混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-―裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支t形梁橋主梁

1、<p>　　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　――裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T形梁橋主梁</p><p>　　指導(dǎo)教師： 肖金梅 </p><p>　　班 級(jí)： 14土木工程6班 </p><p>　　學(xué)生姓名： 鄺佛偉 </p><p&g

2、t;　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2017年5月1號(hào) </p><p>　　題目：裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T形梁橋主梁設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)荷載：公路Ⅰ級(jí)，人群荷載：3.5KN/m2。</p><p>　　2、橋面凈空：凈－7 + 2×0.5<

3、/p><p><b>　　主要尺寸</b></p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)跨徑 =20m</b></p><p>　　計(jì)算跨徑 =20.50m</p><p>　　梁 長(zhǎng) =20.96m </p><p><b>　　3、材料規(guī)格</b></

4、p><p><b>　　混凝土C 40</b></p><p><b>　　HRB400鋼筋，</b></p><p>　　直徑12mm以下者采用R235級(jí)鋼筋 梁橫斷面圖（圖1）（單位：cm）</p><p>　?、耦惌h(huán)境條件，安全等級(jí)為一級(jí)。</p><p><

5、;b>　　4、設(shè)計(jì)規(guī)范</b></p><p>　　《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）</p><p>　　5、橋梁橫斷面布置情況(見(jiàn)圖1)</p><p>　　圖2、T粱尺寸圖（單位：mm）</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)荷載</b></p>

6、<p>　　1、承載能力極限狀態(tài)下，作用效應(yīng)為：</p><p>　　跨中截面： </p><p><b>　　截面：</b></p><p>　　支點(diǎn)截面： </p><p>　　2、施工期間，簡(jiǎn)支梁吊點(diǎn)設(shè)在距梁端，梁自重在跨中截面引起的彎矩。</p><

7、;p>　　3、使用階段，T梁跨中截面汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩為（未計(jì)入沖擊系數(shù)），人群荷載產(chǎn)生的彎矩為，永久作用產(chǎn)生的彎矩為。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　截面尺寸擬定（參照已有的設(shè)計(jì)資料或見(jiàn)圖2）；</p><p>　　跨中截面正截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核（選擇鋼筋并復(fù)核截面強(qiáng)度）；</p>

8、<p>　　斜截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核（剪力鋼筋設(shè)計(jì)及截面復(fù)核）； </p><p><b>　　裂縫及變形計(jì)算；</b></p><p>　　繪制鋼筋圖，編制鋼筋明細(xì)表、總表。</p><p><b>　　四、主要參考資料</b></p><p>　　1

9、、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004）人民交通出版社，2004</p><p>　　2、公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖《裝配式鋼筋混凝土T形橋梁》 T形梁截面尺寸（圖2）（2000） </p><p>　　3、賈艷敏主編《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》， 人民交通出版社，2004</p><p

10、>　　4、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D60-2004），人民交通出版社，2004</p><p>　　取值分組情況：1-9號(hào)b=180mm H=1200mm</p><p>　　10-18號(hào)b=180mm H=1300mm</p><p>　　19-27號(hào)b=180mm H=1400mm</

11、p><p>　　28-36號(hào)b=200mm H=1200mm</p><p>　　37-45號(hào)b=200mm H=1300mm</p><p>　　46-55號(hào)b=200mm H=1400mm</p><p><b>　　解： </b></p><p><b&

12、gt;　　1，截面尺寸擬定</b></p><p>　　設(shè)腹板寬度：b=180mm，T形截面梁高：H=1400mm</p><p>　　由圖2所示T形截面受壓翼板的厚度尺寸，得平均厚度</p><p>　　故受壓翼板的有效寬度 </p><p>　?。▓D3鋼筋布置圖中，1580mm為預(yù)制梁翼板寬度） </p>&l

13、t;p>　　2，跨中截面正截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核</p><p><b>　　（1）截面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1）因保護(hù)層厚度，設(shè)aS=130mm</p><p>　　則截面有效高度：h0=1400-130=1270mm</p><p>　　跨中截面彎矩計(jì)算值：</p><p>&l

14、t;b>　　判定T形截面類型</b></p><p>　　故屬于第一類T形截面</p><p><b>　　求受壓區(qū)高度</b></p><p>　　4）求受拉鋼筋面積As</p><p>　　將各已知值及x=68mm代入，得</p><p>　　現(xiàn)選擇鋼筋為8Φ28+4Φ25，

15、截面面積為As=6890mm2。鋼筋疊高層數(shù)為</p><p><b>　　6層。</b></p><p>　　混凝土保護(hù)層厚度取35mm>d=28mm，及規(guī)定的30mm，鋼筋間橫向凈矩</p><p>　　Sn=180－2×28－2×31.6=61mm>40mm，及1.25d=1.25×28=35mm

16、</p><p>　　故滿足構(gòu)造要求。 </p><p><b>　?。?）截面復(fù)核</b></p><p>　　已設(shè)計(jì)的受拉鋼筋中，8Φ28的面積為4926mm2,4Φ22的面積為1964mm2，</p><p><b>　　?？汕蟮腶S為：</b></p><p>　

17、　則實(shí)際有效高度： </p><p>　　1）判定T形截面類型</p><p>　　由于，故為第一類T 形截面。</p><p><b>　　2）求受壓區(qū)高度x</b></p><p>　　3)正截面受彎承載力</p><p>　　由 求得正截面抗彎承載力為：</p&

18、gt;<p>　　故截面復(fù)核滿足要求。</p><p>　　3，斜截面強(qiáng)度計(jì)算及復(fù)核</p><p><b>　?。?）腹筋設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）截面尺寸檢查</b></p><p>　　根據(jù)構(gòu)造要求，梁最底層鋼筋2Φ28通過(guò)支座截面，支點(diǎn)截面有效高度</

19、p><p>　　截面尺寸符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　檢查是否需要根據(jù)計(jì)算配置箍筋</p><p><b>　　跨中段截面 </b></p><p><b>　　支座截面 </b></p><p>　　因，故可在梁跨中的某</p><p>　　長(zhǎng)

20、度范圍內(nèi)按構(gòu)造配置箍筋，其余區(qū)段應(yīng)按計(jì)算配置腹筋。</p><p><b>　　3）計(jì)算剪力圖分配</b></p><p>　　在圖4所示的剪力包絡(luò)圖中，支點(diǎn)處剪力計(jì)算值，跨</p><p><b>　　中處剪力計(jì)算值</b></p><p>　　的截面矩跨中截面的距離可由剪 </p>

21、<p><b>　　力包絡(luò)圖按比例求得</b></p><p>　　在l1長(zhǎng)度內(nèi)可按構(gòu)造要求布置箍筋。</p><p>　　同時(shí)，根據(jù)《公路橋規(guī)》（JTG D62-2004）規(guī)定，在支座中心線附近h/2=650mm</p><p>　　范圍內(nèi)，箍筋的間距最大為100mm。</p><p>　　距支座中心線h/

22、2處的計(jì)算剪力值V’，由剪力包絡(luò)圖按比例求得</p><p>　　其中應(yīng)由混凝土和箍筋承擔(dān)的剪力計(jì)算值至少為；應(yīng)由彎起鋼筋（包括斜筋）承擔(dān)的剪力計(jì)算值最多為，設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長(zhǎng)度長(zhǎng)度為4505mm（圖4）</p><p><b>　　4)箍筋設(shè)計(jì)</b></p><p>　　采用直經(jīng)為8mm的雙肢箍筋，箍筋截面積。</p><

23、;p>　　在等截面鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁中，箍筋盡量做到等距離布置。為計(jì)算簡(jiǎn)便，斜截面內(nèi)縱筋配筋百分率p及截面有效高度h0可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，計(jì)算如下：</p><p><b>　　跨中截面 取</b></p><p><b>　　支點(diǎn)截面 </b></p><p><b>　　則平均值分別為

24、 </b></p><p>　　箍筋間距Sv計(jì)算為：</p><p>　　確定箍筋間距Sv的設(shè)計(jì)值尚應(yīng)考慮《公路橋規(guī)》（JTG D62-2004）的構(gòu)造要求。</p><p>　　若箍筋間距計(jì)算值取Sv=400mm≦1/2h=700mm及400mm，是滿足規(guī)范要求的，但采用Φ8雙肢箍筋，箍筋配筋率</p><p>　?。≧235

25、鋼筋時(shí)），故不滿足規(guī)范規(guī)定?，F(xiàn)取Sv=250mm計(jì)算箍筋配筋率</p><p>　　ρSV=0.22%>0.18%，且小于1/2h=700mm和400mm。</p><p>　　綜合上述計(jì)算，在支座中心向跨徑長(zhǎng)度方向的1400mm范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)箍筋間距Sv=100mm；而后至跨中截面統(tǒng)一的箍筋間距取Sv=250mm。</p><p><b>　　彎起鋼

26、筋及斜筋設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)焊接鋼筋骨架的架立鋼筋為2Φ22，鋼筋重心至梁受壓翼板上邊緣距離。</p><p>　　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(duì)彎起鋼筋分配的剪力，要由各排彎起鋼筋的末端點(diǎn)應(yīng)落在前一排彎起鋼筋彎起點(diǎn)的構(gòu)造規(guī)定來(lái)得到各排彎起鋼筋的彎起點(diǎn)計(jì)算位置，首先要計(jì)算彎起鋼筋上、下彎點(diǎn)之間垂直距離</p&

27、gt;<p>　　現(xiàn)擬彎起N1--N5鋼筋，計(jì)算的各排彎起鋼筋彎起點(diǎn)截面的以及至支座中心距離、分配的剪力計(jì)算值、所需的彎起鋼筋面積值列入表1.</p><p>　　根據(jù)《公路橋規(guī)》（JTG D62-2004）規(guī)定，簡(jiǎn)支梁的第一排彎起鋼筋（對(duì)支座而言）的末端彎折點(diǎn)應(yīng)位于支座中心截面處。這時(shí)計(jì)算為：</p><p>　　所需要提供的彎起鋼筋截面Vsb1為：</p>

28、<p><b>　　其中</b></p><p>　　彎起的彎起角為45°，則第一排彎筋（2N5）的彎起點(diǎn)1距支座中心距離為1230mm。彎筋與梁縱軸線交點(diǎn)1‘距支座中心距離為：</p><p>　　對(duì)與第二排彎起鋼筋：</p><p>　　彎起鋼筋（2N4）的彎起點(diǎn)2距支點(diǎn)中心距離為:</p><p&g

29、t;　　分配給第二排彎起鋼筋的計(jì)算剪力 值Vsb2 ，由比例關(guān)系計(jì)算：</p><p>　　得 Vsbi=142.86kN</p><p>　　其中，，設(shè)置彎起鋼筋區(qū)段長(zhǎng)為4050mm。</p><p>　　所需要提供的彎起鋼筋截面Vsb2為：</p><p>　　第二排彎起鋼筋與梁軸線交點(diǎn)2´距支座中心距離為：</p

30、><p>　　其他各排彎起鋼筋的計(jì)算方法與第二排彎起鋼筋計(jì)算方法相同。</p><p>　　由表1可見(jiàn)，原擬定彎起鋼筋的彎起點(diǎn)距支座中心距離為，已大于，即在欲設(shè)置彎筋區(qū)域長(zhǎng)度之外，故暫不參加彎起鋼筋的計(jì)算，圖6中以截?cái)噤摻畋硎?，但在?shí)際工程中，往往不截?cái)喽鴱澠?，以加?qiáng)鋼筋骨架施工時(shí)的剛度。</p><p>　　按照計(jì)算剪力初步布置彎起鋼筋如圖6。</p>

31、<p>　　現(xiàn)在按照同時(shí)滿足梁跨間各截面和斜截面抗彎要求，確定彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置。由已知跨中截面彎矩計(jì)算值，支點(diǎn)中心處，按式作出梁的計(jì)算彎矩包絡(luò)圖（圖6）。在截面處，因，則彎矩計(jì)算值為:</p><p>　　將表2的正截面受彎承載能力Mui在圖6上用各平行直線表示出來(lái)，它們與彎矩包絡(luò)圖的交點(diǎn)分別為i、j、…、q，并以各Mui值代入中，可求得i、j、…、q跨中截面距離x值（圖6）。</p>

32、<p>　　現(xiàn)在以圖6中所示彎起鋼筋彎起點(diǎn)初步位置，來(lái)逐個(gè)檢查是否滿足《公路橋規(guī)》（JTG D62-2004)的要求。</p><p>　　第一排彎起鋼筋（2N5）：</p><p>　　其充分利用點(diǎn)“m”的橫坐標(biāo),而的彎起點(diǎn)1的橫坐標(biāo)，說(shuō)明1點(diǎn)位于m點(diǎn)左邊，且，滿足要求。</p><p>　　其不需要點(diǎn)“n”點(diǎn)的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，滿

33、足要求。</p><p>　　第二排彎起鋼筋（）：</p><p>　　其充分利用點(diǎn)“l(fā)”的橫坐標(biāo),而的彎起點(diǎn)2的橫坐標(biāo)</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　且，滿足要求。</b></p><p>　　其不需要點(diǎn)“m”點(diǎn)的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸

34、線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，滿足要求。</p><p><b>　　第三排彎起鋼筋（）</b></p><p>　　其充分利用點(diǎn)“k”的橫坐標(biāo),而的彎起點(diǎn)3的橫坐標(biāo)</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　且，滿足要求。</b></p><p

35、>　　其不需要點(diǎn)“l(fā)”點(diǎn)的橫坐標(biāo)，而鋼筋與梁中軸線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，滿足要求。</p><p>　　由上述檢查結(jié)果可知圖6所示彎起鋼筋彎起點(diǎn)初步位置滿足要求。</p><p>　　由鋼筋彎起點(diǎn)形成的抵抗彎矩圖遠(yuǎn)大于彎矩包絡(luò)圖，故進(jìn)一步調(diào)整上述彎起鋼筋的彎起點(diǎn)位置，在滿足規(guī)范對(duì)彎起鋼筋彎起點(diǎn)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7），即為調(diào)整后

36、主梁彎起鋼筋、斜筋的布置圖</p><p>　　斜截面抗剪承載能力的復(fù)核</p><p><b>　　選定斜截面頂端位置</b></p><p>　　由 圖7（b）可得到距支座中心為處截面的橫坐標(biāo)，正截面有效高度?，F(xiàn)取斜截面投影長(zhǎng)度，則得到選擇的斜截面頂端位置（圖8），其橫坐標(biāo)。</p><p>　　7)斜截面受剪承載力

37、復(fù)核</p><p>　　A處正截面上的剪力Vx及相應(yīng)及的彎矩Mx計(jì)算如下：</p><p>　　A處正截面有效高度（主筋為），則實(shí)際廣義剪跨比m及斜截面投影長(zhǎng)度c分別為：</p><p>　　將要復(fù)核的斜截面是圖8中所示AA’斜截面，斜角：</p><p>　　斜截面內(nèi)縱向受拉主筋，相應(yīng)的主筋配筋率為：</p><p&g

38、t;　　箍筋的配筋率（取時(shí)）為：</p><p>　　與斜截面相交的彎起鋼筋有;斜筋有。</p><p>　　按規(guī)定的單位要求，則得到AA’斜截面抗剪承載力為：</p><p>　　故距支座中心為h/2處的斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　4，裂縫及變形計(jì)算</b></p><

39、;p>　　施工吊裝時(shí)的正應(yīng)力驗(yàn)算</p><p>　　1）梁跨中截面的換算截面慣性矩計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《公路橋規(guī)》（JTG D62-2004）規(guī)定計(jì)算得到梁受壓翼板的有效寬度為，而受壓翼板平均厚度為120mm。有效高度。</p><p>　　由式計(jì)算截面混凝土受壓高度為：</p><p>　　得到 </

40、p><p>　　故為第二類T形截面。</p><p>　　這時(shí)，換算截面受壓高度x為</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　則計(jì)算開(kāi)裂截面的換算截面慣性矩為：</p><p><b>　　正應(yīng)力驗(yàn)算</b></p><p&

41、gt;　　吊裝時(shí)動(dòng)力系數(shù)為1.2（吊裝時(shí)主梁超重），則跨中截面計(jì)算彎矩為。 </p><p>　　得受壓區(qū)混凝土邊緣正應(yīng)力為：</p><p>　　得受拉鋼筋的面積重心處的應(yīng)力為：</p><p>　　最下面一層鋼筋重心距受壓邊緣高度為，則鋼筋應(yīng)力為：</p><p>　　驗(yàn)算結(jié)果表明，主梁吊裝時(shí)混凝土正應(yīng)力和鋼筋拉應(yīng)力均小于規(guī)范限值，故可

42、取吊點(diǎn)位置為距梁端處。</p><p><b>　　裂縫寬度的驗(yàn)算</b></p><p><b>　　1）系數(shù)</b></p><p><b>　　帶肋鋼筋</b></p><p>　　荷載短期效益組合彎矩計(jì)算值為：</p><p>　　荷載長(zhǎng)期效益組

43、合彎矩計(jì)算值為：</p><p><b>　　系數(shù)</b></p><p>　　對(duì)于非板式受彎構(gòu)件系數(shù)</p><p><b>　　2）鋼筋應(yīng)力的計(jì)算</b></p><p><b>　　3）換算直徑</b></p><p>　　因?yàn)槭芾瓍^(qū)采用不同的鋼筋

44、直徑，按要求，應(yīng)取換算直徑，則可得到</p><p><b>　　對(duì)于焊接鋼筋骨架</b></p><p>　　4）縱向受拉鋼筋配筋率</p><p><b>　　取。</b></p><p><b>　　5）最大裂縫寬度</b></p><p><

45、;b>　　由計(jì)算可得到</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　梁跨中撓度的驗(yàn)算</b></p><p>　　在進(jìn)行梁變形計(jì)算時(shí)，應(yīng)取梁與相鄰梁橫向連接后截面的全寬度受壓翼</p><p><b>　　板計(jì)算，即為。</b

46、></p><p>　　1）T形梁換算截面的慣性矩和計(jì)算</p><p>　　對(duì)T形梁的開(kāi)裂截面，可得到</p><p>　　梁跨中截面為第二類T形截面。這時(shí)，受壓區(qū)高度確定為</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　開(kāi)裂截面的換算截面慣性矩為：</p&

47、gt;<p>　　T梁的全截面換算截面面積為：</p><p><b>　　受壓區(qū)高度x為：</b></p><p>　　全截面換算慣性矩的計(jì)算為：</p><p>　　2）計(jì)算開(kāi)裂構(gòu)件的抗彎剛度</p><p><b>　　全截面抗彎剛度:</b></p><p&

48、gt;<b>　　開(kāi)裂截面抗彎剛度:</b></p><p>　　全截面換算截面受拉區(qū)邊緣的彈性地抗矩為:</p><p>　　全截面換算截面的面積矩為：</p><p><b>　　塑性影響系數(shù)為：</b></p><p><b>　　開(kāi)裂彎矩：</b></p>

49、<p>　　開(kāi)裂構(gòu)件的抗彎剛度為：</p><p>　　受彎構(gòu)件跨中截面處的長(zhǎng)期撓度值</p><p>　　短期荷載效應(yīng)組合下跨中截面彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)構(gòu)自重作用下跨中截面彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)混凝土，撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)。</p><p>　　受彎構(gòu)件在使用時(shí)階段的跨中截面的長(zhǎng)期撓度值為：</p><p>　　在結(jié)構(gòu)自重作用下跨中截面的長(zhǎng)期撓度

50、值為：</p><p><b>　　長(zhǎng)期撓度計(jì)算值為：</b></p><p>　　符合《公路橋規(guī)》（JTG D62-2004）的要求。</p><p><b>　　預(yù)拱度設(shè)置</b></p><p>　　在荷載短期效應(yīng)組合并考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)影響下梁跨中處產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度為：</p>&