混凝土结构设计原理汇总.docx

混凝土结构设计原理汇总.docx

《混凝土结构设计原理汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构设计原理汇总.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

混凝土结构设计原理汇总

现浇钢筋混凝土简支箱形梁主梁设计

一、设计资料

1.设计荷载

汽车等级:

公路Ⅱ级。

二期恒载：

15kN/m。

结构重要性系数1.0。

2.材料规格

混凝土：

C30~C40。

主筋：

采用HRB400级钢筋；直径小于12mm采用HPB300级钢筋。

3.设计规范

《公路桥涵施工技术规范》（2004）

《公路桥涵设计通用规范》（2015）

4.跨径与梁高

学号

标准跨径

梁长

计算跨径

桥宽B

29

20

Lb-0.04=19.96

Lb-0.4=19.6

7.0

表1.跨径与梁高（单位：

m）

二、设计内容

1.截面尺寸拟定

2.内力组合

3.正截面承载力计算（选择钢筋并复核截面强度）

4.斜截面承载力配筋设计

5.裂缝及变形计算

6.钢筋配置原则及耐久性设计

7.绘制钢筋图，编制工程数量表（2张以上A3图纸）

三、设计内容

正文内容：

三号仿宋字+TimesNewRoman

标题三号加粗

行间距：

1.5倍字符

四、时间安排

课程设计时间为：

第19周

19.5m跨现浇钢筋混凝土简支箱梁主梁设计

设计任务书

第一章截面尺寸拟定

1.1截面尺寸拟定

箱形截面具有良好的抗弯和抗扭特性，箱形截面的顶板和底板是结构提供抗弯能力的主要部位，箱梁腹板主要承受结构的弯曲剪应力以及扭转剪应力引起的主拉应力。

广泛应用于桥梁建设。

普通钢筋混凝土箱梁可应用于10~30m跨径。

预应力混凝土箱梁为大跨度梁桥中主要断面形式，预应力混凝土梁桥从30m~300m均大量应用箱形截面。

本次设计的现浇钢筋混凝土简支箱梁跨度为19.5m，桥宽7.0m。

汽车等级:

公路Ⅱ级，二期恒载：

15kNm。

根据一般普通钢筋混凝土梁的高跨比为（1/16~1/10），本次设计取梁高为1.5m，相当于跨径的1/13。

箱梁悬臂长1.5m，底板宽4m。

顶板厚度取25cm，底板厚度22cm，腹板厚度取45cm。

箱梁悬臂端高20cm，箱梁悬臂端根部为45cm。

腹板与底板之间设置加掖，尺寸为10cm×10cm；腹板与顶板之间设置加掖，尺寸为10cm×60cm。

全桥在纵向上采用一个截面。

箱梁的断面构造图如图1。

图1箱梁的断面构造图

第2章内力组合

一.简支梁跨中处弯矩效应

1、恒载效应

根据《公路通规》规定，按体积计算的含筋量：

小于2%时，采用25kN/m3；等于或大于2%时，可采用26kN/m3。

计算中取混凝土容重为26kN/m3。

箱梁截面为4.102m2，主梁自重：

q1k=4.102m2×26kN/m3=106.7kN/m

二期恒载q1ak=15kN/m

跨中恒载弯矩：

MGk=（q1k+q1ak）×l02/8=（106.7+15）×19.102/8=5549.7kN·m

2、汽车效应

公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为qK=10.5kN/m，公路—Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qK按公路—Ⅰ级车道荷载的0.75倍采用，即为qQ1k=10.5×0.75=7.875kN/m

单车道跨中弯矩汽车效应均布荷载部分：

qQ1k×l02/8=7.875×19.12/8=359.2kN·m

集中荷载标准值：

PK=2×（l0+130）=2×（19.1+130）=298.2kN

单车道跨中弯矩汽车效应集中力荷载部分弯矩：

PKl0/4=298.2×19.1/4=1424.0kN·m

跨中两车道弯矩汽车效应：

MQ1k=2×（359.2+1424.0）=3566.4kN·m

3、荷载组合

基本组合：

Sud=γ0（1.2MGk+1.4MQ1k）

=1.0×（1.2×5549.7+1.4×3566.4）=11652.6kN·m

频遇组合：

Sfd=γ0（MGk+0.7MQ1k）

=1.0×（5549.7+0.7×3566.4）=8046.2kN·m

准永久组合：

Sqd=γ0（MGk+0.4MQ1k）=1.0×（5549.7+0.4×3566.4）=6976.26kN·m

二.简支梁支座处剪力效应

设计中，相关剪力组合的验算内容有斜截面抗剪设计，为基本组合。

因而计算剪力效应组合时，仅作基本组合。

（1）恒载效应

主梁自重：

q1k=106.7kN/m，二期恒载：

q1ak=15kN/m，q1=106.7+15=121.7kN/m。

在支座处的剪力值为：

V0，q1=VL，q1=121.7×19.6/2=1162.3kN

在跨中处的剪力值为：

VL/2，q1=0kN

（2）汽车效应

单车道荷载的均布荷载标准值：

qQ1k=7.875kN/m

单车道荷载的均布荷载标准值在支座处的剪力值为：

V0，qQ1k=VL，qQ1k=7.875×19.1/2=75.3kN

单车道荷载的均布荷载标准值在跨中处的剪力值为：

VL/2，qQ1k=0kN

集中荷载标准值：

Pk=299.6kN，计算剪力时集中荷载标准值需乘上1.2的系数。

单车道荷载的均布荷载标准值在支座处的剪力值为：

V0，Pk=VL，Pk=1.2×299.6=359.52kN

单车道荷载的均布荷载标准值在跨中处的剪力值为：

VL/2，Pk=1.2×299.6/2=179.8kN

（3）各种效应基本组合

双车道在支座处的剪力值的基本组合为：

V0=VL=1.2V0，q1+1.4×2×（V0，qQ1k+V0，Pk）

=1.2×1158.5+1.4×2×（75.3+357.84）=2603.0kN

双车道在跨中处的剪力值的基本组合为：

V0=VL=1.2VL/2，q1+1.4×2×（VL/2，qQ1k+VL/2，Pk）=501.0kN

由以上计算支点及跨中剪力值，剪力方程为：

（5）设计截面剪力设计值

计算中，取h/2处进行抗剪承载力验算截面。

采用简化计算方法，将计算投影取c=h0，即Vd取（h/2+h0）=2.930m处对应的剪力值。

三.箱梁有效宽度计算

梁高h=150cm，b1=b4=150cm，b2=b3=b5=b6=155cm，未满足h≥bi/0.3的条件，需进行翼缘有效宽度的计算。

（1）bm1、bm4：

ρf1=-6.44（bi/li）4+10.10（bi/li）3-3.56（bi/li）2-1.44（bi/li）+1.08

=-6.44×（150/1910）4+10.10×（150/1910）3-3.56×（150/1910）2-1.44×（150/1910）+1.08=0.950

b1=b4=150×0.950=147.25cm。

（2）bm2、bm3、bm5、bm6

ρf=-6.44（bi/li）4+10.10（bi/li）3-3.56（bi/li）2-1.44（bi/li）+1.08

=-6.44×（155/1910）4+10.10×（155/1910）3-3.56×（155/1910）2-1.44×（155/1910）+1.08=0.945

b2=b3=b2=b3=155×0.945=146.48cm。

（3）上缘有效宽度：

b'f=bm1+b+bm2+bm3+b+bm4=147.25+45+146.48+146.48+45

+147.25=677.5cm。

（4）下缘有效宽度：

bf=b+bm5+bm6+b=45+146.48+146.48+45=383.0cm。

四.抗弯计算

采用C40混凝土和HRB400级钢筋。

在腹板处布置3排骨架钢筋，钢筋为ϕ32。

底板有效宽度范围内为一排受弯钢筋10ϕ32，有效宽度范围外为15ϕ32。

设置ϕ12箍筋，在距支座2h范围内，箍筋间距sv=100mm；其他范围按照箍筋间距sv=200mm布置。

箱梁断面配筋如图2.

图2简支箱梁跨中断面有效翼缘（尺寸：

cm）

图3箱梁配筋断面（单位：

cm）

由设计图可知，受拉主筋共76ϕ32，不考虑受压区钢筋的贡献，求截面受压区高度x，受拉钢筋重心高度：

则h0=1800-70.56=1429.5mm

，小于翼缘及顶板的平均厚度且小于ξb×h0=0.53×1429.5=757.7mm，满足受压区高度的要求，为适筋梁。

该梁的极限抗弯承载力Mu：

求得该梁的极限抗弯承载力

Mu=13173.8kN·m>γ0Md=11652.6kN·m

可满足设计要求。

五.裂缝宽度验算

C1为钢筋表面形状系数，对带肋钢筋，取C1=1.0；

由题，Ms=8046.2kN·m，Ml=6976.26kN·m，C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×6976.26/8046.2=1.44；

构件为梁式受弯构件，C3=1.0；截面配置有配置HRB400钢筋76C32，纵向受拉钢筋的有效配筋率ρte：

钢筋应力：

查附表8得，C32的钢筋外径为35.8mm，得c=60-35.8/2=42.1mm。

因受拉钢筋为焊接钢筋骨架，所以钢筋直径d在计算裂缝宽度限值时需要乘以1.3的系数。

则裂缝宽度为：

所计算得裂缝宽度小于规范规定的裂缝宽度限值，可满足要求。

六.抗剪计算

《公路桥规》规定，在进行斜截面抗剪承载力复核时，简支梁复合截面应按照下列规定选取：

距支座中心h/2处截面，受拉区弯起钢筋弯起点处截面，锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面，箍筋数量或间距改变处的截面等。

在本设计中选取距支点h/2处进行斜截面抗剪承载力复核。

由以上计算可知，γ0Vd=2604.8kN。

图4箱梁配筋断面（单位：

cm）

（1）验算截面是否满足抗剪要求

其中，fcu,k=40MPa，b=900mm，h0=1429.5mm，

抗剪截面满足要求。

（2）验算截面是否构造配筋即可

对γ0Vd与0.5×10-3α2ftdbh0的大小关系进行比较，如

γ0Vd＞0.5×10-3α2ftdbh0，则需进行抗剪设计配筋；如

γ0Vd≤0.5×10-3α2ftdbh0，则进行构造配筋即可。

由题得，α2=1.0，ftd=1.65MPa，

以上计算表明，截面尺寸大小满足抗剪要求，但需要进行抗剪配筋设计计算。

（3）斜截面抗剪计算

混凝土和箍筋抗剪承载力Vcs为：

其中，α1=1.0，α2=1.0，α3=1.1，

在验算位置处，通过的纵向钢筋为60C32，对应的配筋率P：

，大于2，取配筋率P=2。

箍筋配筋率ρsv：

符合箍筋配置规定。

弯起钢筋抗剪承载力Vsb为：

在c长度内，有一排8根斜钢筋，Asb=6434mm2，

抗剪满足要求。

七．挠度验算

1、箱型梁换算截面的惯性矩几何特性

（1）箱型截面的类型判别

箱梁截面的受压区高度可按T型截面进计算，过程如下：

故梁的跨中截面为第二类T形截面。

（2）开裂截面的换算截面（第二类T形截面）

开裂截面的换算截面惯性矩Icr为

=497127.5×106mm4

（3）全截面的换算截面

通过计算机电算求得全截面换算截面的惯性矩I0=3×1012mm4，全截面中性轴高度x=806mm（距上缘）。

2、抗弯刚度计算

开裂截面抗弯刚度：

Bcr=EcIcr=3.0×104×497127.5×106=149.2×1014Nmm2

全截面抗弯刚度：

B0=0.95EcI0=0.95×3.0×104×3×1012=855×1014Nmm2

（1）开裂弯矩Mcr计算

全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为

全截面换算截面的面积矩为

（2）塑性影响系数γ为

开裂弯矩：

计算变形时的抗弯刚度：

（3）受弯构件跨中处的长期挠度值

对ϕ40混凝土，挠度长期增长系数ηθ=1.45。

受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为

挠度满足规范规定要求。

（4）预拱度设置

在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下梁跨中处产生的长期挠度为：

故跨中截面不需设置预拱度。