钢筋混凝土三跨连续T形梁结构设计

钢筋混凝土结构课程设计2013年12月专业班级:姓名学号:指导教师:设计任务书一、设计题目：钢筋混凝土三跨连续T形梁结构设计设计时间:2013年12月23日一12月29日二、设计资料1.桥梁截面，跨径及桥宽结构形式：三跨连续T形梁计算跨径：m=20.6m桥面净空：9 m2 设计荷载公路-I级，米用车道荷载，不计人群荷载等荷载横向分布系数m=0.63 材料混凝土：主梁用 C40 混凝土， 桥面铺装统一采用 9cm 厚细石砼与 2cm 厚沥 青砼组合，容重为 25kN/m 3，23kN/m 3，普通钢筋：采用 HRB335 级和 R235 级钢筋；4材料性能参数：（1）混凝土强度等级为 C40 ，主要强度指标：强度标准值： fck=26.8 MPa ，f tk =2.4 MPa强度设计值： fcd=18.4 MPa ，ftd=1.65 MPa弹性模量 ：Ec=3.25 X104 MPa2）普通钢筋a. 纵向抗拉及构造普通钢筋采用 HRB335，其强度指标抗拉强度指标： fsk=335 MPa抗拉强度设计值： fsd=280 MPa弹性模量： Es =2.0 X105 MPab. 采用的 R235 钢筋，其强度指标抗拉强度指标： fsk=235MPa抗拉强度设计值： fsd=195 MPa弹性模量： Es =2.1 X105 MPa5 设计依据（1）交通部颁公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 简称“规范”；（2）交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 简称“公预规 ”；（3）房屋建筑制图统一标准。三、设计要求1 、结构计算书（详尽的计算过程， A4 打印）2 、手绘结构图， 2 号图纸 1 张，包括如下内容 （1）主梁全梁纵向配筋图；（2）弯矩包络图与抵抗弯矩图（可取对称结构）；（3）剪力包络图与计算剪力分配图；（4）截面配筋图。设计计算书一、拟定截面尺寸、荷载计算桥体采用5片并列同等型号T型梁，假定边板截面形状和大小均与中板相同。T型梁具体尺寸如下图所示:1600 (1580)1300200单位：mm按图式尺寸计算出梁的横截面积及加铺层横截面积:2梁的横截面积s=0.428 m，2细石混凝土加铺层 3=0.144 m ，_ 2沥青混凝土面层 S2 =0.032 m，_ 2自重产生的均布荷载：g= i S=25kN/m3X0.428 m + 23kN/m 3 x( 0.144+0.032)2m = 14.748kN/m,根据公路桥规的规定和计算跨径用线性内插法求得车道集中荷载标准值Pk=242.4kN ，车道均布荷载标准值qk=10.5kN/m，车道均布荷载：q=0.6q k=0.6车道集中荷载：P=0.6P k=0.610.5 kN/m =6.3kN/m242.4kN=145.4kN,、作弯矩图、剪力图I、弯矩包络图1、作出恒载作用下的弯矩图;A 1/4L1/2L3/4L B3/2LC123r 4将第一跨等分为四份D625.87D156.5恒载作用下的弯矩图（单位：KN -m）117.3430.3469.469.4625.8g=14.748KN/m2、作出各跨分别承受活载时的弯矩图均布活载:q=6.3KN/m178.2集中活载:206.1245.1117.0-66.844均布活载作用在第一跨的弯矩图（单位:kN m)均布活载作用在第三跨的弯矩图（单位:kN m)P=145.4KN299.5集中活载作用在第一跨中点的弯矩图（单位：kN m）P=145.4KN524.2集中活载作用在第二跨中点的弯矩图（单位：kN m）wen23.1j18718.737.4 56274.9P=145.4KN299.5112.3A77fwe集中活载作用在第三跨中点的弯矩图（单位：kN m）3、将梁的左半部分分为 4等分，将每个等分点截面上的恒载弯矩值与所有活载正弯矩组合 叠加，或所有活载负弯矩组合叠加，即得各截面的最大（小）弯矩值。各点的最大最小弯矩 值计算如下：M min1 =1.2*430.3-1.4*(33.4+56.2)=390.92M min2 =1.2*469.4-1.4*(66.8+112.3)=312.54M min3 =1.2*117.3-1.4*(100.3+168.5)=-235.56M minB =1.2*(-625.8)-1.4*(178.2+133.7+299.5+224.6)=-1921.36M min4 =1.2*156.5-1.4*(66.8+66.8+112.3+112.3)=-313.68M max1 =1.2*430.3+1.4*(206.1 + 11.1+299.5+18.7)=1265.92M max2 =1.2*469.4+1.4*(245.1+22.3+599+37.4)=1828.6M max3 =1.2*117.3+1.4*(117+33.4+149.8+56.2)=639.72M maXB =1.2*(-625.8)+1.4*(44.6+74.9)=-583.66M max4 =1.2*156.5+1.4*(200+524.2)=1201.681921.364313.681201.68583.66639.72 931.5312.54235.56390.924、将各截面的最大弯矩值和最小弯矩值在同一图中，按同一比例用竖标表示。并分别以曲 线相连，即得弯矩包络图。jF*1570.54/1265.921828.60弯矩包络图（单位：kN m）U、剪力包络图1、作出恒载作用下的剪力图;151.9182.32、作均布活载作用下A、B支座截面的剪力为最大的剪力图均布活载作用在第一跨的剪力图（单位：KN）2.273.5 q=6.3KN/m2.2車f 10.810.856.2均布活载载作在第三跨时的剪力图图单位:：kKN）3、作集中活载作用下A、B支座截面的剪力为最大的剪力图P=145.4KN58.218.287.287.218.23.63.6集中活载作用在第一跨时的弯矩图（单位：KN）10.9P=145.4KN72.710.972.710.910.972.7集中活载作用在第二跨时的剪力图（单位：KN）P=145.4KN3.63.687.218.218.258.258.2集中活载作用在第三跨时的剪力图（单位:KN)4、将恒载作用下的剪力值与各支座处的最大（最小）剪力值组合叠加就得到各支座截面最大（最小）剪力值，各截面的最大最小剪力计算如下:0121.441.2121.51.46.510.90eilluB 宕1.2-182.31.473.56.587.210.9-468.1nun4 1.2151.91.410.818.200141.68V _. _ ,1.2-151.91.464.910.872.718.2-415.521.2182.31.42.23.600210.641.2121.51.456.22.258.23.6314.08V-1.2-182.31.42.23.600-210.64Vd十rEL&SJr S.1.2151.91.410.864.918.272.7415.52v 亠1.2-151.91.410.818.200-141.681.2182.31.46.573.510.987.2468.1按同一比例用竖标表示。 并分别以直468.1将各截面的最大剪力值和最小剪力值在同一图中, 线相连，即得剪力包络图。314.1415.5121.4210.6rr51.8141.7468.1136.9 “O6141.7415.5A/J剪力包络图（单位：KN ）从弯矩包络图 中可知抗弯最不利截面为 1/4L-1/2L 间的某截面、L处、3/2L处，其中 第一个最不利截面的弯矩值与 1/2L处截面的弯矩值相差不大，可以把 1/2L作为第一个最 不利截面。进行抗弯纵筋设计时把这三个截面分别作为控制截面进行设计。从剪力包络图中可知抗剪的最不利截面为 支座A处、支座B左和支座B右处截面。进 行抗剪腹筋设计时把这三个截面作为控制截面进行设计。三、抗弯控制截面的抗弯纵筋设计第一跨1/2L处I、截面设计1、T形截面受压翼板有效宽度 bfhf100 1402120mmbf1 1 20600 6867mm3bf22000mmbf3b 2bh 12hf200 2 0 12 120 1640mm故取有效宽度bf =1640mm2、判定T形截面类型采用焊接钢筋骨架可设 as =30+0.07h=30+0.07 x1300=121mm有效高度：h0 =1300-12 仁 1179mm5 hf(ho号)=18.4 X1640 X120 1179-120/2)=4052.03 kN m M (=1828.60kN m)故属于第一类T形截面。3、求受压区高度X由式 Md M u fcdbfX(h-)得，6X1828.60 X10 =18.4 X1640x(1179-),2整理得：X -2358 X+121195.7=0 ,I解得：x=52.6mm32mm(钢筋直径)，则钢筋横向净距：Sn =200-(2 X35)-(2 x35.8=58.440mm及1.25 X32=40mm ，故此配置满足构造要求。n、截面复核as 35 2 35.8 106.6mm实际有效高度：ho 1300 106.6 1193.4mm1判定T形截面类型fcdbf hf 18.4 1640 120N mm 3.62kN mfsdAs 280 6434 1.802kN m可知fcdbfhffsdAs，故为第一类T形截面2求受压区高度x由 fcdbfxfsdAs得f sd AsXf cdb f280 643418.4 164059.7mm hf120mm3 正截面抗弯承载力xMufcdbf Xh218.4 1640 59.71193.459.722096kN m 1828.60kN m抗弯承载力满足要求。配筋率6434200 1193.42.700min0.200故截面复核满足要求。第一跨L处（L处承受负弯矩，按矩形截面计算）I、截面设计1、假设as =110mm ，则截面的有效高度 h0=13OO-11O=119Omm2、判断是否采用双筋截面2fcdbh0b(10.5 b)18.4 200 11902 0.56 (10.5 0.56)2101.18kN ?m1921.36kN?m故应采用单筋截面3、求受压区高度:x2)，由式 Md M fcdbf x(h0.5x)得,61921.36 x10 =18.4 X200x(1190-2整理得： x -2380 x+1044217.4=0解得：x=580.18mmd (=32mm )及30mm，则钢筋横向净距：Sn =200- (2 X35 )(2 X35.8 ) =58.440mm 及1.25 X32=40mm ，故此配置满足构造要求。H、截面复核1、as 35 2.5 35.8 124.5mm实际有效高度： h0 =1300-124.5=1175.5mm求受压区高度 x280* 8042.5 x18.4* 200由 fcdb xfsdAs 得612mmbh0( 0.56 1175.5mm 658.28mm)正截面抗弯承载力Mufcd bx ho18.4* 200* 612*(1175.5 0.5* 612)1958kN m 1921.36kN m抗弯承载力满足要求。配筋率bAt8042.5200 1175.53.4%min(0.2%)，故截面复合满足要求3第二跨3l处T形截面有效宽度bfhf120mm1bf1 20600 6867mm3bf2 2000mmbf3b 2bh 12hf 200 2 0 12 120 1640mm故取有效宽度 bf=1640mm2、判定T形截面类型采用焊接钢筋骨架可设 as =30+0.07h=30+0.07X1300=121mm有效高度：h0 =1300-12 仁1179mm1 1fcdbf hf(h0hf)=18.4 X 1640 X 120 X ( 1179-120/2) =4052.03 kN m M(=1201.68 kNm )故属于第一类T形截面。3、求受压区高度由式0M dMuxfcdbfX(h。才得,1201.68 x106=18.4 X1640x(1179-2整理得：X -2358 X +79644.75=0解得：x=34.3mmd ( =32mm )，则钢筋横向净距:=58.4mm40mm及1.25 X32=40mm ，故此配置满足构造要求。n、截面复核as 35 1.5 35.8 88.7mm实际有效高度：ho=1300-88.7=1211.3mm1判定T形截面类型fcdbf hf18.4 1640 120 3.62kN mfsdAs 280 4826 1.35kN m可知fcdbfhffsdAs，故为第一类T形截面2、求受压区高度 x由 fcdbfxfsdAs得x280 482618.4 164044.8mm hf( 120mm)3、正截面抗弯承载力x44 8Mufcdbf x ho18.4 1640 44.8 1211.31607.3kN m 1201.68kN m2 2抗弯承载力满足要求。配筋率bh4826200 1211.31.99%min(0.2%)，故截面复合满足要求截面纵筋设计综合表:截面位置根数与直径层数带肋外径保护层厚度配筋面积有效高度0.5L832435.83564341193.41.0L10 32535.83580421175.51.5L632335.83548261211.3四、腹筋设计10至 L处21、截面尺寸检查根据构造要求，梁最底层钢筋232通过支座截面，支点截面有效高度为：35.8ho 1300351247.1mm2支座截面抗剪承载力：(0.51 103)jfU?bh0 (0.51 10 3h；40 200 1247.1 804.5kN r0Vd ( 314.1kN)截面尺寸符合要求。2、检查是否需要根据计算配置箍筋:支点处：0.5 10 3 ftdbh00.5 10 3 1.65 200 1247.1 205.8kN第一跨 1l处：(0.5 10 3)ftdbh0(0.5 10 3) 1.65 200 1193.4 196.9kN则有 Vd/2( 51.8kN)(0.5 103)ftdbgVd,0( 314.1kN),故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应按计算配置腹筋。3、计算剪力图分配支点处： VoVd,o 314.1kN1 ,第一跨L 处：V1/20V1/2 51.8kN2根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高h=1300mm 范围内，箍筋的间距最大为100mm。距支座中心线h/2处的计算剪力值由剪力包络图按比例求得，为:Vlh(V。Vil297.6kN314.1 20600 1300 (314.1 51.85)20600其中混凝土和钢筋承担的剪力计算值至少0.6V 178.6kN ；弯起钢筋承担的剪力计算值至多0.4V 119.0kN，根据比例可求得弯起钢筋区段长度为：4672mm由以上数据作出剪力分配图如下所示:8.54671.95628.1103004、箍筋设计采用8mm双肢箍，箍筋截面积：Asv门代2 50.3 100.6mm26434跨中截面受拉钢筋配箍率：R/2100 200 1193.4 27 彳5,取皿彳5支座截面 受拉钢筋配箍率：Po 0.64跨中处有效高度：ho 1193.4mm支座处有效高度：h01247.1mm平均值:2.5 0.64211934 1247.121220.3mm由公式得箍筋间距 Sv为:Sv12 3 (0.56 10 6)(2 0.6p) fcuMsvfsvbh；2(V )1.02 1.12 (0.56 10 6) (2 0.6 1.57).40 100.6 195 200 1220.32297.62=831.7mm取Sv2501h(650mm)及400mm配筋率:SVAsvbSv100.6200 2500.2000 0.18 。 满足要求综上可知，在支座中心向跨径长度方向的1300mm 内取Sv=100mm ，尔后至第一跨0.5L处截面统一的箍筋间距取Sv 250mm5、弯起钢筋及斜筋的设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335 ）为222 , a$ 56mm弯起钢筋弯起角度为45 ,弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为得到每对弯起钢筋分配的剪力，由各排弯起钢筋的末端转折点应落在前一排弯起钢筋弯起点的构造规定来得到各排弯起钢筋的弯起点计算位置，首先要计算弯起钢筋上、下弯起点之间的垂直距离hi。现拟弯起N1N5钢筋，将计算的各排弯起钢筋弯起点截面的hi以及距中心支座距离Xi、分配的剪力计算值 Vsbi、所需的弯起钢筋面积Asbi值列入下表。弯起钢筋计算表弯起点12345hi （mm）1125109010541018982距支座中心距离Xj （mm）112522153269428752694671.9计算剪力值Vsbi（kN）119.0106.971.131.2需要的弯筋面积 2Asbi（ mm）801.5720.0478.9210.1可提供的弯筋面积几2Asbi（ mm）1609160916091609（2 32 ）（2 32 ）（2 32 ）（2 32 ）弯筋与梁交点到支座中心距离xc（mm）564169027793841各排弯起钢筋弯起后，相应的正截面抗弯承载力M ui计算如下表所示钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度h0 (mm )T形截面类别受压区高度X ( mm )抗弯承载力M ui (kN m )支座中心1占八、2321247第一类14.9561.01 占2占八、J八、4321230第一类29.91096.32占3占J八、O八、6321211第一类44.81607.03点4点8321193第一类59.72095.41 L L处21、截面尺寸检查根据构造要求，梁最底层钢筋232通过支座截面，支点截面有效高度为:35.8ho 1300351247.1mm2支座截面抗剪承载力:(0.51 1O3)jfU?bho (0.51 10 3;40 200 1247.1 804.5kNrVd ( 468.1kN)截面尺寸符合要求。2、检查是否需要需要根据计算配置箍筋:支点处：0.5 10 3 ftdbh00.5 10 31.65 200 1247.1 205.8kN第一跨 1l处：(0.5 10 3) ftdbh0(0.5 10 3) 1.65 200 1193.4 196.9kN则有 Vd,i/2( 51.8kN)(0.5 103)ftdbh。Vd,L( 468.1 kN)，故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应按计算配置腹筋。3、计算剪力图分配支点处：V0Vd,L 468.1kN1 ,第一跨一L 处：Vl/20Vl/2 51.8kN2根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高h=1600m 范围内，箍筋的间距最大为100mm。距支座中心线h/2处的计算剪力值由剪力包络图按比例求得，为：V Vl h(V。Vl/2)468.1 20600 1300 (468.1 51.8)441 8kNl20600.其中混凝土和钢筋承担的剪力计算值至少0.6V 265.1kN ；弯起钢筋承担的剪力计算值至多0.4V 176.7kN，根据比例可求得弯起钢筋区段长度为：4372mm由以上数据作出剪力分配图如下所示:4、箍筋设计8.1采用8mm双肢箍，箍筋截面积:2Asv nA2 50.3100.6mm跨中截面受拉钢筋配箍率P/21006434200 119342.7 2.5,取 pi/22.5支座截面受拉钢筋配箍率：p00.64跨中处有效高度：h01193.4 mm支座处有效高度：h1247.1mm平均值：p 25 0641.572hb1193.4 1247.121220.3mm由公式得箍筋间距 Sv为:Sv12 1(0.56 10 6)(20.6p)fcu,kAsvfsvbh02 2 6 21.01.1(0.56 10 ) (2 0.6 1.57). 40 100.6 195 200 1220.32441.82=378.7mm取Sv1250 h( 650mm)及400mm配筋率:SVAsvbSV茹五O.20。.18。0满足要求综上可知，在支座中心向跨径长度方向的1300mm 内取Sv=100mm ，尔后至第一跨处截面统一的箍筋间距取 Sv 250mm25、弯起钢筋及斜筋的设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335 ）为222 , a$ 56mm弯起钢筋弯起角度为45 ,弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为得到每对弯起钢筋分配的剪力，由各排弯起钢筋的末端转折点应落在前一排弯起钢筋弯起点的构造规定来得到各排弯 起钢筋的弯起点计算位置，首先要计算弯起钢筋上、下弯起点之间的垂直距离hi。现拟弯起N5N7钢筋，将计算的各排弯起钢筋弯起点截面的hi以及距中心支座距离Xi、分配的剪力计算值 Vsbi、所需的弯起钢筋面积 Abi值列入下表。弯起钢筋计算表弯起点12345hi (mm )11251090105410351017距支座中心距离Xi (mm )112522153269428752694671.9计算剪力值Vsbi(kN )176.7157.5101.140.5需要的弯筋面积几2Asbi ( mm)11901061681273可提供的弯筋面积2Am (mm)1609160916091609(2 32 )(2 32 )(2 32 )(2 32 )弯筋与梁交点到支座中心距离x(mm )564169027793841各排弯起钢筋弯起后，相应的正截面抗弯承载力Mui计算如下表所示钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度T形截面类别受压区高度抗弯承载力x (mm )ho (mm )支座中心12321247第一类14.9561.0占八、1 占2占八、J八、4321230第一类29.91096.32占3占J八、O八、6321211第一类44.81607.03点4点8321193第一类59.72095.44占5占八、O八、10 321176第一类74.62563.43L L处21、截面尺寸检查根据构造要求，梁最底层钢筋232通过支座截面，支点截面有效高度为：35.8h01300351247.1mm2支座截面抗剪承载力：(0.51 10 3) Jfcu,kbh0 (0.51 10 3)40 200 1247.1804.5kNr0Vd ( 421.3kN)截面尺寸符合要求。2、检查是否需要需要根据计算配置箍筋:3支点处：0.5 10 ftdbh00.510 31.65 200 1247.1205.8kN第二跨 处：(0.5 10 3)ftdbh0(0.5 10 3) 1.65 200 1211.3199.9kN则有 Vd,i/2( 136.9kN) (0.5 103)ftdbh。Vd,( 415.5kN)，故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应按计算配置腹筋。3、计算剪力图分配支点处：V0Vd,0415.5kN第-跨|l处:Vl /20V1/2136.9kN根据公路桥规规定,在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高h=1300mm 范围内，箍筋的间距最大为100mm 。距支座中心线h/2处的计算剪力值由剪力包络图按比例求得，为:V Vl h(V。V|/|)415.5 20600 1300 (415.5 136.9)20600397.9kN其中混凝土和钢筋承担的剪力计算值至少0.6V 238.7kN ；弯起钢筋承担的剪力计算5886mm值至多0.4V159.2kN，根据比例可求得弯起钢筋区段长度为:由以上数据作出剪力分配图如下所示:4、箍筋设计采用8mm双肢箍，箍筋截面积:2Asv nAsv1 2 50.3 100.6mm跨中截面受拉钢筋配箍率：R/21004826200 1211.31.99支座截面受拉钢筋配箍率：P。0.64跨中处有效高度：h01211.3mm支座处有效高度：h1247.1mm平均值:1.99 0.6421.315h01211.3 1247.121229.2mm由公式得箍筋间距 S。为:Sv12 囂0.56 10 6)(20.6 p)fcu,kAsvfsvbh0V?1.021.12(0.56 10 6) (20.6 1.315). 40 100.6 195 200 1229.222397.9=447.5mm取 Sv 2501h( 650mm)及400mm配筋率：svAv100.60.200 0.180 满足要求bSv200 250综上可知，在支座中心向跨径长度方向的1400mm 内取Sv =100mm ，尔后至第二跨-L处截面统一的箍筋间距取 Sv 250mm25、弯起钢筋及斜筋的设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335 ）为222 , as56mm弯起钢筋弯起角度为45 ,弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为得到每对弯起钢筋分配的剪力，由各排弯起钢筋的末端转折点应落在前一排弯起钢筋弯起点的构造规定来得到各排弯 起钢筋的弯起点计算位置，首先要计算弯起钢筋上、下弯起点之间的垂直距离hi。现拟弯起N1N4钢筋，将计算的各排弯起钢筋弯起点截面的hi以及距中心支座距离Xi、分配的剪力计算值 Vsbi、所需的弯起钢筋面积 Asbi值列入下表。弯起钢筋计算表弯起点123456hi （mm ）1125109010541018982946距支座中心距离Xi （mm）1125221532694287526962155886计算剪力值Vsbi（kN）159.2146.4107.559.722.8需要的弯筋面积A 2Asbi（ mm）1072986724402154可提供的弯筋面积几2Asbi（ mm）16091609160916091609（2 32 ）（2 32 ）（2 32 ）（2 32 ）（2 32 ）弯筋与梁交点到支 座中心距离xc（mm）5641690277938414859各排弯起钢筋弯起后，相应的正截面抗弯承载力M ui计算如下表所示钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度ho (mm )T形截面类别受压区咼度x (mm )抗弯承载力M m (kN m)支座中心1占八、2321247第一类14.9561.01 占2占八、J八、4321230第一类29.91096.32占3占J八、O八、6321211第一类44.81607.0按上图所示弯起钢筋弯起点初步位置逐个检查是否满足公路桥规的要求。 经计算可知弯起钢筋均满足初步位置要求。感谢下载!欢迎您的下载，资料仅供参考