shè)計預(yù)制鋼筋混凝土簡支梁截

11、面高度h=1.30m，c25混凝土，hrb335鋼筋，i類環(huán)境，安全等級為二級，跨中截面彎矩組合設(shè)計值md=1928.25kn,查附表得 fcd=11.5mpa,ftd=1.23mpa, fsd=280mpa, 0=1.0 6.2確定t形截面有效寬度（1）跨徑的1/3: 14500=4830mm （2）相鄰兩梁的平均間距：2200mm （3）b+2hn+12hf=200+20+12110=1520mm取最小值，故bf=1520mm 1) 采用焊接鋼筋骨架，設(shè)as=30+0.07h=30+0.071300=121mm， 則截面有效高度h0=1300-121=1179mm 2) 判定t形截面類型由

12、fcdbfhf(h0-hf/2）=11.51520110（1179-110/2） =2843.72 kn.m m（=1928.58kn.m）故屬于第一類t形截面。 3) 受壓區(qū)高度由m=fcd bfx（h0-x/2）可得1928.58106=11.51520（1179-x/2） 解方程得合適解 x=98mmd=32mm ，及規(guī)定的30mm。鋼筋橫向凈距sn=200-352-35.82=5840mm及1.25d=1.25 32=40mm。滿足構(gòu)造要求。 6.3正截面復(fù)核 已設(shè)計的受拉鋼筋為632面積為4826mm2，425的面積為1964mm2，fsd=280mpa則可得as 即 as =112

13、mm則實際有效高度h0=1300-112=1188mm1）判定t形截面類型 fcdbfhf=11.5 1520110 =1.92 kn.m fsdas=280(4826+1964） =1.90 kn.m因為 fcdbfhffsdas故為第一類t形截面求受壓區(qū)高度x由 fcdbfx=fsdas 得x=fsdas/（fcdbf）=108mm1928.58 kn.m又=as/bh0=2.8%min=0.2%故截面復(fù)核滿足要求。 七、持久狀況斜截面抗剪承載能力的計算7.1斜截面抗剪7.1.1斜截面抗剪設(shè)計(1)腹筋設(shè)計根據(jù)構(gòu)造要求，梁最底層鋼筋232通過支座截面，支點截面的有效高度ho=h-(35+3

14、5.8/2)=1247mm 0.5110-3bh0=0.5110-32001247 =635.97 kn 0vd，0（=502.398 kn）截面尺寸符合設(shè)計要求。 (2）檢查是否要根據(jù)計算配置箍緊 跨中截面： (0.510-3)ftdbh0=(0.510-3)1.232001188=146.12 kn 支座截面： （0.510-3）ftdbh0=（0.510-3）1.232001247=153.38 kn 因0vd，l/2（=69.923 kn）（0.510-3）ftdbh02.5，取pl/2=2.5， h0=1188mm 支點截面： h0=1247mm則平均值分別為； =取sv=250mm

15、h/2=650mm及400mm，是滿足規(guī)范要求的。但采用直徑8mm的雙肢箍筋，箍筋配筋率， ,故滿足規(guī)范規(guī)定。綜上所述計算，在支座中心向跨徑長度方向的1300mm范圍內(nèi)，設(shè)計箍筋間距sv=100mm；爾后至跨中截面統(tǒng)一的箍筋間距取sv=250mm。 7.2斜截面抗彎設(shè)計 彎起鋼筋及斜筋設(shè)計 設(shè)焊接鋼筋骨架的架立鋼筋（hrb335）為22，鋼筋重心至梁受壓翼板上邊緣距離as=56mm。彎起鋼筋的彎起角度為450，彎起鋼筋末端與架立鋼筋焊接。根據(jù)公路橋規(guī)規(guī)定，簡支梁的第一排彎起鋼筋（対支座而言）的末端彎折點應(yīng)位于支座中心界面處。這時為彎起鋼筋的彎起角為45 ，則第一排彎筋（2n4）的彎起點1距支座

16、中心距離為1125mm，彎筋與梁縱軸線交點11距支座中心距離為對于第二排彎起鋼筋：彎起鋼筋（2n3）的彎起點2距支座中心距離為分配給第二排彎起鋼筋的計算剪力值，由比例關(guān)系計算可得到 所需要提供的彎起鋼筋截面面積 為第二排彎起鋼筋與梁軸線交點21距支座中心距離為第三排彎起鋼筋：彎起鋼筋（2n2）的彎起點2距支座中心距離為第三排彎起鋼筋與梁軸線交點31距支座中心距離為第四排彎起鋼筋：彎起鋼筋（2n1）的彎起點3距支座中心距離為彎起鋼筋計算表 彎起點1234hi（mm）1125109010571024距支座中心距離xi（mm）1125221532724301分配的計算剪力值vsbi（kn）185.4

17、5165.04118.19需要的彎矩面積asbi(mm2)12491112796可提供的彎矩面積asbi(mm2)1609（232）1609（232）982（225）982（225）彎矩與梁軸交點到支座中心距離xc（mm）564169027793822 由于n2的彎起點距支座中心距離為4301mm，已大于3109+h/2=3109+650=3759mm，實際工程中，不截斷而是彎起。 現(xiàn)在同時滿足梁跨間各正截面和斜截面抗彎要求，確定彎起鋼筋的各彎起點位置。由已知跨中截面彎矩計算值ml/2=0md，l/2=1928.58 kn.m，支點處m0=0md，0=0，做出梁的彎矩包絡(luò)圖如下。各排鋼筋彎起后

18、，相應(yīng)正截面抗彎承載力mui計算如下表。梁區(qū)段截面縱筋有效高度h0(mm)t形截面類型受壓區(qū)高度x(mm)抗彎承載力mu(kn.m)支點中心-1點2321247第一類26555.71點-2點4321229第一類521083.82點-3點6321211第一類771584.23點-n1點632+2251200第一類931875.8n1-梁跨中632+4251188第一類1082155.2 第一排彎起鋼筋（2n4）：其充分利用點“l(fā)”的橫坐標(biāo)x=4798mm，而2n4的彎起點1的橫坐標(biāo)x1=7250-1125=6125mm，說明1點位于l點左邊，且x1-x（=6125-4798=1327mm）h0/

19、2（=1229/2=614.5mm）滿足要求。其不需要點m的橫坐標(biāo)x=6117mmm，而2n4鋼筋與梁中軸線交點1的橫坐標(biāo)x1（=7250-564=6686mm）x（=4798mm）,亦滿足要求。第二排彎起鋼筋（2n4）： 其充分利用點“k”的橫坐標(biāo)x=3064mm，而2n3的彎起點2的橫坐標(biāo)x2=7250-2215=5035x(=3064mm)，說明2點位于l點左邊，且x2-x（=5035-3064=1917mm）h0/2（=1211/2=606mm）滿足要求。 其不需要點j的橫坐標(biāo)x=1199mmm，而2n3鋼筋與梁中軸線交點2的橫坐標(biāo)x2（=7250-1690=5560mm）x（=119

20、9mm）故滿足要求。第三排彎起鋼筋（2n3）： 其充分利用點“j”的橫坐標(biāo)x=1199mm，而2n2的彎起點3的橫坐標(biāo)x3=7250-3272=3978mmx(=1199mm)，說明3點位于k點左邊，且x3-x（=3978-1199=2779mm）h0/2（=1200/2=600mm）滿足要求。 其不需要點i的橫坐標(biāo)x=0mmm，而2n2鋼筋與梁中軸線交點3的橫坐標(biāo)x3（=7250-2779=4471mm）x（=0mm）故滿足要求。 由上述檢查結(jié)果可知上圖所示彎起鋼筋彎起點初步位置滿足要求。7.3 斜截面抗剪承載力復(fù)核 1）選定斜截面頂端位置由上圖可得距支座中心線h/2處截面的橫坐標(biāo)為x=72

21、50-650=6600mm，正截面有效高度h0=1247mm?，F(xiàn)取投影長度ch0=1247mm，則得到選擇的斜截面頂端位置a如下圖所示，其坐標(biāo)為x=6600-1247=5353mm。 2）斜截面抗剪承載力復(fù)核a處正截面上的剪力vx及相應(yīng)的彎矩mx計算如下： a處正截面有效高度h0=1229mm=1.299m（主筋為432）則實際廣義剪跨比m及斜截面投影長度c分別為： c=0.6mh0=0.61.831.229=1.349m1.247m 將要復(fù)核的斜截面如上圖所示中aa斜截面，斜角 =tan-1（h0/c）=tan-1（1.229/1.349）42.30 斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有232（2n5），

22、相應(yīng)的主筋配筋率p為 p=100=0.64min（=0.18%）與斜截面相交的彎起鋼筋有2n4（232）、2n3（232）；斜筋有（216）則aa斜截面抗剪承載力為 + = =800.15knvx=389.24kn故距支座中心h/2處的斜截面抗剪承載力滿足要求 1）復(fù)核第一排彎起鋼筋處 由上圖可得距支座中心線h/2處截面的橫坐標(biāo)為x=7250-1125=6125mm，正截面有效高度h0=1247mm。現(xiàn)取投影長度ch0=1247mm，則得到選擇的斜截面頂端位置a如下圖所示，其坐標(biāo)為x=6125-1247=4878mm。2）斜截面抗剪承載力復(fù)核a處正截面上的剪力vx及相應(yīng)的彎矩mx計算如下： a

23、處正截面有效高度h0=1229mm=1.229m（主筋為432）則實際廣義剪跨比m及斜截面投影長度c分別為： c=0.6mh0=0.62.451.229 =1.8066m1.247m將要復(fù)核的斜截面如上圖所示中aa斜截面，斜角=tan-1（h0/c）=tan-1（1.229/1.8066）34.20斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有432（2n5、2n4），相應(yīng)的主筋配筋率p為 p=100=1.3min（=0.18%）與斜截面相交的彎起鋼筋有2n4（232）；斜筋有（216）則aa斜截面抗剪承載力為+ = =943.99knvx=360.9kn 故第一排彎起鋼筋處的斜截面抗剪承載力滿足要求八、持久狀況正常

24、使用裂縫寬度撓度驗算8.1裂縫寬度驗算 1）帶肋鋼筋系數(shù)c1=1.0 短期荷載效應(yīng)組合彎矩計算值ms=1084.25kn.m 長期荷載效應(yīng)組合彎矩計算值ml=828.65kn.m系數(shù)c2=1+0.5=1.38 系數(shù)c3=1.0 2）鋼筋應(yīng)力的計算 = = =154mpa 3）換算直徑d的計算 d=de=29.6mm 對于焊接鋼筋骨架d=de=1.329.6=38.5mm 4）縱向受拉鋼筋的計算 =0.02860.02 取=0.02。 5）最大裂縫寬度wfk的計算 wfk=c1c2c3 =11.3810-5 =0.15mmwf=0.2mm 滿足要求。8.2撓度的驗算 在進(jìn)行梁變形計算時，應(yīng)取梁與

25、相鄰梁橫向連接后截面的全寬度受壓翼板計算，即bf1=2200mm，而hf1仍為110mm， es=7.143 1） t梁換算截面的慣性矩icr和i0計算 對t梁的開裂截面，由0.5bfx2=esas（h0-x）可得 0.52200x2=7.1436790(1188-x） 解得 x=208mmhf（=110mm）梁跨中截面為第二類t形截面。這時，受壓區(qū)x高度由式確定 a= =1343 b=697192則 x= = =238mmhf=110mm開裂截面的換算截面慣性矩icr為icr=+7.1436790(1188-238）2 =5.50565106mm4t梁的全截面換算截面面積a0為 a0=200

26、1300+(2200-200)110+(7.143-1)6790=521711mm2受壓區(qū)高度x為x= =442mm全截面換算慣性矩i0為=10.421010mm4 2） 計算開裂構(gòu)件的抗彎剛度 全截面抗彎剛度 b0=0.95eci0=0.952.810410.421010 =2.771015n.mm2 開裂截面抗彎剛度 bcr=ecicr=2.810455056.5106=1.541015 n.mm2 全截面換算截面受拉區(qū)邊緣的彈性抵抗拒為w0=1.21108mm3全截面換算截面的面積距為 塑性影響系數(shù)為 =開裂彎矩 mcr=ftkw0=1.731.781.21108=372.61kn.m抗

27、裂構(gòu)件的抗彎剛度 b= =3） 受彎構(gòu)件跨中截面處的長期撓度值 結(jié)構(gòu)自重作用下跨中截面彎矩標(biāo)準(zhǔn)值mg=510.25kn.m。對c25混凝土，撓度長期增長系數(shù)=1.60。受彎構(gòu)件在使用階段的跨中截面的長期撓度值為 l= = 在自重作用下跨中截面的長期撓度值為 g= = 則按可變荷載頻遇值計算的長期撓度值（q）為 q=l-g=30-20=10mm=，故跨中截面需要設(shè)置預(yù)拱度。根據(jù)公路橋規(guī)對預(yù)拱度設(shè)置的規(guī)定，得到梁跨中截面處的預(yù)拱度為九、短暫狀況（施工安裝）應(yīng)力驗算及（吊鉤設(shè)計）9.1計算彎矩和剪力一根主梁的荷載集度為g=0.21.3+(0.08+0.14) 0.99 250=11.95kn/m設(shè)采

28、用兩點吊裝，梁的吊點位置距梁端分別為1m，則吊點處的彎矩為跨中最大彎矩為 吊點處的最大剪力為 吊裝時的彎矩圖，剪力圖如圖所示9.2正截面應(yīng)力驗算由于吊裝處彎矩很小，故僅驗算跨中應(yīng)力梁跨中截面的換算截面慣性距icr計算根據(jù)公路橋規(guī)規(guī)定計算得到梁受壓翼板的有效寬度=1520mm, hf=110mm,ho=1188mm。t梁換算截面的慣性矩icr計算 對t梁的開裂截面，由0.5bfx2=esas（h0-x）可得 0.51520x2=7.1436790(1188-x） 解得 x=245mmhf（=110mm）梁跨中截面為第二類t形截面。這時，受壓區(qū)x高度由式確定 a= =969 b=576918則 x

29、= = =262mmhf=110mm開裂截面的換算截面慣性矩icr為icr=+7.1436790(1188-262）2 =43133.61106mm4考慮吊裝因素：取受壓區(qū)混凝土邊緣纖維壓應(yīng)力受拉鋼筋的面積重心處的應(yīng)力最下面一層鋼筋（232）重心距受壓區(qū)邊緣高度ho1=1300-(35.8/2+35)=1247mm則鋼筋應(yīng)力為驗算結(jié)果表明，主梁吊裝時混凝土正應(yīng)力和鋼筋拉應(yīng)力均小于規(guī)范限值，可取圖的吊點位置。 十、主梁材料用量統(tǒng)計計算10.1 鋼筋用量計算1號筋：水平直線段長：l1=14960-2(53+160)=14534mm 圓弧長：lh=3.14160/2=251mm 豎直線段長：1222-160-110=952mm總長=14534+2512+9522=16942mm2號筋：水平直線段長：l1=14960-2(53+1302+320tan22.5o)=12339 mm 圓弧長：lh=3.14320/4=251mm