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最大设计剪力及设计剪力分配
⑴确定构造配置箍筋长度
l1=
在距跨中l1范围内可按构造配置最低数量的箍筋。
⑵计算最大剪力和剪力分配
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5·2·11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
Vcs=0.6V'd=
弯起钢筋承担的剪力
Vsb=0.4V'd=
简支梁剪力包络图取为斜直线。
即:
剪力分配见图2所示。
§3.4箍筋设计
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5·2·11条:
箍筋间距按下列公式计算:
p中=100ρ中=>2.5,取p中=2.5
p支=100ρ支=<2.5
p平=(p中+p支)/2=
h0平=(h0中+h0支)/2=
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9·3·13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。
其配筋率ρsv,R235钢筋不应小于0.18%,
现初步选用的双肢箍筋,n=2;Asv1=mm2。
Asv=nAsv1=mm2
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9·3·13条:
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。
近梁端第一根箍筋应设置在距端面一个混凝土保护层距离处。
梁和梁或梁和柱的交接范围内可不设箍筋;靠近交接面的一根箍筋,其和交接面的距离不宜大于50mm。
现取跨中部分箍筋的间距为mm,跨中部分长度为mm。
梁端加密段长度为mm,加密段箍筋间距为mm,梁端第一根箍筋距端面为mm,第一根箍筋和第二根箍筋间的距离为mm。
配箍率验算
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第9·3·13条R235钢筋最小配箍率的要求。
§3.5弯起钢筋及斜筋设计
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5·2·11条:
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;
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,净保护层为9mm,则架立钢筋底面至梁顶的距离为
第一排弯起钢筋的面积为:
(初步拟定为)
初步选用由主筋弯起,Asb1=mm2。
第一排弯起钢筋的水平投影长度为lsb1:
lsb1=
第一排弯起钢筋和梁轴线交点距支座中心的距离为:
第一排弯起钢筋弯起点的剪力
第二排弯起钢筋的面积:
(初步拟定为)
初步选用由主筋弯起,Asb2=mm2。
第二排弯起钢筋的水平投影长度为lsb2:
lsb2=
第二排弯起钢筋和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:
第二排弯起钢筋弯起点的剪力
第三排弯起钢筋的面积:
(初步拟定为)
初步选用由主筋弯起,Asb3=mm2。
第三排弯起钢筋的水平投影长度为lsb3:
lsb3=
第三排弯起钢筋和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:
第三排弯起钢筋弯起点的剪力
第四排弯起钢筋的面积:
(初步拟定直径)
初步选用由主筋弯起,Asb4=mm2。
第四排弯起钢筋的水平投影长度为lsb4:
lsb4=
第四排弯起钢筋和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:
第四排弯起钢筋弯起点的剪力
第五排弯起钢筋的面积:
(初步拟定直径)
初步选用由主筋弯起,Asb5=mm2。
第五排弯起钢筋的水平投影长度为lsb5:
第五排弯起钢筋和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4所示。
第4章全梁承载力校核
§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
1
2
3
4
5
弯起钢筋的水平投影长度mm
弯起点距支座中心的距离mm
弯起点距跨中的距离mm
分配的设计剪力Vsbi(KN)
需要的弯筋面积mm2
可提供的弯筋面积mm2
弯筋和梁轴交点到支座中心距离mm
弯筋和梁轴交点到跨中距离mm
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:
梁的区段
截面纵筋
有效高度
h0(mm)
T形截面
类型
受压区高度
x(mm)
抗弯承载力
Mu(kN-m)
支座中心至1点
1点~2点
2点~3点
3点~4点
4点~5点
5点~跨中
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9·3·11条:
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,但弯起钢筋和梁中心线的交点应位于按计算不需要该钢筋的截面之外。
正截面抗弯承载力及斜截面抗弯承载力校核见图5。
第一排弯起钢筋(2N2)
该排钢筋的充分利用点的横坐标为mm,而该排钢筋的弯起点的横坐标为mm,说明弯起点位于充分利用点左边,且两点之间的距离为mm>h0/2=mm,满足斜截面抗弯承载力要求。
该排弯起钢筋和梁轴线交点的横坐标为mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标mm,说明梁的正截面承载力亦满足要求。
第二排弯起钢筋(2N3)
该排钢筋的充分利用点的横坐标为mm,而该排钢筋的弯起点的横坐标为mm,说明弯起点位于充分利用点左边,且两点之间的距离为mm>h0/2=mm,满足斜截面抗弯承载力要求。
该排弯起钢筋和梁轴线交点的横坐标为mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标mm,说明梁的正截面承载力亦满足要求。
第三排弯起钢筋(2N4)
该排钢筋的充分利用点的横坐标为mm,而该排钢筋的弯起点的横坐标为mm,说明弯起点位于充分利用点左边,且两点之间的距离为mm>h0/2=mm,满足斜截面抗弯承载力要求。
该排弯起钢筋和梁轴线交点的横坐标为mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标mm,说明梁的正截面承载力亦满足要求。
第四排弯起钢筋(2N5)
该排钢筋的充分利用点的横坐标为mm,而该排钢筋的弯起点的横坐标为mm,说明弯起点位于充分利用点左边,且两点之间的距离为mm>h0/2=mm,满足斜截面抗弯承载力要求。
该排弯起钢筋和梁轴线交点的横坐标为mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标mm,说明梁的正截面承载力亦满足要求。
第五排弯起钢筋(2N6)
该排钢筋的充分利用点的横坐标为,而该排钢筋的弯起点的横坐标为mm,说明弯起点位于充分利用点左边,且两点之间的距离为mm>h0/2=mm,满足斜截面抗弯承载力要求。
该排弯起钢筋和梁轴线交点的横坐标为mm大于该排钢筋的理论不需要点的横坐标mm,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。
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9·3·11条:
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。
拟作如下调整:
弯起钢筋调整表
编号
理论断点
横坐标(mm)
充分利用点
横坐标(mm)
充分利用点+h0/2
横坐标(mm)
原弯起点
横坐标(mm)
拟调弯起点
横坐标(mm)
1
2
3
4
5
6
如图6所示:
跨中部分增设对的斜筋,梁端增设对的斜筋。
号钢筋在跨中部分截断,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9·3·9条:
钢筋混凝上梁内纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断;如需截断时,应从按正截面抗弯承载力计算充分利用该钢筋强度的截面至少延伸(la+h0)长度;同时应考虑从正截面抗弯承载力计算不需要该钢筋的截面至少延伸20d(环氧树脂涂层钢筋25d),该钢筋的截断位置(距跨中)应满足la+h0=mm,同时不小于+20d=mm,本设计取为mm。
§4.2斜截面抗剪承载力复核
⒈斜截面抗剪承载力复核原则
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5·2·7条:
矩形、T形和工字形截面受弯构件,当配有箍筋和弯起钢筋时,其斜截面抗剪承载力验算采用下列公式:
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5·2·8条:
进行斜截面承载力验算时,斜截面水平投影长度C应按下式计算:
C=0.6mh0。
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5·2·6条:
计算受弯构件斜截面杭剪承载力时,其计算位置应按下列规定采用:
⑴距支座中心h/2处截面;
⑵受拉区弯起钢筋弯起点处截面;
⑶锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面;
⑷箍筋数量或间距改变处的截面;
⑸构件腹板宽度变化处的截面。
⒉斜截面抗剪承载力复核
距支座中心h/2处的截面(x=m)
经试算取斜裂缝顶端位置横坐标为m。
Mjx=
Vjx=
m=Mjx/Vjxh0=<3.0
C=0.6mh0=
在此斜截面水平投影长度范围内,同一弯起平面和斜截面相交的弯起钢筋为,Asb=mm2。
配箍率为:
纵筋配筋率为:
(和斜截面相交的纵筋为)
p=100ρ=<2.5
第一排弯起钢筋弯起点处的截面(x=m)
经试算斜裂缝顶端位置横坐标为m。
Mjx=
Vjx=
m=Mjx/Vjxh0=>3.0
取m=3.0
C=0.6mh0=
在此斜截面水平投影长度范围内,同一弯起平面和斜截面相交的弯起钢筋为,Asb=mm2。
配箍率为:
纵筋配筋率为:
(和斜截面相交的纵筋为)
p=100ρ=<2.5
第二排弯起钢筋弯起点处的截面(x=m)
经试算取斜裂缝顶端位置横坐标为m。
Mjx=
Vjx=
m=Mjx/Vjxh0=>3.0
取m=3.0
C=0.6mh0=
在此斜截面水平投影长度范围内,同一弯起平面和斜截面相交的弯起钢筋为,Asb=mm2。
配箍率为:
纵筋配筋率为:
(和斜截面相交的纵筋为)
p=100ρ=<2.5
第三排弯起钢筋弯起点处的截面(x=m)
经试算取斜裂缝顶端位置横坐标为m。
Mjx=
Vjx=
m=Mjx/Vjxh0=>3.0
取m=3.0
C=0.6mh0=
在此斜截面水平投影长度范围内,同一弯起平面和斜截面相交的弯起钢筋为,Asb=mm2。
配箍率为:
纵筋配筋率为:
(和斜截面相交的纵筋为)
p=100ρ=>2.5,取p=2.5
第四排弯起钢筋弯起点处的截面(x=m)
经试算取斜裂缝顶端位置横坐标为m。
Mjx=
Vjx=
m=Mjx/Vjxh0=>3.0
取m=3.0
C=0.6mh0=
在此斜截面水平投影长度范围内,无弯起钢筋。
配箍率为:
纵筋配筋率为:
p=100ρ=>2.5取p=2.5
由于N6钢筋的截断处至跨中,再无弯起钢筋,因此配筋率均相同,截面有效高度亦相同,无需计算斜裂缝的水平投影长度,并且只有混凝土和箍筋承受剪力,该钢筋截断处的剪力为:
Vjx=
其抗剪承载力为:
经前述计算可知,梁的各斜截面抗剪承载力均满足要求。
第5章施工阶段的应力验算
⒈主梁的几何特征值
受压区高度x0:
b′fx20/2=αESAs(h0-x0)
αES=
解得:
x0=mm>h′f=mm
说明为第二类T形截面,重新计算x0。
(b′f-b)h′f(x0-h′f/2)+bx20/2=αESAs(h0-x0)
x0=mm>h′f=mm
开裂截面惯性
Icr=b′fx30/3-(b′f-b)(x0-h′f)3/3+αESAs(h0-x0)2=
⒉正应力验算
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7·2·4条:
钢筋混凝土受弯构件正截面应力按下列公式计算,并应符合下列规定:
受压区混凝土边缘的压应力
受拉钢筋的应力
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)第4·1·10条:
构件在吊装、运输时,构件重力应乘以动力系数1.2或0.85。
跨中截面的计算弯矩为:
Mtk=1.2M1/2=
受压区边缘的应力
最外层受拉钢筋重心处的应力
最下面一层钢筋的应力,净保护层为mm。
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第7·2·4条规定要求。
第6章使用阶段裂缝宽度和变形验算
§6.1使用阶段裂缝宽度验算
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6·4·3条:
矩形、T形截面钢筋混凝土构件其最大裂缝宽度Wfk可按下列公式计算:
⑴纵向受拉钢筋换算直径As的直径
焊接钢筋骨架d=1.3de=1.3×=mm
⑵纵向受拉钢筋配筋率
ρ=As/[bh0+(bf-b)hf]=>0.02,取ρ=0.02。
⑶受拉钢筋在使用荷载作用下钢筋重心处的拉应力
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6·4·4条纵受拉钢筋的应力按下式计算:
σss=Ms/(0.87Ash0)=
⑷短期荷载作用下的最大裂缝宽度
螺纹钢筋C1=1.0;C3=1.0;
C2=1+0.5Nl/Ns=
满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第6·4·2条的要求。
§6.2使用阶段的变形验算
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6·5·1条:
钢筋混凝土受弯构件,在正常使用极限状态下的挠度,可根据给定的构件刚度用结构力学的方法计算。
第6·5·2条:
钢筋混凝土受弯构件的刚度可按下式计算:
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6·5·3条:
受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响,即按荷载短期效应组合计算的挠度值,乘以挠度长期增长系数ηθ。
挠度长期增长系数为ηθ=1.60。
变形计算时,主梁已经安装就位,截面应取翼缘的全宽计算,b′f=1600mm。
⑴开裂截面受压区高度
bx20/2=αESAs(h0-x0)
解得:
x0=mm>h′f=mm
说明为第二类T形截面,重新计算x。
(b′f-b)h′f(x0-h′f/2)+bx20/2=αESAs(h0-x0)
x0=mm>h′f=mm
⑵开裂截面惯性矩
Icr=b′fx3/3-(b′f-b)(x-h′f)3/3+αESAs(h0-x)2
=mm4
⑶全截面受压区高度
⑷全截面惯性矩
I0=b′fx30/3-(b′f-b)(x0-h′f)3/3+b(h-x0)3/3+αESAs(h0-x0)2
=mm4
⑸全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩
S0=bx02/2+(b′f-b)h′f(x0-h′f/2)
=mm3
⑹开裂弯矩
换算截面抗裂边缘的弹性抵抗矩。
W0=I0/(h-x0)=mm3
受拉区塑性影响系数
γ=2S0/W0=
开裂弯矩
Mcr=γftkW0=
⑺开裂构件等效截面的抗弯刚度
全截面的抗弯刚度
B0=0.95EcI0=mm4·N/mm2
开裂截面的抗弯刚度
Bcr=EcIcr=mm4·N/mm2
开裂构件等效截面的抗弯刚度
⑻恒载在跨中截面产生的挠度
⑼可变荷载有频遇值在跨中截面产生的弯矩
MQ=
⑽可变荷载有频遇值在跨中截面产生的挠度
⑾荷载短期效应组合下,消除结构自重产生的长期挠度后梁式桥主梁的最大挠度并考虑荷载长期效应的影响的挠度:
fs=fG+fQ=
fp=ηθ(fs-fG)=<[f]=l/