20m型裝配式梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計

1、2 2 0 0 m m 裝裝 配配 式式 鋼鋼 筋筋 混混 凝凝 土土簡簡 支支t t 型型 梁梁 橋橋 專 業(yè)： 道路與橋梁 課 程： 橋梁工程 學(xué) 號： 笑嘻嘻笑嘻嘻思想學(xué)生姓名： xx 指導(dǎo)教師： xx 完成期限： 2010-xx201x 裝配式鋼筋混凝土簡支型梁橋裝配式鋼筋混凝土簡支型梁橋 xxxx 目錄目錄1 1 設(shè)計資料設(shè)計資料.1 11.1 某公路鋼筋混凝土簡支梁橋主梁結(jié)構(gòu)尺寸 .11.2 計算內(nèi)力 .11.2.1 使用階段的內(nèi)力.11.2.2 施工階段的內(nèi)力.21.3 材料 .22 2 已知數(shù)據(jù)已知數(shù)據(jù).3 33 3 形梁正截面設(shè)計形梁正截面設(shè)計.4 43.1 正截面設(shè)計 .4

2、3.1.1 有效高度 .43.1.2 判定 t 形截面類型.43.1.3 求受壓區(qū)高度.43.1.4 求受拉鋼筋面積.43.2 截面復(fù)核 .53.2.1 判定 t 形截面類型.53.2.2 求受壓區(qū)高度 .53.2.3 正截面抗彎承力.54 4 t t 形梁斜截面設(shè)計形梁斜截面設(shè)計 .6 64.1 腹筋設(shè)計 .64.1.1 截面尺寸檢查.64.1.2 檢查是否需要配置箍筋 .64.1.3 計算剪力圖分配.64.1.4 箍筋設(shè)計.84.1.5 彎起鋼筋及斜筋設(shè)計.85 5 全梁校核全梁校核.14145.1 斜截面抗剪承載力復(fù)核 .155.1.1 a 處斜截面抗剪承載力復(fù)核 .155.1.2 所有

3、斜截面抗剪承載力復(fù)核 .166 6 應(yīng)力、裂縫和變形驗算應(yīng)力、裂縫和變形驗算.17176.1 施工吊裝時的正應(yīng)力驗算 .176.1.1 梁跨中截面的換算截面慣性矩 icr 計算.176.1.2 正應(yīng)力驗算.186.2 使用階段裂縫寬度驗算 .196.2.1 帶肋鋼筋系數(shù).191= 1.06.2.2 鋼筋應(yīng)力 ss的計算.206.2.3 換算直徑 d 的計算.206.3 使用階段梁跨中撓度的驗算 .206.3.1 梁換算截面的慣性矩 icr和 i0計算.216.3.2 計算開裂構(gòu)件的抗彎剛度.226.3.3 受彎構(gòu)件跨中截面處的長期撓度值.236.3.4 預(yù)拱度設(shè)置 .231 1 設(shè)計資料設(shè)計資

4、料1.11.1 某公路鋼筋混凝土簡支梁橋主梁結(jié)構(gòu)尺寸某公路鋼筋混凝土簡支梁橋主梁結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)跨徑：20.00m；計算跨徑：19.50m；主梁全長：19.96m；梁的截面尺寸如下圖（單位 mm）：學(xué)號 2640：梁高 h=1500mm。1.21.2 計算內(nèi)力計算內(nèi)力1.2.11.2.1 使用階段的內(nèi)力使用階段的內(nèi)力跨中截面計算彎矩（標(biāo)準(zhǔn)值）結(jié)構(gòu)重力彎矩：m1/2 恒810.72+528=950.72knm；汽車荷載彎矩：m1/2 汽697.28+528=837.28knm；（已計入汽車沖擊系數(shù)） 。人群荷載彎矩：m1/2 人75.08knm；1/4 跨截面計算彎矩（設(shè)計值）md,1/41867k

5、nm；（已考慮荷載安全系數(shù)）支點截面彎矩md0=0，支點截面計算剪力（標(biāo)準(zhǔn)值）結(jié)構(gòu)重力剪力：v 恒172.75+2.528=242.75kn；汽車荷載剪力：v 汽165.80+2.528=235.80kn；（已計入汽車沖擊系數(shù)）。人群荷載剪力：v 人18.60kn；跨中截面計算剪力（設(shè)計值）vjm76.5kn；（已考慮荷載安全系數(shù)）主梁使用階段處于一般大氣條件的環(huán)境中。結(jié)構(gòu)安全等級為二級。汽車沖擊系數(shù)，汽車沖擊系數(shù) 1+1.292。1.2.21.2.2 施工階段的內(nèi)力施工階段的內(nèi)力簡支梁在吊裝時，其吊點設(shè)在距梁端 a=400mm 處，而梁自重在跨中截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值 mk，1/2=585.90k

6、nm，吊點的剪力標(biāo)準(zhǔn)值 v0=110.75kn。1.31.3 材料材料主筋用 hrb335 級鋼筋fsd280n/mm2；fsk335n/mm2；es2.0105n/mm2。箍筋用 r235 級鋼筋fsd195n/mm2；fsk235n/mm2；es2.1105n/mm2。構(gòu)造鋼筋按照規(guī)范要求取用。采用焊接平面鋼筋骨架混凝土為 c30fcd13.8n/mm2；fck20.1n/mm2；ftd1.39n/mm2；ftk2.01n/mm2；ec3.00104n/mm2。2 2 已知數(shù)據(jù)已知數(shù)據(jù)由已知可以知道 = 1500 =90 + 1502= 120 = 200= 1600 0= 19.96 =

7、 19.50簡支梁控制截面的彎矩組合設(shè)計值和剪力組合設(shè)計值：跨中截面，2= = 1+ 11+ = 2kn= 1.2 950.72 + 1.4 837.28 + 0.8 1.4 75.08 = 2397.15 ,2= 76.5 1/4 跨截面md,1/41867kn m（已考慮荷載安全系數(shù)）支點截面 md0=0， ,0= = 1+ 11+ = 2= 1.2 242.75 + 1.4 235.80 + 0.8 1.4 18.60 = 642.25 3 3 t t 形梁正截面設(shè)計形梁正截面設(shè)計3.13.1 正截面設(shè)計正截面設(shè)計3.1.13.1.1 有效高度有效高度因采用焊接鋼筋骨架，故設(shè)30+0.0

8、70.07h=30+0.071500=135mm, 則截面有效高度=0= = 1500 135 = 13653.1.23.1.2 判定判定 t t 形截面類型形截面類型 (02)= 13.8 1600 120（1365 1202）kn= 3457.73kn 0，2（ = 2397.15 ）故為第一類 t 形梁3.1.33.1.3 求受壓區(qū)高度求受壓區(qū)高度0，2= (02)2397.15 106= 13.8 1600(1365 2)得合適解為 x=82mmd=32mm 及30mm,鋼筋間橫向凈距35-235.8=58mm40mm 及 1.25d=40mm。= 200 2 故滿足構(gòu)造要求。3.23

9、.2 截面復(fù)核截面復(fù)核由圖得 =6434(35 + 2 35.8) + 402(35 + 4 35.8 + 9.2)6836= 111則實際有郊高度0= = 1500 111 = 13893.2.13.2.1 判定判定 t t 形截面類型形截面類型= 13.8 1600 120 = 2.65 = 280 6836 = 1.91 由于，故為第一類 t 形截面 3.2.23.2.2 求受壓區(qū)高度求受壓區(qū)高度 =280 683613.8 1600= 87 0，2（ = 2397.15 ）又,故滿足要求。 =0=6836200 1389= 2.46% = 0.2%4 4 t t 形梁斜截面設(shè)計形梁斜截

10、面設(shè)計4.14.1 腹筋設(shè)計腹筋設(shè)計4.1.14.1.1 截面尺寸檢查截面尺寸檢查根據(jù)構(gòu)造要求，梁最底層鋼筋通過支座截面232支點截面有效高度為.0= (35 +35.82)= 1447(0.51 10 3),0=(0.51 10 3)30 200 1447= 808.4 0,0( = 642.25 )截面尺寸符合設(shè)計要求。4.1.24.1.2 檢查是否需要配置箍筋檢查是否需要配置箍筋跨中段截面(0.5 10 3)0=(0.5 10 3)1.39 200 1389 = 193.1支座截面(0.5 10 3)0=(0.5 10 3)1.39 200 1447 = 201.1因,0,2( = 76

11、.5 ) (0.5 10 3)0 0.18%12 = 750及400綜合上述計算，在支座中心向跨徑長度方向的 1500mm 內(nèi)，設(shè)計箍筋間距，然后到跨中截面統(tǒng)一為。= 100= 2004.1.54.1.5 彎起鋼筋及斜筋設(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，鋼筋重心到梁受壓翼板22上邊緣距離,= 56彎起鋼筋的彎起角度為 45，彎起鋼筋末端與架立鋼筋焊接。為了得到每對彎起鋼筋分配的剪力，由各排彎起鋼筋的末端折點應(yīng)落在前一排彎起鋼筋彎起點的構(gòu)造規(guī)定來得到各排彎起鋼筋的彎起點計算位置，首先要計算彎起鋼筋上、下彎起點之間垂直距離?，F(xiàn)擬彎起鋼筋，將計算的各排彎起鋼筋彎起點截

12、面的以及至14支座中心距離 、分配的剪力計算值、所需的彎起鋼筋面積值列入。根據(jù)公路橋規(guī)規(guī)定，簡支梁的第一排彎起鋼筋（對支座而言）的末端彎折點應(yīng)位于支座中心截面處。這時，為1=1500(35+35.81.5)+(43+25+35.80.5)=1325mm1彎筋的彎起角為 45，則第一排彎筋（2n5）的彎起點 1 距支座中心距離為 1325mm。彎筋與梁縱軸線交點 1距支座中心距離為13251500/2(35+35.81.5)=664mm。對于第二排彎起鋼筋，可得到=1500(35+35.82.5)+(43+25+35.80.5)=1290mm2彎起鋼筋（2n3）的彎起點 2 距支點中心距離為 1

13、325+h2=2615mm。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：24127 + 750 - 13254127=2239.49得：=206.12kn2其中，0.4v=239.49kn；h/2=750mm；設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長為 4127mm。所需要的彎起鋼筋面積為2=1388=1333.33（2）452第二排彎起鋼筋與梁軸線交點距支座中心距離為2，2615-15002 （35 + 35.8 2.5） = 1990其余各排彎起鋼筋計算方法同上，計算數(shù)據(jù)如表格 1。彎起鋼筋計算表表格 1彎起點1234()1325129012541235距支座中心距離（mm）132526153869

14、5104分配的計算剪力值()239.49206.12131.26需要的彎筋面積（）216131388884可提供的彎筋面積（）21609(232)1609(232)1609(232)彎筋與梁軸交點到支座中心距離,（mm）66419903279由上表可見，原擬定彎起鋼筋的彎起點距支座中心距離為 5104mm，1已大于，即在欲設(shè)置彎筋區(qū)域長度之外，故暫不參加彎4127 + 750 = 4877起鋼筋的計算，圖中以截斷鋼筋表示。但在實際工程中，往往彎起，經(jīng)1加強鋼筋施工時的剛度。圖 3 梁的彎矩彎矩包絡(luò)圖與抵抗彎矩圖（尺寸單位:mm;剪力單位:kn）按照計算剪力初步布置彎起鋼筋如圖 2現(xiàn)在按照同時滿

15、足梁跨間各正截面和斜截面抗彎要求，確定彎起鋼筋的彎起點位置。由已知跨中截面彎矩計算值，2= 0，2= 2397.5 支點中心處，按0= 00= 0,= ，2(1 -4 22)做出梁的彎矩包絡(luò)圖。在截面處，因，14 = 4.875 = 19.5，則彎矩計算值為2= 23714= 2397.15 (1 -4 4.875219.52)= 1798 與已知值相比，兩者相對誤差為 3.8%，故可以用二次拋物,1/4= 1867 線來描述簡支梁彎矩包絡(luò)圖可行的。各排彎起鋼筋彎起后，相應(yīng)正截面抗彎承載力如表格 2 所示。鋼筋彎起后相應(yīng)各正截面抗彎承載力表格 1梁區(qū)段截面縱筋有郊高度0（mm）t 形截面類別受

16、壓區(qū)高度（mm）抗彎承載力（kn.）支座中心 1 點2321427第一類20650.01 點 2 點4321429第一類411268.72 點 3 點6321411第一類611865.43 點4點8321393第一類822435.74點梁跨中832 + 2161389第一類872575.4將表格 2 的正截面抗彎承載力在圖 2 中用各平行直線表示出來，它們與彎矩包絡(luò)圖的交點分別為 i、k、n，以各值帶入拋物線方程，可求 i、k、n 得到跨中截面距離 值?，F(xiàn)在以圖 中所示彎起鋼筋彎起點初步位置來逐個檢查是否滿足公路橋規(guī)的要求。第一排彎起鋼筋：（24）其充分利用點“ ”的橫坐標(biāo)，而的彎起點 1 的

17、橫坐標(biāo) = 669524x1=9750-1325=8425mm，說明 1 點位于 k 點左邊，且，滿足要求。1 （ = 8425 - 6690 = 1735）02（ = 1429/2 = 715）其不需要點 的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸線交點 的橫坐m = 8324241標(biāo)，亦滿足要求。1（ = 9750 - 664 = 9086）（ = 8324）第二排彎起鋼筋（）：23其充分利用點“ ”的橫坐標(biāo)，而的彎起點 2 的橫坐標(biāo)k = 459523，且2= 9750 - 2615 = 7135 (4595)，滿足要求。2 （ = 7135 - 4595 = 2540）02（ = 1411/2 = 70

18、6）其不需要點 的橫坐標(biāo)，而 2n3 鋼筋與梁中軸線交點 2的橫l = 6690坐標(biāo)，亦滿足要求。2（ = 9750 - 1990 = 7760）（ = 6690）由上述檢查結(jié)果可知 所示彎起鋼筋彎起點初步位置滿足要求。由 2n2 和 2n3 鋼筋彎起點形成的抵抗彎矩圖遠大于彎矩包絡(luò)圖，故進一步調(diào)整上述彎起鋼筋的彎起點位置，在滿足規(guī)范對彎起鋼筋彎起點要求前提下，使抵抗彎矩圖接近彎矩包絡(luò)圖；在彎起鋼筋之間，增設(shè)直徑為 16mm 的斜筋，圖 4 即為調(diào)整后主梁彎起鋼筋、斜筋的布置圖。圖 4 梁彎起鋼筋和斜筋設(shè)計布置圖(尺寸單位:mm)5 5 全梁校核全梁校核圖 4 為梁的彎起鋼筋和斜筋設(shè)計示意圖,

19、箍筋設(shè)計見前述的結(jié)果。對于鋼筋混凝土簡支梁的,按照公路橋規(guī)要求進行。下面以距支座中心處為處斜截面承載力復(fù)核為例。/2選定斜截面頂端位置 圖 5 距支座中心處斜截面抗剪承力計算圖式 由圖 5 可得到距支座中心處的截面的橫坐標(biāo)為/2，正截面有效高度?，F(xiàn)取斜截 = 9750 - 750 = 90000 = 1447面投影長度，則得到選擇的斜截面頂端位置a，橫坐標(biāo)為 0 = 1447。 = 9000 - 1447 = 75535.15.1 斜截面抗剪承載力復(fù)核斜截面抗剪承載力復(fù)核5.1.15.1.1 a a 處斜截面抗剪承載力復(fù)核處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

20、算xl/20l/22()2 755376.5(642.2576.5)514.7719500 xvvvvlkn2xl/22224(1)4 75532397.15 (1)958.619500 xmmlkn ma 處正截面有效高度 h0=1429mm=1.429m（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xx0958.601.303514.77 1.429mmv h00.60.6 1.30 1.4291.115mcmh將要復(fù)核的斜截面為 aa斜截面，斜角=tan-1(h0/c)=tan-1(1.429/1.115)52.4。斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有 232（2n5） ，相

21、應(yīng)的主筋配筋率 p 為0100 16081000.642.5200 1447sapbh箍筋的配筋率（取 sv=200mm）為：min2 50.30.252%( 0.18%)200 200svsvvabs與斜截面相交的彎起鋼筋有 2n4（232） ；斜筋有 2 組 2n6（216） 。將以上數(shù)據(jù)按規(guī)定的單位要求代入下式，則得到斜截面抗剪承載力為331230,33x0.45 10(20.6 )0.75 10sin1.0 1.0 1.1 0.45 10200 1429 (20.6 0.56) 300.252% 1950.75 1028016082 4020.707716.47514.77ucu ks

22、vsvsdsbsvbhpfffaknvkn （）（）故距支座中心為 h/2 處的斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計要求。5.1.25.1.2 所有斜截面抗剪承載力復(fù)核所有斜截面抗剪承載力復(fù)核按照上述步驟依次進行斜截面抗剪承載力的校核。計算結(jié)果如表格 3所示。斜截面抗剪承載力復(fù)核表格 3參數(shù)距支座中心 h/2截面2n4彎起點截面2n3彎起點截面2n2彎起點截面2n1彎起點截面箍筋間距改變截面,()900084205720412027208250,0()144714291411139313891429,()144714291411139313891429()755369914309272713316821(

23、)514.8482.2326.5155.6153.7472.3( )958.61164.71928.92209.62352.51223.90()1.4291.4291.4111.3931.3891.4291.301.693(4.1 3)3(10.2 3)3(11) 31.81()1.1151.4492.5402.5072.5001.552()44.444.629.129.129.142.60.560.561.131.712.321.13(%)0.2520.2520.2520.2520.2520.252()716.5951.6940.7940.7587.1721.86 6 應(yīng)力、裂縫和變形驗算應(yīng)

24、力、裂縫和變形驗算6.16.1 施工吊裝時的正應(yīng)力驗算施工吊裝時的正應(yīng)力驗算根據(jù)吊點位置和主梁自重（看作均布荷載） ，可以看到在吊點截面處有最大負彎矩，在梁跨中截面有最大正彎矩，均為正應(yīng)力驗算截面。6.1.16.1.1 梁跨中截面的換算截面慣性矩梁跨中截面的換算截面慣性矩 icricr 計算計算根據(jù)公路橋規(guī)規(guī)定計算得到梁受壓翼板的有效寬度為bf=1600mm，而受壓翼板平均厚度為 120mm，有效高度h0=h-as=1500-111=1389mm。542.0 106.6673.0 10sescee計算跨中截面混凝土受壓區(qū)高度為2116006.667 6836 (1389)2254mm( 120

25、mm)fxxxh得故為第二類 t 型截面。這時，換算截面受壓區(qū)高度x為：()arcsin6.667 6836 120 (1600200)1068200essffahbbab2022()2 6.6676836 1389120(1600200)733845200essffa hhbbbb故2210687338451068301mm( 120mm)fxabah，計算開裂截面的換算截面慣性矩為332033264()()()331600 301(1600200) (301 120)6.667 6836 (1389301)3365727.1 10 mmfffcressh xhb xhia hx6.1.26

26、.1.2 正應(yīng)力驗算正應(yīng)力驗算吊裝時動力系數(shù)為 1.2（起吊時主梁超重） ，跨中截面計算彎矩為= 1.21= 1.2 585.90 = 703.1。受壓區(qū)混凝土邊緣正應(yīng)力為66703.1 1030165727.1 103.220.8( 0.8 20.1 16.08)ttkcccrckm ximpafmpa受拉鋼筋的面積重心處的應(yīng)力為最下面一層鋼筋606()703.1 10(1389301)6.66765727.1 1077.60.75( 0.75 335251)ttksescrskmhximpafmpa(232)重心距受壓邊緣高度為則鋼筋應(yīng)0= 1500 - (36/2 + 35) = 144

27、7，力為0166()703.1 10(1447301)6.66765727.1 1081.50.75( 0.75 335251)tksescrskmhximpafmpa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，可用此吊點位置。6.26.2 使用階段裂縫寬度驗算使用階段裂縫寬度驗算6.2.16.2.1 帶肋鋼筋系數(shù)帶肋鋼筋系數(shù)1= 1.0荷載短期效應(yīng)組合彎矩計算值為荷載長期效應(yīng)組合彎矩計算值為111122837.28950.720.71.0 75.081.2921479.4sgqqmmmmkn m. 系數(shù)系數(shù)，非板式受彎構(gòu)件6.2.26.2.2 鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力 ssss

28、的計算的計算61479.4 101790.870.87 1389 6836sssosmmpah a6.2.36.2.3 換算直徑換算直徑 d d 的計算的計算因為受拉區(qū)采用不同的鋼筋直徑，因此d應(yīng)取用換算直徑de，則可得到228 322 1630.2mm8 322 16dde 對于焊接鋼筋骨架d=de=1.330.2=39.26mm縱向受拉鋼筋配筋率的計算取=0.026.2.4 最大裂縫寬度 wfk的計算1 2 35301793039.26()1 1.43 1()0.28 102 100.28 10 0.020.180.2mmssfksfdwc c cew ，滿足要求。6.36.3 使用階段梁

29、跨中撓度的驗算使用階段梁跨中撓度的驗算在進行梁變形計算時,應(yīng)取梁與相鄰梁橫向連接后截面的全寬度受壓翼板計算,211222837.28950.720.40.4 75.081.2921270.9lgqqmmmmkn m068360.02460.02200 1389sabh即bf1=1600mm，而hf仍為 120mm。6.3.16.3.1 梁換算截面的慣性矩梁換算截面的慣性矩 icricr 和和 i0i0 計算計算對 t 梁的開裂截面，可得到2116006.667 6836 (1389)2254mm( 120mm)fxxxh解得故為第二類 t 型截面。這時，換算截面受壓區(qū)高度x為：()6.667

30、6836 120 (1600200)1068200essffahbbab 則 2022()2 6.667 6836 1389 120(1600200)733845200essffa hhbbbb2210687338451068301mm( 120mm)fxabah開裂截面的換算截面慣性矩為332033264()()()331600 301(1600200) (301 120)6.667 6836 (1389301)3365727.10 mmfffcressh xhb xhia hxt 梁的全截面換算截面面積為20a200 1500(1600200) 120(6.6671) 6836506740mm受壓區(qū)高度為2211200 150016002001206.667 16836 138922506740570mmx（）（）全截面換算慣性矩為32322011032322111()()()()() ()(1)()122122116001200 1600200 1600 (570)(1600200)(120)12