结构设计原理课程设计

精选优质文档-倾情为你奉上一、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； 梁的截面尺寸如下图(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=820.82+46=866.82 KN.m 汽车荷载弯矩：M1/2汽=549.29+46=595.29 KN.m 人群荷载弯矩：M1/2人=78.04 KN.m 1/4跨截面弯矩：（设计值） Md.1/4=1867.00 KN.m；（已考虑荷载安全系数） 支点截面弯矩 Md0=0 KN.m, 支点截面计算剪力（标准值） 结构重力剪力：V恒=162+46=208 KN; 汽车荷载剪力：V汽=129+46=175 KN; 人群荷载剪力：V人=18 KN; 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.(2)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：V0=110.75KN.m。 3、材料 主筋用HRB335级钢筋 fsd=280 N/m；fsk=335 N/m。 箍筋用R235等级钢筋 fsd=195N/m；fsk=235N/m;ES=2.1N/。 采用焊接平面钢筋骨架混凝土为C30fcd=13.8N/m;fck=20.1N/m; ftd=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形梁的变形及裂缝宽度验算；4、 计算书要程序分明，文字流畅，书写工整，引出资料来源；5、 图面整洁、紧凑，符合工程制图要求。四、提交成果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1) 跨中弯矩 计入冲击系数时汽车荷载弯矩： 承载能力极限状态设计时作用效应组合 作用短期效应组合 作用长期效应组合 由以上可得：，所以取2） 支点截面剪力计入冲击系数时汽车荷载剪力： 承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合 作用短期效应组合 作用长期效应组合 由以上可得：，所以二、 已知设计数据已知钢筋混凝土简支梁全长L=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，=1。梁体采用C30混凝土，轴心抗压强度设计值=13.8MPa，轴心抗拉强度设计值=1.39MPa。主筋采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值=280MPa；箍筋采用R235钢筋，抗拉强度设计值=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：，1/4跨 截 面：支 点 截 面：，三、 跨中截面受拉钢筋计算1) 截面设计 设： 则： 判断T梁类型 由于 故该T梁属于第一类T形截面。 求受压区高度 整理得： 解得方程合适解为： 求受拉钢筋面积 现选择钢筋632+418，截面面积，分布如图：混凝土保护层厚度取35mmd=32mm及规范规定的30mm，钢筋间横向间距及，故满足要求。2） 截面复核已设计的受拉钢筋中，632的面积为4862，418的面积的为1018，由图可知：则实际有效高度： 判定T形截面类型 由于，故属于第一类截面。 求受压区高度 正截面抗弯承载力 所以正截面复核满足设计要求。四、 腹筋设计 1) 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： 截面尺寸符合要求。2) 检查是否需要根据计算配置箍筋 跨中截面： 支座截面：因，故可在梁跨中的某长度范围内按构造要求配置箍筋，其余区段按计算配置箍筋。3) 计算剪力分配图 支点处剪力计算值，跨中处计算剪力值。 计算剪力分配图（尺寸单位：；剪力单位：）距支座中心线为处的计算剪力值为： 其中由混凝土与箍筋承担的剪力计算值为，由弯起钢筋与斜筋承担的剪力为，设置弯起钢筋长度为4212mm。因为：所以：在长度范围内可按构造要求布置钢筋。同时，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倍梁高范围内，箍筋的间距最大为。4) 箍筋设计现采用直径为的双肢箍筋，箍筋截面积为：跨中截面：，支点截面：，则平均值为：，箍筋间距为： 取，则，且小于及，故满足规范要求。综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向的范围内，设计箍筋间距，尔后至跨中截面统一的箍筋间距取。5) 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边缘距离，弯起钢筋的弯起角为，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。现拟弯起钢筋，计算，填入下表，弯起点1234（mm）1326129012761250距支座中心距离（mm）1326261638925142分配的计算剪力值（kN）209.78 181.09116.8453.29需要的弯筋面积（）14131220787359可提供的弯起面积（）16081068509509弯筋与梁轴交点到支座中心距离665199132954565按照计算剪力初步布置钢筋如图： 钢筋弯起后相应个正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋有效高度形截面类别受压区高度（）抗弯承载力支座中心点1447第I类20634.612点1429第I类411275.1点1411第I类611859.434点1405第I类682058.54点跨中1398第I类742223.8现在以上图所示弯起钢筋弯起点初步位置来逐个检查是否满足公路桥规的要求第一排弯起钢筋其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点左边，且，满足要求。其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。第二排弯起钢筋其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点左边，且，满足要求。其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。第三排弯起钢筋其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点左边，且，满足要求。其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。第四排弯起钢筋其充分利用点的横坐标，而的弯起点的横坐标，说明点位于点左边，且，满足要求。其不需要点的横坐标，而钢筋与梁中轴线交点的横坐标，亦满足要求。由上述检查结果可知上图所示弯起钢筋弯起点初步位置满足要求。在满足规范对弯起钢筋弯起点要求的前提下，使抵抗弯矩图更接近弯矩包络图，在弯起钢筋之间曾设直径为的斜筋，如下图： 梁弯起钢筋和斜筋设计布置图（尺寸单位： 弯矩单位：，剪力单位：）五、 斜截面承载力复核 1) 距支座中心处为处斜截面抗剪承载力复核 选定斜截面顶端位置 ，则A： 斜截面抗剪承载力复核 A处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下： A处正截面（主筋为），则实际广义剪跨比及斜截面投影长度分别为： 所以将复核的斜截面斜角为。斜截面纵向受拉主筋有，相应的主筋配筋率为： 箍筋的配箍率（取时）为： 与斜截面相交的弯起钢筋有；斜筋有。则 故距支座中心为处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。2） 图示斜截面的复核 选定斜截面顶端位置 ， 则A： 斜截面抗剪承载力复核 A处截面上的剪力及相应的弯矩计算如下： A处截面（主筋为），则实际广义剪跨比及斜截面投影的长度为： 斜角：斜截面内纵向受拉主筋有，相应的主筋配筋率为： 箍筋配箍率（取时）为 与斜截面相交的弯起钢筋有，斜筋有。由以上复核可知该斜截面抗剪承载力满足设计要求。六、 T形梁的变形及裂缝宽度的验算1) 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，吊点的剪力标准值。2) 施工吊装时的正应力验算 梁跨中截面的换算截面惯性矩计算 根据公路桥规规定计算得到梁受压翼板的有效宽度为，而受压翼板平均厚度为，有效高度。 由得： 得合适解为：故为第二类T形截面。这时应由计算受压区高度： 故 计算开裂截面的换算截面惯性矩为： 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。则受压区混凝土边缘正应力为： 则受拉钢筋的面积重心处的应力为： 最下面一层钢筋重心距受压区边缘高度为，则钢筋应力为： 验算结果表明，主梁吊装时混凝土正应力和钢筋拉应力均小于规范限值，所以吊点位置可取在距梁端处。3） 裂缝宽度的验算 带肋钢筋系数 荷载短期效应组合弯矩计算值为： 荷载长期效应组合弯矩计算值为： 系数 系数 钢筋应力的计算 换算直径的计算因为受拉区采用不同的钢筋直径，所以取用换算直径，则可得：对于焊接钢筋骨架 纵向受拉钢筋配筋率的计算 取 最大裂缝宽度的计算 满足要求。4） 梁跨中挠度的验算 已知，。 T梁换算截面的惯性矩和计算 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： T梁的全截面换算面积为为： 受压区高度为： 全截面换算惯性矩为： 计算开裂构件的抗弯刚度全截面抗弯刚度： 开裂截面抗弯刚度： 全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为： 全截面换算截面的面积矩为： 塑性影响系数为： 开裂弯矩为： 开裂构件的抗弯刚度为： 受弯构件跨中截面处的长期挠度值短期荷载效应组合下跨中截面弯矩标准值，结构自重作用下跨中截面弯矩标准值。对C30混凝土，挠度长期增长系数。受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为： 在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为: 则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值为： 符合公路桥规的要求。 预拱度设置在荷载短期效应组合并考虑长期效应的影响下梁跨中处产生的长期挠度为，故跨中截面需设置预拱度。根据公路桥规对预拱度设置的规定，得到梁跨中截面处的预拱度为： 专心-专注-专业