20m型裝配式梁橋結構設計原理課程設計

1、<p>　　20M裝配式鋼筋混凝土</p><p><b>　　簡支T型梁橋</b></p><p>　　專 業(yè)： 道路與橋梁 </p><p>　　課 程： 《橋梁工程》</p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： xx</p&

2、gt;<p>　　指導教師： xx</p><p>　　完成期限： 2010-xx——201x</p><p>　　裝配式鋼筋混凝土簡支型梁橋xx</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 設計資料1</b></p><p

3、>　　1.1 某公路鋼筋混凝土簡支梁橋主梁結構尺寸1</p><p>　　1.2 計算內(nèi)力1</p><p>　　1.2.1 使用階段的內(nèi)力1</p><p>　　1.2.2 施工階段的內(nèi)力2</p><p><b>　　1.3 材料2</b></p><p><b>　

4、　2 已知數(shù)據(jù)3</b></p><p>　　3 形梁正截面設計4</p><p>　　3.1 正截面設計4</p><p>　　3.1.1有效高度4</p><p>　　3.1.2 判定T形截面類型4</p><p>　　3.1.3 求受壓區(qū)高度4</p><p>

5、;　　3.1.4 求受拉鋼筋面積4</p><p>　　3.2 截面復核5</p><p>　　3.2.1 判定T形截面類型5</p><p>　　3.2.2求受壓區(qū)高度5</p><p>　　3.2.3 正截面抗彎承力5</p><p>　　4 T形梁斜截面設計6</p><p>

6、;　　4.1 腹筋設計6</p><p>　　4.1.1 截面尺寸檢查6</p><p>　　4.1.2檢查是否需要配置箍筋6</p><p>　　4.1.3 計算剪力圖分配6</p><p>　　4.1.4 箍筋設計8</p><p>　　4.1.5 彎起鋼筋及斜筋設計8</p><

7、;p>　　5 全梁校核14</p><p>　　5.1 斜截面抗剪承載力復核15</p><p>　　5.1.1 A處斜截面抗剪承載力復核15</p><p>　　5.1.2所有斜截面抗剪承載力復核16</p><p>　　6 應力、裂縫和變形驗算17</p><p>　　6.1 施工吊裝時的正應力

8、驗算17</p><p>　　6.1.1 梁跨中截面的換算截面慣性矩Icr計算17</p><p>　　6.1.2 正應力驗算18</p><p>　　6.2 使用階段裂縫寬度驗算19</p><p>　　6.2.1 帶肋鋼筋系數(shù)19</p><p>　　6.2.2 鋼筋應力σss的計算20</p&

9、gt;<p>　　6.2.3 換算直徑d的計算20</p><p>　　6.3 使用階段梁跨中撓度的驗算20</p><p>　　6.3.1梁換算截面的慣性矩Icr和I0計算21</p><p>　　6.3.2 計算開裂構件的抗彎剛度22</p><p>　　6.3.3 受彎構件跨中截面處的長期撓度值23</p

10、><p>　　6.3.4預拱度設置23</p><p><b>　　1 設計資料</b></p><p>　　1.1 某公路鋼筋混凝土簡支梁橋主梁結構尺寸</p><p>　　標準跨徑：20.00m；</p><p>　　計算跨徑：19.50m；</p><p>　　主梁全

11、長：19.96m；</p><p>　　梁的截面尺寸如下圖（單位mm）：</p><p>　　學號26~40：梁高h=1500mm。</p><p><b>　　1.2 計算內(nèi)力</b></p><p>　　1.2.1 使用階段的內(nèi)力</p><p>　　跨中截面計算彎矩（標準值）</p&g

12、t;<p>　　結構重力彎矩：M1/2恒＝810.72+5×28=950.72kN－m；</p><p>　　汽車荷載彎矩：M1/2汽＝697.28+5×28=837.28kN－m；（已計入汽車沖擊系數(shù)）。</p><p>　　人群荷載彎矩：M1/2人＝75.08kN－m；</p><p>　　1/4跨截面計算彎矩（設計值）<

13、/p><p>　　Md,1/4＝1867kN－m；（已考慮荷載安全系數(shù)）</p><p><b>　　支點截面彎矩</b></p><p><b>　　Md0=0，</b></p><p>　　支點截面計算剪力（標準值）</p><p>　　結構重力剪力：V恒＝172.75+2.

14、5×28=242.75kN；</p><p>　　汽車荷載剪力：V汽＝165.80+2.5×28=235.80kN；（已計入汽車沖擊系數(shù)）。</p><p>　　人群荷載剪力：V人＝18.60kN；</p><p>　　跨中截面計算剪力（設計值）</p><p>　　Vjm＝76.5kN；（已考慮荷載安全系數(shù)）</p

15、><p>　　主梁使用階段處于一般大氣條件的環(huán)境中。結構安全等級為二級。汽車沖擊系數(shù)，汽車沖擊系數(shù)1+μ＝1.292。</p><p>　　1.2.2 施工階段的內(nèi)力</p><p>　　簡支梁在吊裝時，其吊點設在距梁端a=400mm處，而梁自重在跨中截面的彎矩標準值Mk，1/2=585.90kN—m，吊點的剪力標準值V0=110.75kN。</p>&l

16、t;p><b>　　1.3 材料</b></p><p>　　主筋用HRB335級鋼筋</p><p>　　fsd＝280N/mm2；fsk＝335N/mm2；Es＝2.0×105N/mm2。</p><p>　　箍筋用R235級鋼筋</p><p>　　fsd＝195N/mm2；fsk＝235N/mm2

17、；Es＝2.1×105N/mm2。</p><p>　　構造鋼筋按照規(guī)范要求取用。</p><p>　　采用焊接平面鋼筋骨架</p><p><b>　　混凝土為C30</b></p><p>　　fcd＝13.8N/mm2；fck＝20.1N/mm2；ftd＝1.39N/mm2；</p><

18、;p>　　ftk＝2.01N/mm2；Ec＝3.00×104N/mm2。</p><p><b>　　2 已知數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　由已知可以知道</b></p><p>　　簡支梁控制截面的彎矩組合設計值和剪力組合設計值：</p><p><b>　

19、　跨中截面</b></p><p><b>　　kN </b></p><p>　　1/4跨截面Md,1/4＝1867kN m（已考慮荷載安全系數(shù)）</p><p>　　支點截面 Md0=0，</p><p>　　3 T形梁正截面設計</p><p><b>　　3.1 正

20、截面設計</b></p><p>　　3.1.1 有效高度</p><p>　　因采用焊接鋼筋骨架，故設 30+0.07 0.07h=30+0.07 1500=135mm, 則截面有效高度 </p><p>　　3.1.2 判定T形截面類型</p><p><b>　　kN </b></p>

21、<p><b>　　故為第一類T形梁</b></p><p>　　3.1.3 求受壓區(qū)高度</p><p><b>　　2397.15 </b></p><p>　　得合適解為x=82mm< </p><p>　　3.1.4 求受拉鋼筋面積 </p><p>

22、;　　現(xiàn)選擇鋼筋為 ，截面面積 ，鋼筋疊高層數(shù)為5層，布置如圖1。</p><p>　　混凝土保護層厚度取35mm>d=32mm及30mm,鋼筋間橫向凈距 35-2 35.8=58mm>40mm及1.25d=40mm。故滿足構造要求。</p><p><b>　　3.2 截面復核</b></p><p><b>　　由圖得

23、 </b></p><p><b>　　則實際有郊高度 </b></p><p>　　3.2.1 判定T形截面類型</p><p>　　由于 ，故為第一類T形截面</p><p>　　3.2.2求受壓區(qū)高度</p><p>　　3.2.3 正截面抗彎承力</p><

24、;p><b>　　又 ,故滿足要求。</b></p><p>　　4 T形梁斜截面設計</p><p><b>　　4.1 腹筋設計</b></p><p>　　4.1.1 截面尺寸檢查</p><p>　　根據(jù)構造要求，梁最底層鋼筋 通過支座截面</p><p>　

25、　支點截面有效高度為 .</p><p>　　截面尺寸符合設計要求。</p><p>　　4.1.2 檢查是否需要配置箍筋</p><p><b>　　跨中段截面</b></p><p><b>　　支座截面</b></p><p><b>　　因 ,</b&

26、gt;</p><p>　　故可在梁跨中的某長度范圍內(nèi)按構造配置箍筋，其余區(qū)段應按計算配置腹筋。</p><p>　　4.1.3 計算剪力圖分配</p><p>　　在圖2所示的剪力包絡圖中，支點處剪力計算值 ，跨中處剪力計算值 。</p><p>　　圖 2 計算剪力分配圖(尺寸單位:mm;剪力單位:kN)</p><

27、;p>　　的截面距跨中截面的距離可由剪力包絡圖按比例求得，為</p><p>　　在 長度內(nèi)可按構造要求布置箍筋。</p><p>　　同是，根據(jù)《公路橋規(guī)》規(guī)定，在支座保民線向跨徑長度方向不小于1倍梁高 范圍內(nèi)，箍筋的間距最大為100mm。</p><p>　　距支座中心線為 處的計算剪力值（ ）由剪力包絡圖按比例求得，為</p><p&

28、gt;　　其中應由混凝土和箍筋承擔的剪力計算值至少為 ；應由彎起鋼筋（包括斜筋）承擔的剪力計算值最多為 ，設置彎起鋼筋區(qū)段長度為4127mm</p><p>　　4.1.4 箍筋設計</p><p>　　采用直徑為8mm的雙肢箍筋，箍筋截面積 在等截面箍筋混凝土簡支梁中，箍筋盡量做到等距離布置。為計算簡便，設計箍筋時，式中的斜截面內(nèi)縱筋百分率p及截面有效高度 可近似按支座截面和跨中截面的平

29、均值取用，計算如下：</p><p><b>　　跨中截面 ， </b></p><p><b>　　支點截面 ， </b></p><p><b>　　則平均值為 </b></p><p><b>　　箍筋間距 為</b></p>

30、<p>　　確定箍筋間距 設計值應考慮《公路橋規(guī)》的構造要求。取 , ，且小于 。</p><p>　　綜合上述計算，在支座中心向跨徑長度方向的1500mm內(nèi)，設計箍筋間距 ，然后到跨中截面統(tǒng)一為 。</p><p>　　4.1.5 彎起鋼筋及斜筋設計</p><p>　　設焊接鋼筋骨架的架立鋼筋（HRB335）為 ，鋼筋重心到梁受壓翼板上邊緣距離 &

31、lt;/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。為了得到每對彎起鋼筋分配的剪力，由各排彎起鋼筋的末端折點應落在前一排彎起鋼筋彎起點的構造規(guī)定來得到各排彎起鋼筋的彎起點計算位置，首先要計算彎起鋼筋上、下彎起點之間垂直距離 。</p><p>　　現(xiàn)擬彎起 鋼筋，將計算的各排彎起鋼筋彎起點截面的 以及至支座中心距離 、分配的剪力計算值 、所需的彎起鋼筋面積

32、 值列入。</p><p>　　根據(jù)《公路橋規(guī)》規(guī)定，簡支梁的第一排彎起鋼筋（對支座而言）的末端彎折點應位于支座中心截面處。這時， 為</p><p>　　=1500－[(35+35.8×1.5)+(43+25+35.8×0.5)]=1325mm</p><p>　　彎筋的彎起角為45°，則第一排彎筋（2N5）的彎起點1距支座中心距離為

33、1325mm。彎筋與梁縱軸線交點1′距支座中心距離為</p><p>　　1325－[1500/2－(35+35.8×1.5)]=664mm。</p><p>　　對于第二排彎起鋼筋，可得到</p><p>　　=1500－[(35+35.8×2.5)+(43+25+35.8×0.5)]=1290mm</p><p&

34、gt;　　彎起鋼筋（2N3）的彎起點2距支點中心距離為1325+Δh2=2615mm。</p><p>　　分配給第二排彎起鋼筋的計算剪力值 ，由比例關系計算可得到：</p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　=206.12kN</b></p><p>　　其中，0.4V

35、'=239.49kN；h/2=750mm；設置彎起鋼筋區(qū)段長為4127mm。</p><p>　　所需要的彎起鋼筋面積 為</p><p><b>　　=1388 </b></p><p>　　第二排彎起鋼筋與梁軸線交點 距支座中心距離為</p><p><b>　　2615- </b>&l

36、t;/p><p>　　其余各排彎起鋼筋計算方法同上，計算數(shù)據(jù)如表格1。</p><p><b>　　彎起鋼筋計算表</b></p><p><b>　　表格 1</b></p><p>　　由上表可見，原擬定彎起 鋼筋的彎起點距支座中心距離為5104mm，已大于 ，即在欲設置彎筋區(qū)域長度之外，故暫不參加

37、彎起鋼筋的計算，圖中以截斷 鋼筋表示。但在實際工程中，往往彎起，經(jīng)加強鋼筋施工時的剛度。</p><p>　　圖 3 梁的彎矩彎矩包絡圖與抵抗彎矩圖（尺寸單位:mm;剪力單位:kN）</p><p>　　按照計算剪力初步布置彎起鋼筋如圖2</p><p>　　現(xiàn)在按照同時滿足梁跨間各正截面和斜截面抗彎要求，確定彎起鋼筋的彎起點位置。由已知跨中截面彎矩計算值 ，支

38、點中心處 ，按</p><p>　　做出梁的彎矩包絡圖。在 截面處，因 ， ， ，則彎矩計算值為</p><p>　　與已知值 相比，兩者相對誤差為3.8%，故可以用二次拋物線來描述簡支梁彎矩包絡圖可行的。</p><p>　　各排彎起鋼筋彎起后，相應正截面抗彎承載力 如表格2所示。</p><p>　　鋼筋彎起后相應各正截面抗彎承載力<

39、;/p><p><b>　　表格 1</b></p><p>　　將表格2的正截面抗彎承載力 在圖 2 中用各平行直線表示出來，它們與彎矩包絡圖的交點分別為i、k、…、n，以各 值帶入拋物線方程，可求i、k、…、n得到跨中截面距離 值。</p><p>　　現(xiàn)在以圖 中所示彎起鋼筋彎起點初步位置來逐個檢查是否滿足《公路橋規(guī)》的要求。</p

40、><p><b>　　第一排彎起鋼筋 ：</b></p><p>　　其充分利用點“ ”的橫坐標 ，而 的彎起點1的橫坐標x1=9750-1325=8425mm，說明1點位于k點左邊，且 ，滿足要求。</p><p>　　其不需要點 的橫坐標 ，而 鋼筋與梁中軸線交點 的橫坐標 ，亦滿足要求。</p><p>　　第二排彎起

41、鋼筋（ ）：</p><p>　　其充分利用點“ ”的橫坐標 ，而 的彎起點2的橫坐標 ，且 ，滿足要求。</p><p>　　其不需要點 的橫坐標 ，而2N3鋼筋與梁中軸線交點2'的橫坐標 ，亦滿足要求。</p><p>　　由上述檢查結果可知 所示彎起鋼筋彎起點初步位置滿足要求。</p><p>　　由2N2和2N3鋼筋彎

42、起點形成的抵抗彎矩圖遠大于彎矩包絡圖，故進一步調(diào)整上述彎起鋼筋的彎起點位置，在滿足規(guī)范對彎起鋼筋彎起點要求前提下，使抵抗彎矩圖接近彎矩包絡圖；在彎起鋼筋之間，增設直徑為16mm的斜筋，圖 4即為調(diào)整后主梁彎起鋼筋、斜筋的布置圖。</p><p>　　圖 4 梁彎起鋼筋和斜筋設計布置圖(尺寸單位:mm)</p><p><b>　　5 全梁校核</b><

43、/p><p>　　圖4為梁的彎起鋼筋和斜筋設計示意圖,箍筋設計見前述的結果。</p><p>　　對于鋼筋混凝土簡支梁的,按照公路橋規(guī)要求進行。下面以距支座中心處為 處斜截面承載力復核為例。</p><p>　　選定斜截面頂端位置 圖 5 距支座中心處斜截面抗剪承力計算圖式</p><p>　　由圖5可得到距支座中心 處的

44、截面的橫坐標為 ，正截面有效高度 。現(xiàn)取斜截</p><p>　　面投影長度 ，則得到選擇的斜截面頂端位置A，橫坐標為 。</p><p>　　5.1 斜截面抗剪承載力復核</p><p>　　5.1.1 A處斜截面抗剪承載力復核</p><p>　　A處正截面上的剪力Vx及相應的彎矩Mx計算</p><p>　　A處

45、正截面有效高度h0=1429mm=1.429m（主筋為4Φ32），則實際廣義剪跨比m及斜截面投影長度c分別為</p><p>　　將要復核的斜截面為AA'斜截面，斜角</p><p>　　β=tan-1(h0/c)=tan-1(1.429/1.115)≈52.4°。</p><p>　　斜截面內(nèi)縱向受拉主筋有2Φ32（2N5），相應的主筋配筋率p為

46、</p><p>　　箍筋的配筋率（取Sv=200mm）為：</p><p>　　與斜截面相交的彎起鋼筋有2N4（2Φ32）；斜筋有2組2N6（2Φ16）。</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)按規(guī)定的單位要求代入下式，則得到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計要求。</p><

47、;p>　　5.1.2 所有斜截面抗剪承載力復核</p><p>　　按照上述步驟依次進行斜截面抗剪承載力的校核。計算結果如表格3所示。</p><p>　　斜截面抗剪承載力復核</p><p><b>　　表格3</b></p><p>　　6 應力、裂縫和變形驗算</p><p>　　6

48、.1 施工吊裝時的正應力驗算</p><p>　　根據(jù)吊點位置和主梁自重（看作均布荷載），可以看到在吊點截面處有最大負彎矩，在梁跨中截面有最大正彎矩，均為正應力驗算截面。</p><p>　　6.1.1 梁跨中截面的換算截面慣性矩Icr計算</p><p>　　根據(jù)《公路橋規(guī)》規(guī)定計算得到梁受壓翼板的有效寬度為bf=1600mm，而受壓翼板平均厚度為120mm，有效

49、高度h0=h-as=1500-111=1389mm。</p><p>　　計算跨中截面混凝土受壓區(qū)高度為</p><p>　　故為第二類T型截面。</p><p>　　這時，換算截面受壓區(qū)高度x為：</p><p><b>　　故</b></p><p>　　計算開裂截面的換算截面慣性矩為<

50、/p><p>　　6.1.2 正應力驗算</p><p>　　吊裝時動力系數(shù)為1.2（起吊時主梁超重），跨中截面計算彎矩為 </p><p>　　受壓區(qū)混凝土邊緣正應力為</p><p>　　受拉鋼筋的面積重心處的應力為</p><p>　　最下面一層鋼筋(2Φ32)重心距受壓邊緣高度為 則鋼筋應力為</p>

51、<p>　　驗算結果表明，主梁吊裝時混凝土正應力和鋼筋拉應力均小于規(guī)范限值，可用此吊點位置。</p><p>　　6.2 使用階段裂縫寬度驗算</p><p>　　6.2.1 帶肋鋼筋系數(shù) </p><p>　　荷載短期效應組合彎矩計算值為</p><p>　　荷載長期效應組合彎矩計算值為</p><p>

52、　　6.2.2 鋼筋應力σss的計算</p><p>　　6.2.3 換算直徑d的計算</p><p>　　因為受拉區(qū)采用不同的鋼筋直徑，因此d應取用換算直徑de，則可得到</p><p>　　對于焊接鋼筋骨架d=de=1.3×30.2=39.26mm</p><p>　　縱向受拉鋼筋配筋率ρ的計算</p><p

53、><b>　　取ρ=0.02</b></p><p>　　6.2.4 最大裂縫寬度Wfk的計算</p><p>　　6.3 使用階段梁跨中撓度的驗算</p><p>　　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,</p><p>　　即b'f1=1600mm，而h'f仍為

54、120mm。</p><p>　　6.3.1 梁換算截面的慣性矩Icr和I0計算</p><p>　　對T梁的開裂截面，可得到</p><p>　　故為第二類T型截面。這時，換算截面受壓區(qū)高度x為：</p><p>　　則 </p><p>　　開裂截面的換算截面慣性矩為<

55、;/p><p>　　T梁的全截面換算截面面積為</p><p><b>　　受壓區(qū)高度為</b></p><p><b>　　全截面換算慣性矩為</b></p><p>　　6.3.2 計算開裂構件的抗彎剛度</p><p><b>　　全截面抗彎剛度</b>

56、;</p><p><b>　　開裂截面抗彎剛度</b></p><p>　　全截面換算截面受拉區(qū)邊緣的彈性抵抗矩為</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>　　開裂彎矩</b&

57、gt;</p><p>　　開裂構件的抗彎剛度為</p><p>　　6.3.3 受彎構件跨中截面處的長期撓度值</p><p>　　短期荷載效應組合下跨中截面彎矩標準值 ，結構自重作用下跨中截面彎矩標準值 。對C30混凝土，撓度長期增長系數(shù)。</p><p>　　受彎構件在使用階段的跨中截面的長期撓度值為</p><p&

58、gt;　　在結果自重作用下跨中截面的長期撓度值為</p><p>　　則按可變荷載頻遇值計算的長期撓度值為</p><p>　　符合《公路橋規(guī)》的要求。</p><p>　　6.3.4 預拱度設置</p><p>　　在荷載短期效應組合并考慮荷載長期效應影響下梁跨中處產(chǎn)生的長期撓度為</p><p>　　故跨中截面需要