结构原理设计计算报告书.doc

* * * * * * 本 科 课 程 设 计

结 构 原 理 课 程 设 计
计 算 书

学 院 （系）：土木工程学院
专 业：道路与桥梁
学 生 姓 名：
学 号：
指 导 教 师：
完 成 日 期：.12

目 录
1平面设计内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.1方案比选 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.2所选方案精准计算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
1.3直线、曲线和转角表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
1.4逐桩计算曲线点坐标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
2 纵断面设计内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
2.1中桩地面高程读取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
2.2厘米格坐标纸展绘地面线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7
2.3纵坡设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7
2.4竖曲线计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7
2.5竖曲线计算表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9
2.6中桩设计高程计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3横断面设计内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.1路幅构成、尺寸和横坡拟定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11
3.2中桩横断方向高程读取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11
3.3加宽设计及超高值计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14
3.4路基设计表计算填写．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14
3.5土石方数量计算表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14
3.7视距验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14
结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16参照文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

1 已知设计数据及规定
1.1 计算参数
钢筋混泥土简支梁计算跨径L=24m。T形截面梁尺寸如图1.1，桥梁处在Ⅰ类环境条件，安全级别为二级=1，梁承受均布荷载q=40kn/m.
梁体采用C35混凝土，轴心抗压强度设计值为=16.1MPa，轴心抗拉强度设计值=1.52MPa。主筋采用HRB335钢筋。抗拉强度设计值为=280MPa。
1.2 计算控制截面弯矩组合设计值和剪力组合设计值
跨中截面 ==2880kNm =90kN
1/4跨截面 =2160kNm
支点截面 =0 ==480kN
2 跨中截面纵向受拉钢筋数量和复筋设计
2.1 T形截面受压翼板有效宽度'
简支梁跨径L/3处
由图1.1所示T形梁截面受压翼板厚度尺寸，可得翼板平均厚度'==110mm，'=1/3L=8000mm
b+2+12=1500mm
取两者最小值，故取受压翼板有效宽度为'=1500mm。
2.2 钢筋数量计算
已知预制钢筋混凝土简支T形梁h=1.35m,翼板'=1.5m(预制宽度1.65m)
C35混凝土，HRB335钢筋。I类环境条件，安全级别为二级。跨中=2880kNm
求：配筋（焊接钢筋骨架）计算及截面复核
解：
计算参数=16.1MPa =1.52MPa =280MPa =0.56
=1 M==2880kNm
截面换算，为了计算以便，将图1.1实际T形截面换算成图2.1所示计算截面：'==110mm
截面设计
（1） 因采用是焊接钢筋骨架，故设=30+0.07h=124.5mm 截面有效高度为=1225.6mm
（2） 判断T形截面类型
=3109.43kNm>M=2880kNm 故属于第一类T形截面
（3） 求受压区高度
由=
推出 =101.52mm<'=110mm
（4） 求受拉钢筋面积As
As==8756.1mm2
（5） 选配钢筋
取混凝土厚度为C=34mm>d=32mm 且最小30mm
选832+428 As=8897mm2 钢筋间横净距=180—2×35.8=40.4mm>40mm及1.25d=1.25×32=40mm故满足构造规定。
（6） 少筋验算
=×100%=4.03 %>0.2%及45%=0.24%,不少筋。
（7） 钢筋布置图2.2
截面复核
已知设计受拉钢筋中，832面积为6434mm2,428为2463mm2=280MPa
==134mm
实际有效高度 =1350-134=1216mm
（1） 鉴定T形截面类型
=2.66×103kN
=2.49×103kN 由于
>,故为第一类T形截面
（2） 求受压去高度
==103mm<'=110mm
（3） 正截面抗弯承载里
==2896.64kNm >M=2880kNm
（4）验算少筋
=×100%=4.06% 显然满足不少筋
综上，跨中截面主筋为832+428 ，焊接骨架钢筋层数为6层，纵向钢筋面积为As=8897mm2 钢筋布置图2-3.截面有效高度
=1216mm，抗弯承载力
=2896.64kNm， =2880kNm
3 复筋设计
3.1 截面尺寸检查（上限值验算）
《公路桥规》规定：
在钢筋混凝土梁支点处应当至少有两根且不不大于0.2As=1779.4mm2钢筋穿过支座中心，而432 As=3271mm2，即需要四根穿过支座中心，此时支点截面有效高度为=h-（34+35.8）=1280mm
上限值=695.16kN> =480kN截面尺寸符合规定
3.2 检查与否需要依照计算配箍筋
跨中截面(0.5×10-3)=166.35kN
支座处截面(0.5×10-3)=175.10kN
由于=90kN <(0.5×10-3)< =480kN,因而，在梁跨中某长度范畴内按构造规定选配钢筋，别的段应按计算配备复筋。
3.3 计算剪力分派图（图3-1）
在图3-1所示剪力包络图中，支点处剪力计算值V==480kN，跨中处剪力计算值==90kN
3.3.1 计算按构造布置箍筋区域
==166.35kN,依照3-1图中比例关系可得
=2349mm即在长度内可按构造规定布置箍筋
3.3.2 距支座中心线为处计算剪力值（V'）
由三角形比例计算
=458.06kN
0.6V'=274.84kN 0.4V'=183.22kN
即由混凝土和箍筋承担剪力计算值至少为274.84kN
由弯起钢筋（涉及箍筋）承担剪力值计算值最多为183.22kN
设立弯起钢筋区段长度为=5638mm范畴内，箍筋间距最大为100mm
4 箍筋设计
4.1 箍筋构造规定
取直径为8mm（满足最小8mm和1、4d主=8mm）双肢箍筋，箍筋截面ASV=nASV1=100.6mm2
4.2 计算箍筋间距SV
（1） 计算斜截面内纵向配筋率p，可按近似支座截面跨中截面平均值取用，计算如下：
跨中截面： =4.06>2.5取=2.5,=1216mm
支点截面： =100=1.40 ，取=1280mm
则平均值分别为==1.95，=1248mm
（2） 计算
==353mm
经验算可取=300mm ==0.186%>0.18% 故满足规定。
综上，在支座中心跨径长度方向1350mm内，设计箍筋间距为
=100mm,其他至跨中截面统一采用箍筋间距=300mm.
5 弯起钢筋及斜筋设计
5.1 弯起钢筋构造规定：
计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担那某些剪力值0.4V’。
计算后来每排钢筋时，取用其一排弯起点处由弯起钢筋承担那某些剪力值。
钢筋混凝土梁弯起钢筋普通与梁纵轴线成450 角，弯起钢筋以圆弧弯折，圆弧半径不适当不大于20倍纵筋直径。
5.2.1弯起钢筋几点阐明
设立为焊接钢筋骨架架立钢筋为HRB33522，钢筋重心至受压翼板上边沿距离为=56mm,弯起钢筋弯起角度为450。一方面，计算弯起钢筋上下弯点之间垂直距离，如图弯起钢筋细节图5—1
弯起点1（2N4）
=1350—[（34+35.8×2.5）+（43+25.1+35.8×0.5）]=1141mm
分派剪力值为=0.4V'=183.22kN
需要弯起钢筋为Asb1==1234mm2
可供弯起钢筋为Asb1=1608mm2(232)
钢筋与梁轴交点到支座中心距离
=-[h/2-(c+35.8×2.5)]=589mm
弯起点2（2N3）
=1350—[（34+35.8×3.5）+（43+25.1+35.8×0.5）]=1105mm
分派剪力值为 VSb2=168.08kN
需要弯起钢筋为Asb2= VSb2=1132mm2
可供弯起钢筋为Asb1=1608mm2(232)
钢筋与梁轴交点到支座中心距离
=+-[h/2-(c+35.8×3.5)]=1730mm
弯起点3（2N2）
=1350—[（34+35.8×4+31.6×0.5）+（43+25.1+35.8×0.5）]=1073mm
分派剪力值为 VSb3=132.17kN
需要弯起钢筋为Asb3= VSb3=890mm2
可供弯起钢筋为Asb3=1232mm2(228)
钢筋与梁轴交点到支座中心距离
=++-[h/2-(c+35.8×4+31.6×0.5)]=2837mm
弯起点4（2N1）
=1042mm
分派剪力值为 VSb4=97.30kN
需要弯起钢筋为Asb4= VSb4=655mm2
可供弯起钢筋为Asb3=1232mm2(228)
钢筋与梁轴交点到支座中心距离
=+++-[h/2-(c+35.8×4+31.6×1.5)]=3911mm
将以上所算数据列表计算，如表5-1
弯起点
1
2
3

4

1141
1105
1073
1042
距支座中心距离
1141
2246
3319
4361
分派计算剪力值
183.22
168.08
132.17
97.30
需要弯筋面积（mm）
1234
1132
890
655
可供弯起钢筋面积（mm）
1608
（232）
1608
（232）
1232
（228）
1232
（228）
弯起钢筋与梁轴线交点到支座中心距离
589
1730
2837
3911
表5-1 弯起钢筋计算表
5.3 初步布置弯起钢筋并校核
5.3.1 计算钢筋弯起后各正截面抗弯承载力
（1） 按照计算剪力初步布置弯起钢筋如图5-2
当前按照同步满足梁胯间各正截面和斜截面抗弯规定，拟定弯起钢筋位置。由已知跨中截面弯矩计算值=2880kNm ，支点中心处=0 以跨中为原点水平向左为正方向，做出梁弯矩包络图，在L/4截面处， x=6m,L=24m,=2880kNm
弯矩计算值为=2160kNm 与已知值Ml/4=2160kNm相比完全符合，故可用来描述简支梁弯矩包络图是可行。
（2） 计算相应正截面抗弯承载力
梁区段：支座中心～1点
截面纵筋432 Asb1 =3217mm2
有效高度 =h-as aS1=34+35.8=70mm =1350-70=37mm
受压区高度 x1==37mm
正截面抗弯承载力 Mu1=AS1(h0-x1/2)=1136.31kNm
梁区段：1点～2点
截面纵筋632 Asb2 =4826mm2
有效高度 =h-as aS2=34+35.8×1.5=88mm =1350-88=1262mm
受压区高度 x2==56mm
正截面抗弯承载力 Mu2=AS2(h0-x2/2)=1667.48kNm
梁区段：2点～3点
截面纵筋832 Asb3 =6434mm2
有效高度 =h-as aS3=34+35.8×2=106mm =1350-106=1244mm
受压区高度 x3==75mm
正截面抗弯承载力 Mu3=AS3(h0-x3/2)=2173.53kNm
梁区段：3点～4点
截面纵筋832 +228 Asb4 =7666mm2
有效高度=h-as aS4==120mm =1350-120=1230mm
受压区高度 x4==89mm
正截面抗弯承载力 Mu4=AS4(h0-x4/2)=2544.65kNm
梁区段：4点～梁跨中
截面纵筋832 +428 Asb5 =8897mm2
有效高度=h-as aS5==134mm =1350-134=1216mm
受压区高度 x5==103mm<=110mm
正截面抗弯承载力 Mu5=AS5(h0-x5/2)=2896.64kNm>M=2880kNm
鉴定T形截面类型 =2.66×103kN
=2.49×103kN 由于 >,故为第一类T形截面。易知以上各区域均为第一类T形梁截面。
（3）钢筋弯起后相应正截面抗弯承载力表5-2

梁区段
截面纵筋
有效高度h0
（mm）
T形截面类型
受压区高度xi（mm）
正截面抗弯承载力Mui（mm）
支座中心～1点
4 32
1280
第一类
37
1136.31
1点～2点
6 32
1262
第一类
56
1667.48
2点～3点
8 32
1244
第一类
75
2173.53
3点～4点
8 32+2 28
1230
第一类
89
2544.65
4点～梁跨中
8 32+4 28
1216
第一类
103
2894.64
表5-2
（4） 将表5-2正截面抗弯承载力Mui在图5-2上用各平行直线表达出来，它们与弯矩包络图交点分别为i，j，k，l，m，n，以各 Mui值代入 式
（公式5-1）
可分别求出，xi=0 =4095mm = 5943mm =7786mm =9337mm。
（5）检查弯起点初步位置
第一排弯起钢筋（2N4）
其充分运用点横坐标 =7786mm ，而2N4弯起点1横坐标x1=L/2-1141=10859mm，阐明弯起点1在点左侧，且x1--=3073mm>h0/2(=631mm)。
其不需要点m横坐标 =9337mm，而2N4钢筋与梁中轴线交点1'横坐标x1'(=11411mm)>（=9337mm）,符合规定。
第二排弯起钢筋（2N3）
其充分运用点k横坐标 xk=5943mm ，而2N3弯起点2横坐标x2=L/2-2246=9754mm，阐明弯起点1在k点左侧，且x2--xk=3711mm>h0/2（=622mm）。
其不需要点横坐标 =7786mm，而2N3钢筋与梁中轴线交点2'横坐标x2'(=10270mm)>（=7786mm）,符合规定。
第三排弯起钢筋（2N2）
其充分运用点j横坐标 =4095mm ，而2N2弯起点3横坐标x3=L/2-3319=8681mm，阐明弯起点3在j点左侧，且x3-=4586mm>h0/2（=615mm）。
其不需要点k横坐标 = 5943mm，而2N2钢筋与梁中轴线交点3'横坐标x3'(=9163mm)>（=5943mm）,符合规定。
第四排弯起钢筋（2N1）
其充分运用点i横坐标xi=0 ，而2N1弯起点4横坐标x4=L/2-4361=7639mm，阐明弯起点4在i点左侧，且x4-xi=4586mm>h0/2（=608mm）。
其不需要点j横坐标 =4095mm，而2N1钢筋与梁中轴线交点4'横坐标x4'(=8089mm)>（=4095mm）,符合规定。
综上，钢筋初步布置满足构造规定。
（7） 调节弯起点位置，并增设斜筋。
在图5-2状况下，虽然已经满足构造规定，但是抵抗弯矩图与弯矩包络图之间相差很大，并且为了抗剪规定还需要进一步调节弯起点位置，并依照试算增设斜筋，其中斜筋为2 25，其调节后弯起钢筋和斜筋布置如图5-3。
5.4 斜截面抗剪承载力复核
一方面，做出弯起钢筋和斜筋布置详图5-4，箍筋设计见前述成果。
按照《公路桥规》关于复核斜截面位置规定，本设计需要进行6次截面复核，1处为距支座h/2，1处在箍筋间距变化处，此处取距支座中心1300mm处，4处弯起钢筋弯起点位置，现进行逐个验算：
（1） 距支座中心h/2处截面
选定斜截面顶端位置
由图5-4b）可知距支座中心为h/2处截面横坐标为x=1-675=11325mm,正截面有效高度为h0=1280mm。现取斜截面投影长度c'≈h0=1280mm，那么得到选取斜截面顶端位置A（图5-5），其横坐标为xA=11325-1280=11045mm。
斜截面抗剪承载力复核
A处正截面剪力Vx=VL/2+(V0-VL/2)=416.46kN
=861.96kNm
A处正截面有效高度为h0=1.262m(主筋为632) ，广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为
m==1.64<3,取m=1.64 c=0.6mh0=1.241m
将要复核斜截面如图5-5中所示AA'斜截面（图中虚线位置），斜角
=tan-1(h0/c) ≈45.50
斜截面内纵向受拉主筋有432（2N5+2N6），相应主筋配筋率
P=100=1.4<2.5 取p=1.4
箍筋配筋率==0.186%>(=0.18%)
与斜截面相交弯起钢筋有2N4（232），斜筋有2N7+2N7（225+225）
AA'斜截面抗剪承载力为
+
=807.9kN>=416.46kN
故距支座中心为h/2处斜截面抗剪承载力满足规定。
（2） 箍筋间距变化处截面
选定斜截面顶端位置
由前述可知箍筋间距变化处截面横坐标为x=1-1300=10700mm,正截面有效高度为h0=1262mm。现取斜截面投影长度c'≈h0=1262mm，那么得到选取斜截面顶端位置B（图5-6），其横坐标为xB=10700-1262=9438mm。
斜截面抗剪承载力复核
B处正截面剪力Vx=VL/2+(V0-VL/2)=396.74kN
=1098.48kNm
B处正截面有效高度为h0=1.262m(主筋为632) ，广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为
m==2.19<3,取m=2.19 c=0.6mh0=1.661m
将要复核斜截面如图5-6中所示BB'斜截面（图中虚线位置），斜角
=tan-1(h0/c) ≈37.2 0
斜截面内纵向受拉主筋有432（2N5+2N6），相应主筋配筋率
P=100=1.4<2.5 取p=1.4
箍筋配筋率==0.186%>(=0.18%)
与斜截面相交弯起钢筋有2N4（232），斜筋有2N7+2N7（225+225）
BB'斜截面抗剪承载力为
+
=8827.87kN>=396.74kN
故箍筋间距变化处斜截面抗剪承载力满足规定。
（3） 第一排钢筋弯起点处截面1点
选定斜截面顶端位置
由图5-7可知第一排弯起钢筋处截面横坐标为x=1-1150=10850mm,正截面有效高度为h0=1262mm。现取斜截面投影长度c'≈h0=1262mm，那么得到选取斜截面顶端位置C（图5-7），其横坐标为xC=10850-1262=9588mm。
斜截面抗剪承载力复核
B处正截面剪力Vx=VL/2+(V0-VL/2)=401.61kN
=1041.41kNm
B处正截面有效高度为h0=1.262m(主筋为632) ，广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为
m==2.05<3,取m=2.05 c=0.6mh0=1.552m
将要复核斜截面如图5-6中所示BB'斜截面（图中虚线位置），斜角
=tan-1(h0/c) ≈37.2 0
斜截面内纵向受拉主筋有432（2N5+2N6），相应主筋配筋率
P=100=1.4<2.5 取p=1.4
箍筋配筋率==0.186%>(=0.18%)
与斜截面相交弯起钢筋有2N4（232），斜筋有2N7+2N7（225+225）
BB'斜截面抗剪承载力为
+
=8827.87kN>=396.74kN
故箍筋间距变化处斜截面抗剪承载力满足规定