混凝土課程設(shè)計-學位論文

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計學院：專業(yè)：學號：姓名：任課教師：一．設(shè)計資料（1）主梁跨徑及全長：標準跨徑：20.00m；計算跨徑：19.50m；主梁全長：=19.96m；（2）材料選用鋼筋（MPa）種類彈性模量Es抗拉設(shè)計強度抗壓設(shè)計強度標準強度主筋HRB3352.0105280280335箍筋R2352.1105195195235選用混凝土（MPa）種類設(shè)計強度標準強度彈性模量軸心抗壓軸心抗拉軸心抗壓軸心抗拉C3013.81.3920.12.013.00104（3）計算方法：極限狀態(tài)法（4）梁的尺寸：（5）計算內(nèi)力:跨中截面計算彎矩(標準值)結(jié)構(gòu)重力彎矩：M1/2恒＝872.72kN.m汽車荷載彎矩：M1/2汽＝769.28kN.m；（已計入汽車沖擊系數(shù)）。（系數(shù)同上）人群荷載彎矩：M1/2人＝75.08kN.m；1/4跨截面計算彎矩（設(shè)計值）Md,1/4＝1907kN.m；（已考慮荷載安全系數(shù)）（大致數(shù)據(jù)）支點截面彎矩（設(shè)計值）Md0=0支點截面計算剪力(標準值)結(jié)構(gòu)重力剪力：V恒＝211.75kN；（系數(shù)同上）汽車荷載剪力：V汽＝207.80kN；（已計入汽車沖擊系數(shù)）。（系數(shù)同上）人群荷載剪力：V人＝18.60kN；按跨中截面計算剪力（設(shè)計值）Vd,1/2＝96.5kN；（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)1+μ＝1.292。（6）參考資料1.《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60—2004）（簡稱《公通規(guī)》）；2.《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）（簡稱《公橋規(guī)》）；3.《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）應用算例；4.《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》（葉見曙）；5.《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理計算示例》（葉見曙）；6.《鋼筋混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》（張樹仁）。作用效應組合（1）承載力極限狀態(tài)計算時作用效應組合根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60—2004）4·1·6條規(guī)定：按承載力極限狀態(tài)計算時采用的基本組合為永久作用的設(shè)計值效應與可變作用設(shè)計值效應相組合，其效應組合表達式為：跨中截面設(shè)計彎矩γ0Md,1/2=γ0（γGM1/2恒+γqM1/2汽+ΨcγQM1/2人）=1.0×（1.2×872.72+1.4×769.28+0.8×1.4×75.08)=2208.35kN·m1/4跨截面計算彎矩Md,1/4=1907kN·m支點截面設(shè)計剪力Vd，0=γGV恒+γG1V汽+γG2V人=1.0×（1.2×211.75+1.4×207.80+0.8×1.4×18.6）=565.85kN(2)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時作用效應組合作用效應短期組合作用效應短期組合為永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合，其效應組合表達式為：Msd=MGK+ψ11MQ1K+ψ12MQ2K=872.72+0.7×769.28/1.292+75.08=1364.59kN·m作用長期效應組合作用長期效應組合為永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為：Mld=Mgk+ψ21M11+ψ22M12=872.72+0.4×769.28/1.292+0.4×75.08=1140.92kN·m主梁正截面承載力計算(1).配筋計算翼緣板的計算寬度根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：T形截面受彎構(gòu)件位于受壓區(qū)的翼緣計算寬度，應按下列三者中最小值取用。eq\o\ac(○,1)對于簡支梁為計算跨徑的1/3。=L/3=19500/3=6500mm②相鄰兩梁軸線間的距離。=S=1700mm③取b+2+12，此處b為梁的腹板寬，，bh為承托長度，為不計承托的翼緣厚度。=1620mm。故=1620mm。翼緣板的計算高度h′f=（100+140）/2=120mm判斷T形截面類型采用焊接鋼筋骨架，取as=30+0.07h=30+0.07×1500=135mm故T形梁有效高度h0=h－as=1500-135=1365mm=3500.95×>γ0Md,1/2=2208.35kN·m=2208.35×故為第一類截面。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第5·2·3條規(guī)定：翼緣位于受壓區(qū)的T形截面受彎構(gòu)件，其正截面抗彎承載力按下列規(guī)定計算。4.求受拉鋼筋的面積As由方程解得x=74.39mm<=120mm選用As=4862+1256=6082>5932梁底混凝土凈保護層取32mm，側(cè)混凝土凈保護層取32mm。鋼筋布置圖(2)正截面抗彎承載力復核由鋼筋布置圖得101.48mm實際有效高度1398.521.判斷T形截面類型=13.8×1620×120=2.68×=280×6082=1.70×>故為第一類T形截面2.求受壓區(qū)高度x3.求正截面抗彎承載力故截面復核滿足要求。四．主梁斜截面承載力計算截面尺寸復核根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第9·3·10條規(guī)定：在鋼筋混凝土梁的支點處，應至少有兩根并不少于總數(shù)1/5的下層受拉的主筋通過。梁底通過支座中心直線主筋2Ф32。受拉鋼筋面積為1608mm2>20%×6082=1216.4mm2；支點截面的有效高度h0=h－as=1500-（32+35.8/2）=1450.10mm根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第5·2·9條：矩形、T形和工字形截面受彎構(gòu)件，其抗剪截面應符合要求。說明截面尺寸符合要求。(2)檢查是否需要按計算設(shè)置腹筋根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第5·2·10條：矩形、T形和工字形截面受彎構(gòu)件，符合下列條件時要求時則不需要進行斜截面抗剪承載力計算，而僅按構(gòu)造要求配置箍筋。跨中：=0.5××1×1.39×180×1398.52=174.95KN>=96.5KN支座：=0.5××1×1.39×180×1450.1=181.41KN<=565.85KN故跨中截面部分可按構(gòu)造配置箍筋，其余區(qū)段按計算配置腹筋。(3)最大設(shè)計剪力及設(shè)計剪力分配1.確定構(gòu)造配置箍筋長度：=9750×（174.95-96.5）/（565.85-96.5）=1671mm故在長度范圍內(nèi)可按構(gòu)造要求配置箍筋2.計算最大剪力和剪力分配：根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第5·2·11條：最大剪力取用距支座中心h/2處截面的數(shù)值，并按混凝土和箍筋共同承擔不少于60%；彎起鋼筋承擔不超過40%，并且用水平線將剪力設(shè)計值包絡(luò)圖分割為兩部分。距支座中心h/2處截面剪力：=565.85-混凝土和箍筋承擔的剪力彎起鋼筋承擔的剪力彎起鋼筋及斜筋設(shè)計計算剪力圖根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第5·2·11條：計算第一排彎起鋼筋Asb1時，對于簡支梁和連續(xù)梁近邊支點梁段，取用距支點中心h/2處由彎起鋼筋承擔的那部分剪力值Vsb1；計算第一排彎起鋼筋以后的每一排彎起鋼筋Asb2…Asbi時，取用前一排彎起鋼筋下面彎點處由彎起鋼筋承擔的那部分剪力Vsb2…Vsbi。一排彎起鋼筋截面積按下列公式計算：需設(shè)置彎起鋼筋的區(qū)段長度（距支座中心）選222作為架立筋，凈保護層為45mm，則架立鋼筋底面至梁頂?shù)木嚯x為45+25.1=70.1mm1.計算第一排彎起鋼筋截面積（初步擬定為32）初步選用由主筋彎起232，Asb1＝1608mm2。其彎起點為B，彎終點落在支座中心A截面處，彎起點B至點A距離為：AB=1500-(70.1+35.8/2)-(32+35.8+35.8/2)=1326.3第一排彎起鋼筋與梁軸線交點距支座中心的距離為：1500/2-70.1-35.8/2=662mm第一排彎起鋼筋彎起點的剪力:184.16KN2.第二排彎起鋼筋的面積：（初步擬定為32）初步選用由主筋彎起232，Asb2＝1608mm2。其彎起點為C，彎終點落在第一排彎起鋼筋彎起點B截面處，彎起點C至點B距離為：BC=1500-(70.1+35.8/2)-(32+35.8+35.8+35.8/2)=1290.5mm第二排彎起鋼筋與梁軸線交點距支座中心的距離為：1326.3+1500/2-70.1-35.8/2=1988.8mm第二排彎起鋼筋彎起點至支座中心的距離為：1326.3+1290.5=2616.8mm第二排彎起鋼筋彎起點的剪力:122.04KN3.第三排彎起鋼筋的面積：（初步擬定為32）821.86初步選用由主筋彎起232，Asb3＝1608mm2。其彎起點為D，彎終點落在第二排彎起鋼筋彎起點C截面處，彎起點D至點C距離為：CD=1500-(70.1+35.8/2)-(32+35.8+35.8+35.8+35.8/2)=1254.7mm第三排彎起鋼筋與梁軸線交點距支座中心的距離為：1326.3+1290.5+1500/2-70.1-35.8/2=3278.8mm第三排彎起鋼筋彎起點至支座中心的距離為：1326.3+1290.5+1254.7=3871.5mm第三排彎起鋼筋彎起點的剪力4.第四排彎起鋼筋的面積：（初步擬定直徑20）第四排用補充斜筋220,Asb4＝628其彎起點為E，彎終點落在第三排彎起鋼筋彎起點D截面處，彎起點E至點D距離為：DE=1500-(70.1+22.7/2)-(32+35.8×4+22.7/2)=1232mm第四排彎起鋼筋與梁軸線交點距支座中心的距離為：1326.3+1290.5+1254.7+1500/2-70.1-22.7/2=4540.05mm第四排彎起鋼筋彎起點至支座中心的距離為：1326.3+1290.5+1254.7+1232=5103.5mm第四排彎起鋼筋彎起點的剪力5.第五排彎起鋼筋的面積：（初步擬定直徑20）初步選用由主筋彎起2ф20，Asb5＝628其彎起點為F，彎終點落在第四排彎起鋼筋彎起點E截面處，彎起點F至點E距離為：EF=1500-(70.1+22.7/2)-(32+35.8×4+22.7+22.7/2)=1209.3mm第五排彎起鋼筋與梁軸線交點距支座中心的距離為：1326.3+1290.5+1254.7+1232+1500/2-70.1-22.7/2=5772.05mm第五排彎起鋼筋彎起點至支座中心的距離為：1326.30+1290.50+1254.70+1232.00+1209.30=6312.80mm>=5152mm故不需要再設(shè)置彎起鋼筋。(5)箍筋設(shè)計根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第5·2·11條：箍筋間距按下列公式計算：p中＝100p中＝100×6082/（180×1398.52）＝2.42<2.5p支＝100p支＝100×1608/（180×1450.10）＝0.62<2.5p平＝（p中+p支）/2＝（2.42+0.62）/2＝1.52h0平＝（h0中+h0支）/2＝（1398.52+1450.10）/2＝1424.31mm根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第9·3·13條：鋼筋混凝土梁應設(shè)置直徑不小于8mm或1/4主筋直徑的箍筋。其配筋率ρsv，R235鋼筋不應小于0.18%，現(xiàn)初步選用φ8的雙肢箍筋，n＝2；Asv1＝50.3mm2。Asv=nAsv1＝2×50.3＝100.6mm2根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第9·3·13條：箍筋間距不應大于梁高的1/2且不大于400mm。在支座中心向跨徑方向長度相當于不小于一倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距不宜大于100mm。近梁端第一根箍筋應設(shè)置在距端面一個混凝土保護層距離處。梁與梁或梁與柱的交接范圍內(nèi)可不設(shè)箍筋；靠近交接面的一根箍筋，其與交接面的距離不宜大于50mm?？缰胁糠珠L度為梁端加密段長度為880mm，配箍率驗算:滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第9·3·13條R235鋼筋最小配箍率的要求。五．全梁承載力校核（1）正截面和斜截面抗彎承載力校核簡支梁彎矩包絡(luò)圖近似取為二次物線：各彎起鋼筋計算列于下表彎起點12345彎起鋼筋的水平投影長度mm1326.31290.51254.712321209.3彎起點距支座中心的距離mm1326.32616.83871.55103.56312.8彎起點距跨中的距離mm8423.77133.25878.54646.53437.2分配的設(shè)計剪力Vsbi（KN）211.90184.16122.0461.662.33需要的彎筋面積mm214271240.2821.86415.2415.69可提供的彎筋面積mm22Φ322Φ322Φ322Φ202Φ20160816081608628628彎筋與梁軸交點到支座中心距mm6621988.83278.84540.055772.055彎筋與梁軸交點到跨中距離mm9086.857761.26471.25209.953977.95各排鋼筋彎起后，相應的梁的正截面抗彎承載力計算如下表：梁的區(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)A~B2Φ321450.10第一類20.14648.37B~C4Φ321432.20第一類40.301272.18C~D6Φ321414.30第一類60.441870.16D~F6Φ32+2Φ201405.50第一類68.302093.93F~跨中6Φ32+4Φ201398.52第一類76.172316.63將上表的正截面抗彎承載力代入：根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第9·3·11條：受拉區(qū)彎起鋼筋的彎起點，應設(shè)在按正截面抗彎承載力計算充分利用該鋼筋強度的截面以外不小于h0/2處，彎起鋼筋可在按正截面受彎承載力計算不需要該鋼筋截面面積之前彎起，但彎起鋼筋與梁中心線的交點應位于按計算不需要該鋼筋的截面之外。梁的彎矩包絡(luò)圖及抵抗彎矩圖（尺寸單位：mm,彎矩單位：KNm）（2）檢查各彎起鋼筋1、第五排鋼筋的充分利用點i的橫坐標為0，的彎起點5的橫坐標為x5=9750-6312.80=3437.2mm>0且大于=1398.52/2=699.26mm。其不需要點j的橫坐標x=2219.33mm，鋼筋與梁中線交點的橫坐標。=9750-5772.05=3977.95mm>x=2219.33mm2、第三排鋼筋的充分利用點j的橫坐標為2219.33mm，的彎起點3的橫坐標為X5=9750-3871.5=5878.5mm>x=2219.33mm且x3-x=5878.5-2219.33=3659.17mm>=1405.5/2=702.75mm,滿足要求。不需要點k的橫坐標x=3815.50mm，鋼筋與梁中線交點的橫坐標=9750-3278.8=6471.20mm>x=3815.50mm，滿足要求。3、第二排鋼筋的充分利用點k的橫坐標為3815.50mm，的彎起點2的橫坐標為X=9750-2616.80=7133.20mm>x=3815.50mm且x2-x=7133.20-3815.50=3317.7mm>=1414.30/2=707.15mm，滿足要求。不需要點l的橫坐標x=6348.16mm，鋼筋與梁中線交點的橫坐標=9750-1988.80=7761.20mm>x=6348.16mm，滿足要求。4、第一排鋼筋的充分利用點l的橫坐標為6348.16mm，的彎起點1的橫坐標為X1=9750-1326.30=8423.70mm>x=6348.16mm且x1-x=8423.70-6348.16=2075.54>=1432.20/2=716.10mm,滿足要求。不需要點m的橫坐標x=8194.65mm，鋼筋與梁中線交點的橫坐標=9750-662=9088mm>x=8194.65mm，滿足要求。經(jīng)上述分析判斷可知，初步確定的彎起鋼筋的彎起點位置的正截面抗彎承載力和斜截面承載力均滿足要求。（3）斜截面抗剪承載力復核從計算剪力圖可以看出，對支座而言，梁內(nèi)第一排彎起鋼筋的彎終點已落在支座中心截面處，以后各排彎起鋼筋的彎終點均落在前一排彎起鋼筋的彎起點截面上，這些都符合《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，即能滿足斜截面抗剪承載力的構(gòu)造要求。六．使用階段裂縫寬度驗算根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第6·4·3條：矩形、T形截面鋼筋混凝土構(gòu)件其最大裂縫寬度Wfk可按下列公式計算：1.縱向受拉鋼筋換算直徑As的直徑焊接鋼筋骨架d=1.3de=1.3×28.47=37.01mm2.縱向受拉鋼筋配筋率ρ=As/[bh0+(bf－b)hf]=6082/(180×1398.52)=0.0242>0.02，取ρ=0.02。3.受拉鋼筋在使用荷載作用下鋼筋重心處的拉應力根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第6·4·4條縱受拉鋼筋的應力按下式計算：=Ms/(0.87Ash0)=1364.59×106/(0.87×1398.52×6082)=184.40MPa4.短期荷載作用下的最大裂縫寬度C1=1.0；C3=1.0；C2=1+0.5Nl/Ns=1+0.5×1140.92/1364.59=1.4180滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62—2004）第6·4·2條的要求。撓度計算在進行梁變形計算時，應取梁與相鄰梁橫向連接后截面的全寬度受壓翼板計算，故取計算截面幾何特征翼緣平均厚度跨中截面有效高度：=1398.52mm確定受壓區(qū)高度：其中A=B=開裂截面的換算截面慣性矩為：=611×全截面換算截面面積：=180×1500+（1700-18