结构设计原理课程设计 (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+μ=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=2.1×510N/2mm。

采用焊接平面钢筋骨架

混凝土为C30

fcd=13.8N/m㎡;fck=20.1N/m㎡; ftd=1.39N/m㎡;

ftk=2.01N/m㎡;Ec=3.00×10N/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 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2/,ldM与支点截面剪力0,dV

1) 跨中弯矩2/,ldM

计入冲击系数时汽车荷载弯矩：

mkNMl59.705192.129.5952/汽，

① 承载能力极限状态设计时作用效应组合

mkNSSMQjkmjQjckQQGikmjGid214321430.1 )04.784.180.085.7094.182.8662.1( )S(02111000

② 作用短期效应组合

mkNSSMQjknjjmiGikd136204.780.129.5957.082.8661112

③ 作用长期效应组合

mkNSSMQjknjjmiGikd113604.784.029.5954.082.8661213

由以上可得：3212dddMMM，所以取mkNMld21432/,

2） 支点截面剪力0,dV

计入冲击系数时汽车荷载剪力：kNV6.208192.1175汽

① 承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合

kNSSVQjkmjQjckQQGikmiGid8.5618.5610.1)184.180.06.2084.12082.1()S(02111010

② 作用短期效应组合

kNSSVQjknjjmiGikd5.302180.11757.02081112

③ 作用长期效应组合

kNSSVQjknjjmiGikd297184.01754.02081213

由以上可得：321dddVVV，所以kNVd8.5610,

二、已知设计数据 2 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。梁体采用C30混凝土，轴心抗压强度设计值cdf=13.8MPa，轴心抗拉强度设计值tdf=1.39MPa。主筋采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值sdf=280MPa；箍筋采用R235钢筋，抗拉强度设计值sdf=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：mkNMld21432/,，kNVld50.762/,

1/4跨 截 面：mkNMld00.18764/,

支 点 截 面：00,dM，kNVd8.5610,

三、跨中截面受拉钢筋计算

1) 截面设计

① 设：mmhas135150007.03007.030

则：mmahhs136513515000

② 判断T梁类型

由于

)2143(3458)21201365(12016008.13)2(0mkNMmkNhhhbf

故该T梁属于第一类T形截面。

③ 求受压区高度

60102143)21365(16008.13)2(xxxhxbfMfcdu

整理得：03188.19411227302xx

解得方程合适解为：mmx73

④ 求受拉钢筋面积sA

257572807316008.13mmfxbfAsdfcds

现选择钢筋632+418，截面面积25844mmAs，分布如图：混凝土保护层厚度取35mm>d=32mm及规范规定的30mm，钢筋间横向间距mmSn404.588.352352200及)403225.1(25.1mmd，故满足要求。

2）截面复核

已设计的受拉钢筋中，632的面积为48622mm，418的面积的为10182mm，MPafsd280，由图可知：

mmas10210184826)5.208.35335(1018)8.355.135(4826

则实际有效高度：mmh139810215000

① 判定T形截面类型

kNhbfffcd6.264912016008.13

kNAfssd3.16362805844

由于ssdffcdAfhbf，故属于第一类截面。

② 求受压区高度

mmbfAfxfcdssd7416008.135844280 3 ③ 正截面抗弯承载力

)2143(8.2223)2741398(7416008.13)2(2/,0mkNMmkNxhxbfMldfcdu

%2.0%1.213982005844min0bhAs 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 232通过支座截面，支点截面有效高度为：

mmh1.1447)28.3535(15000

kNVkNbhfdkcu8.56146.8081.1447200301051.01051.00,030,3

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：kNbhftd32.194139820039.1)105.0()105.0(303

支座截面：kNbhftd15.2011.144720039.1)105.0()105.0(303

因)8.561()105.0()50.76(0,0032/,0kNVbhfkNNdtdld，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kNVVd8.5610,00，跨中处计算剪力值

kNVVldl50.762/,02/。

计算剪力分配图（尺寸单位：mm；剪力单位：kN）

距支座中心线为mmh7502/处的计算剪力值为：

kNLVVhLVVl45.52419500)5.768.561(15008.56119500)(2/00

其中由混凝土与箍筋承担的剪力计算值为kNV67.3146.0，由弯起钢筋与斜筋承担的剪力为kNV78.2094.0，设置弯起钢筋长度为4212mm。kNbhfVVtdxdx32.194105.003,0

因为：

所以：mmVVVVllllx236750.768.56150.7632.194975022/02/1

在1l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mmh1500范围内，箍筋的间距最大为mm100。

4) 箍筋设计

现采用直径为mm8的双肢箍筋，箍筋截面积为：

216.1003.502mmnAAsvsv 4 跨中截面：09.22/lP，mmh0.13980

支点截面：56.00P，mmh1.14470

则平均值为：33.1256.009.2P，mmh144321.14470.13980

箍筋间距为：

mmVbhfAfpSsvsvkcuv30445.5241432001956.1003033.16.021056.01.116.021056.02622'0,62321

取mmSv250，则%18.0%2.02502006.100vsvsvbSA，且vS小于mmh7502及mm400，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mm1500范围内，设计箍筋间距mmSv100，尔后至跨中截面统一的箍筋间距取mmSv250。

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mmas55，弯起钢筋的弯起角为45，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。

现拟弯起41~NN钢筋，计算ih，ix，，sbiV，sbiA填入下表

VxVisbi4.0421275042121，45sin33.1333sdsbisbifVA

弯起点 1 2 3 4

ih（mm） 1326 1290 1276 1250

距支座中心距离ix（mm） 1326 2616 3892 5142

分配的计算剪力值sbiV（kN） 209.78 181.09 116.84 53.29