结构设计原理课程设计钢筋混凝土t形梁Word文档下载推荐.doc

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1.3可变荷载

公路—Ⅱ级，人群荷载不计；

荷载横向分布系数；

汽车冲击系数：

1.4材料

梁体选用C30混凝土

fcd＝13.8N/mm2；

fck＝20.1N/mm2；

ftd＝1.39N/mm2；

ftk＝2.01N/mm2；

Ec＝3.00×

104N/mm2。

主筋用HRB335级钢筋

fsd＝280N/mm2；

fsk＝335N/mm2；

Es＝2.0×

105N/mm2。

箍筋用R235级钢筋

fsd＝195N/mm2；

fsk＝235N/mm2；

Es＝2.1×

1.5计算方法

极限状态法。

1.6结构尺寸

梁宽200mm，翼缘板边缘厚120mm，根部厚180mm，梁高1500mm，T梁翼缘板宽度1580mm，二期工程高200mm。

具体尺寸如图1-6-1所示：

1580

1500

320

200

图1-6-1T形梁截面尺寸（单位：

mm）

1.7设计依据

（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）；

（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）；

（3）《混凝土结构设计原理》（第二版），叶见曙主编；

（4）《结构力学》（第5版），李廉锟主编。

2.设计任务

1.1设计计算书一份

（1）作用效应组合；

（2）绘出弯矩和剪力包络图

（3）进行抗弯、抗剪钢筋设计计算；

（4）结构应力、挠度、裂缝验算。

1.2配筋图一张

（1）主梁正截面钢筋配筋图

（2）行车道钢筋配筋图

3.设计计算书

3.1作用效应组合

3.1.1主梁作用效应标准值计算

1）荷载计算

故根据上面的面积和前面的资料可得

一期恒载：

二期荷载：

对于可变荷载，根据《公路桥涵设计通用规范》有关规定，可得公路—Ⅱ级的荷载如下：

2）截面弯矩影响线面积计算

表3-1-1-2影响线面积计算

项目

计算面积

影响线面积ω

ω=L/4×

L/2=19.52/8=47.53

ω=3L/16×

L/2=3×

19.52/32=35.65

ω=1/2×

L/2×

1/2=19.5/8=2.438

ω=19.5/2=9.75

3）弯矩永久作用效应标准值计算

表3-1-1-3弯矩永久作用效应标准值计算表

截面

影响线面积

（1）

（2）

（3）

一期荷载标准值（4）=

（1）´

二期荷载标准值（5）=

（1）´

M0

12.168

7.268

0.00

M1/4

35.65

433.77

259.09

M1/2

47.53

578.36

345.46

4）可变弯矩作用效应标准值计算

表3-1-1-4可变弯矩作用效应标准值计算表

（4）

横向分布系数（5）

冲击系数（6）

标准值（7）=[

（1）´

（2）+（3）´

（4）]´

（5）´

（6）

7.875

178.5

0.4

1.126

420.39

560.52

5）剪力作用效应标准值计算

《公路桥涵设计通用规范》规定：

在计算剪力作用效应是，车道荷载的集中荷载应乘以1.2的系数。

故：

表3-1-1-5剪力可变作用效应标准值计算表

=12.168

=7.268

=7.875

=214.2

=1.126

=0.4

面积

恒载

最大活载

最小活载

9.75

1.000

9.750

189.50

131.06

34.58

1/8

7.3125

-0.125

-0.152

0.875

7.465

142.13

110.35

13.88

1/4

4.875

-0.250

-0.609

0.750

5.484

94.75

89.65

-6.83

3/8

2.4375

-0.375

-1.371

0.625

3.809

47.38

68.94

-27.53

1/2

-0.500

-2.438

0.500

2.438

48.24

-48.24

3.1.2承载力极限状态计算时作用效应组合

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）4·

1·

6条规定：

按承载力极限状态计算时采用的基本组合为永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：

跨中截面设计弯矩

支点截面设计剪力

其截面的弯矩作用效应组合分别如下表3-1-2-1所示：

表3-1-2-1弯矩作用效应组合表

一期荷载

二期荷载

可变荷载

最大弯矩组合

最小弯矩组合

1.2

1.4

1.0

433.77

259.09

1,420

831

578.36

345.46

1,893

1,109

3/4

1

由上表可得该梁的弯矩包络图如下：

图3-1-2-1弯矩包络图（单位：

kN.m）

其截面的剪力作用效应组合分别如下表3-1-3-2所示：

表3-1-1-3-2剪力作用效应组合表

最大剪力组合

最小剪力组合

411

227

110.89

-12.60

326

153

91.81

-26.28

242

77

3/3

73.81

-41.04

160

-1

56.88

-56.88

80

-80

5/8

-47.38

41.04

-73.81

-160

-94.75

26.28

-91.81

-77

-242

7/8

-142.13

12.60

-110.89

-153

-326

-189.50

-131.06

-227

-411

由上表可得该梁的剪力包络图如下图3-1-2-2所示：

图3-1-3-2剪力包络图（单位：

kM）

3.1.3正常使用极限状态设计时作用效应组合

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）4·

7条规定：

公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，分别采用不同效应组合

1）作用效应短期组合

作用效应短期组合为永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合，其效应组合表达式为：

2）作用长期效应组合

作用长期效应组合为永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：

3.2主梁正截面承载力计算

3.2.1配筋计算

1）翼缘板的计算宽度

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第4·

2·

2条规定：

T形截面受弯构件位于受压区的翼缘计算宽度，应按下列三者中最小值取用。

翼缘板的平均厚度h′f=（120+1800）/2=150mm

①对于简支梁为计算跨径的1/3。

b′f=L/3=19500/3=6500mm

②相邻两梁轴线间的距离。

b′f=1600mm

③b+2bh+12h′f，此处b为梁的腹板宽，bh为承托长度，h′f为不计承托的翼缘厚度。

b′f=b+12h′f=200+2×

0+12×

150=2000mm

故取b′f=1600mm

2）判断T形截面的类型

设as=30+0.7×

1500=135mm，h0=h－as=1500－135=1365mm；

故属于第一类T形截面。

3）求受拉钢筋的面积As

可得：

解得：

4）求受拉钢筋的面积As

拟采用828+420的钢筋，As=3927+1256=5183mm2。

钢筋叠高层数为6层，布置如图所示。

混凝土保护层厚度取40mm，钢筋间横向净距

故满足构造要求。

其配筋图如图3-2-1-4所示：

180

120

6

2

3

5

4

7

（焊接）

图3-2-1-4纵筋配筋图（单位：

3.2.2正截面抗弯承载力复核

1）跨中截面含筋率验算

故h0=h－as=1500－116=1384mm。

则其配筋率为：

由于，故为第一类T形截面。

3）求受压区的高度x

4）正截面抗弯承载力Mu

故跨中正截面抗弯承载力满足要求。

3.3主梁斜截面承载力计算

3.3.1截面尺寸复核

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第9·

3·

10条规定：

在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根并不少于总数1/5的下层受拉的主筋通过。

初步拟定梁底225的主筋伸入支座。

支点截面的有效高度

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第5·

9条：

矩形、T形和工字形截面受弯构件，其抗剪截面应符合要求。

有：

故截面尺寸符合要求。

3.3.2检查是否需要按计算设置腹筋

10条：

矩形、T形和工字形截面受弯构件，符合下列条件时

可不进行斜截面抗剪承载力计算，而仅按构造要求配置箍筋。

跨中截面：

支座截面：

故跨中截面部分可按构造配置箍筋，其余区段按计算配置腹筋。

3.3.3最大设计剪力及设计剪力分配

1）确定构造配置箍筋长度

在图3-1-3-2所示的剪力包络图中，支点处计算值，跨中处剪力计算值。

则的截面距跨中截面的距离：

在距跨中范围内可按构造配置最低数量的箍筋。

2）计算最大剪力和剪力分配

11条：

最大剪力取用距支座中心h/2处截面的数值，并按混凝土和箍筋共同承担不少于60%；

弯起钢筋承担不超过40%，并且用水平线将剪力设计值包络图分割为两部分。

距支座中心h/2处截面剪力

混凝土和箍筋承担的剪力

弯起钢筋承担的剪力

简支梁剪力包络图取为斜直线。

即：

设置弯起钢筋区长度：

剪力分配见图3-3-3-2所示。

9750

750

4543

3310

1147

411kN

385.54kN

154.22kN

231.32kN

80kN

192.38kN

图3-3-3-2剪力分配图

3.3.4箍筋设计

13条：

钢筋混凝土梁应设置直径不小于8mm或1/4主筋直径的箍筋。

现初步选用φ8的双肢箍筋，n＝2；

Asv=nAsv1＝2×

50.3＝100.6mm2。

在等截面钢筋混凝土简支梁中，箍筋尽量做到等距离布置。

为方便计算，斜截面内纵筋配筋百分率及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，计算如下：

箍筋间距按下列公式计算：

箍筋间距不应大于梁高的1/2且不大于400mm。

在支座中心向跨径方向长度相当于不小于一倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。

其配筋率ρsv，R235钢筋不应小于0.18。

现取取此时，箍筋配筋率，故不满足规范要求。

现取计算的箍筋配筋率，且小于和400mm。

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1500mm范围内，设计箍筋间距，尔后至跨中截面统一的箍筋间距取。

3.3.5弯起钢筋及斜筋设计

计算第一排弯起钢筋Asb1时，对于简支梁和连续梁近边支点梁段，取用距支点中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值Vsb1；

首先，计算各排弯起钢筋起点截面的垂直距离（右图）以及至支座中心距离，计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋Asb2…Asbi时，取用前一排弯起钢筋下面弯点处由弯起钢筋承担的那部分剪力Vsb2…Vsbi。

一排弯起钢筋截面积按下列公式计算：

需设置弯起钢筋的区段长度（距支座中心）

初步拟定架立钢筋为222，净保护层为42.9mm，则架立钢筋底面至梁顶的距离为42.9+25.1=68mm

弯起钢筋的弯起角度为，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。

拟弯五排钢筋。

1）第一排弯起钢筋

第一排弯起钢筋的最大剪力：

第一排弯起钢筋的面积为：

（初步拟定为25）

初步选用由主筋弯起225，Asb1＝982mm2。

第一排弯起钢筋的水平投影长度为lsb1：

第一排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：

第一排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：

2）第二排弯起钢筋

第二排弯起钢筋的最大剪力：

第二排弯起钢筋的面积：

初步选用由主筋弯起225，Asb2＝982mm2。

第二排弯起钢筋的水平投影长度为lsb2：

第二排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：

第二排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：

3）第三排弯起钢筋

第三排弯起钢筋的最大剪力：

第三排弯起钢筋的面积：

初步选用由主筋弯起225，Asb3＝982mm2。

第三排弯起钢筋的水平投影长度为lsb3：

第三排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：

第三排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：

4）第四排弯起钢筋

第四排弯起钢筋最大剪力：

第四排弯起钢筋的面积：

（初步拟定直径20）

初步选用由主筋弯起220，Asb4＝628mm2。

第四排弯起钢筋的水平投影长度为lsb4：

第四排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：

第四排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：

5）第五排弯起钢筋

第五排弯起钢筋的水平投影长度为lsb5：

第五排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心的距离为：

第五排弯起钢筋弯起点至支座中心的距离为：

故第五排不需要再设置弯起钢筋。

按照抗剪计算初步布置弯起钢筋如图3-3-4-5所示。

架立钢筋

h=1500

40

68

2N1

2N2

2N3

2N4

2N5

2N6

图3-3-5腹筋布置图

3.4全梁承载力校核

3.4.1正截面和斜截面抗弯承载力校核

简支梁弯矩包络图近似取为二次物线：

各弯起钢筋计算列于下表

弯起点

弯起钢筋的水平投影长度mm

1335

1307

1278

1250

弯起点距支座中心的距离mm

2642

3920

5170

弯起点距跨中的距离mm

8415

7108

5830

4580

分配的设计剪力Vsbi（KN）

154.22

134.36

89.99

46.61

需要的弯筋面积mm2

1038

905

606

314

可提供的弯筋面积mm2

225

220

982

628

弯筋与梁轴交点到支座中心距离mm

668

2003

4588

弯筋与梁轴交点到跨中距离mm

9082

7747

6440

5162

各排钢筋弯起后，相应的梁的正截面抗弯承载力计算如下表：

图3-4-1正截面抗弯承载力计算

梁的区段

截面纵筋

有效高度

T形截面

类型

受压区高度

抗弯承载力

Mu（kN.m）

支座中心至1点

1446

第一类

12

395.83

1点~2点

425

1432

25

780.42

2点~3点

625

1417

37

1153.39

3点~4点

825

1403

50

1515.52

4点~N1截断处

825+220

1394

58

1740.82

N1截断处~梁跨中

825+420

1384

66

1960.73

图3-4-1-1梁的弯矩包络图和抵抗弯矩图

受拉区弯起钢筋的弯起点，应设在按正截面抗弯承载力计算充分利用该钢筋强度的截面以外不小于h0/2处，弯起钢筋可在按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋截面面积之前弯起，但弯起钢筋与梁中心线的交点（距支座5838mm）应位于按计算不需要该钢筋的截面（距支座5293mm）之外。

最后

正截面抗弯承载力及斜截面抗弯承载力校核见图3-4-1。

图3-4-1梁的弯矩包络图和抵抗弯矩图

1）第一排弯起钢筋（2N2）

该排钢筋的充分利用点m的横坐标为7475mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为8415mm，说明弯起点位于充分利用点左边，且两点之间的距离为8415－7475=940mm>

h0/2=1432/2=716mm，满足斜截面抗弯承载力要求。

该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为9082mm大于该排钢筋的理论不需要点n的横坐标8671mm，说明梁的正截面承载力亦满足要求。

2）第二排弯起钢筋（2N3）

该排钢筋的充分利用点l的横坐标为6094mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为7108mm，说明弯起点位于充分利用点左边，且两点之间的距离为7108－6094=1014mm>

h0/2=1417/2=708.5mm，满足斜截面抗弯承载力要求。

该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为7747mm大于该排钢筋的理论不需要点m的横坐标7475mm，说明梁的正截面承载力亦满足要求。

3）第三排弯起钢筋（2N4）

该排钢筋的充分利用点k的横坐标为4354mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为5830mm，说明弯起点位于充分利用点左边，且两点之间的距离为5830－4354=1478mm>

h0/2=1403/2=701.5mm，满足斜截面抗弯承载力要求。

该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为6440mm大于该排钢筋的理论不需要点l的横坐标6094mm，说明梁的正截面承载力亦满足要求。

4）第四排弯起钢筋（2N5）

该排钢筋的充分利用点j的横坐标为2764mm，而该排钢筋的弯起点的横坐标为4580mm，说明弯起点位于充分利用点左边，且两点之间的距离为4580－2764=1816mm>

h0/2=1394/2=697mm，满足斜截面抗弯承载力要求。

该排弯起钢筋与梁轴线交点的横坐标为5162mm大于该排钢筋的理论不需要点k的横坐标4354mm，说明梁的正截面承载力亦满足要求。

经上述分析判断可知，初步确定的弯起钢筋的弯起点位置的正截面抗弯承载力和斜截面承载力均满足要求。

简支梁第一排弯起钢筋的末端弯折起点应位于支座中心截面处，以后各排弯起钢筋的末端弯折点应落在或超过前一排弯起钢筋弯起点截面。

同时，为了节约钢筋，从而达到安全、经济、合理，应使抵抗弯矩图更接近于设计弯矩图。

上述2N1、2N2、2N3和2N4钢筋弯起点形成的抵抗弯矩图都接近于弯矩包络图，其弯起钢筋弯起点的横坐标与充分利用点的横坐标的差，故不需进行弯起钢筋的