结构设计原理课程王正设计计算报告书.doc

目　　录
第一章 绪 论 …………………………………………1
§1.1本课程设计重要内容及办法 ……………………………… 1
第二章 构造设计原理课程设计计算书 …………………………… 2
§2.1 拟定截面尺寸，内力计算及组合 ……………………… 2
1.重要技术参数
2.定截面尺寸…………………………………………………… 2
3.恒载计算 ………………………………………………… 3
4.力组共计算 ……………………………………………………… 4
§2.2 承载能力极限状态设计 …………………………………… 5
1). 正截面承载力计算 ……………………………………………5
①.截面设计…………………………………………………………5
②.截面复核…………………………………………………………….
2). 斜截面承载力计算 ……………………………………………8
①.腹筋设计……………………………………………………………
②.斜截面抗剪承载力复核………………………………………
§2.3 正常使用极限状态计算…………………………………… 24
1.施工吊装时应力验算……………………………………
2.裂缝宽度验算…………………………………………………24
3.梁跨中扰度验算 …………………………………………………25
4.预拱度设立 …………………………………………………28

第一章 绪论
§1.1本课程设计重要内容及办法
本课程设计重要内容涉及拟定主梁和横隔梁截面形状和尺寸、承载能力和正常使用极限状态计算以及预拱度设立。拟定主梁和横隔梁形状和尺寸包括拟定尺寸根据、恒载计算和内力计算和组合；承载能力极限状态计算包括正截面承载力计算、斜截面承载力计算；正常使用极限状态计算涉及施工吊装时应力验算、裂缝宽度验算、梁跨中扰度验算、预拱度设立。
在完毕本课题中重要运用了极限状态法，对该T型简支梁做了承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计。通过严格计算和验算，最后做出配筋和布筋图会附在本书之后。
通过本次课程设计，使咱们对构造设计原理这门课有了进一步理解，并掌握了基本设计知识。同步，对设计环节有了基本理解。通过自己亲身实践，深深感受到做设计应当具备严格按照规范来做，考虑要严密仔细。还要对其CAD、Word文档等软件纯熟操作。只有结合各方面，才干做好一种课程设计。
虽然成功做一种课程设计不是一件容易事，但是通过做课程，本人受益匪浅！
混凝土简支梁设计计算书
一、 已知重要技术参数
1、 简支梁跨径19.96m；计算跨径19.5m；
2、 桥地址位于野外普通地区，Ⅰ类环境条件，年平均相对湿度为75%，安全级别为二级；
3、 主梁荷载效应为下表冲击系数为1.083）
主梁荷载效应
荷
载
跨中截面
L/4截面
支点

恒载原则值
771.91
0
578.93
158.34
汽车荷载原则值（未计冲击系数）
700
35
525
180
人群荷载原则值
50
2
37.5
7
注：表中单位：kN(V);m(M)
提示：梁间距为1600mm,预制宽度:1580mm;(C35混凝土)

图一： 20mm钢筋混凝土简支梁尺寸（尺寸单位：mm）
梁体采用C35混凝土，轴心抗压强度设计值=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=280MPa;箍筋采用R235钢筋，直径8mm.
承载能力极限状态计算
简支梁控制截面承载能力极限状态弯矩组合设计值和剪力组合设计值：
跨中截面
=
=1.0(1.2771.91+1.47001.083+0.81.450
=2043.63kNm,
=
=1.20+1.4351.083+0.8×1.4×2
=55.31kN
1/4截面
=
=1.2×578.93+1.4×525×1.083+0.8×1.4×37.5
=1532.72kNm
支点截面
=
=1.0×（1.2×158.34+1.4×180×1.083+0.8×1.4×7）
=493.42 kN
正常使用极限极限状态作用短期效应弯矩组合设计值和剪力组合设计值：
跨中截面
=
=771.91+700×0.7+50×1.0
=1311.91kNm
Vd,1/2=0+35×0.7+2×1.0
=26.5kN
1/4截面
=
=578.93+525×0.7+1.0×37.5
=983.93kNm
支点截面
=
=158.34+180×0.7+1.0×7
=291.73 kN
2）跨中截面纵向受拉钢筋计算
(1)T形截面梁受压翼板有效宽度
由图1所示T形截面受压翼板厚度尺寸，可得翼板平均厚度。则可得到

故取受压翼板有效宽度=1600mm.
2)配筋计算
由已知条件可以查表得到

（1）截面设计
① 因采用是焊接钢筋骨架

则截面有效高度。
② 鉴定T形截面类型：

故属于第一类截面。
a) 求受压区高度
由公式可得到

b) 求受拉钢筋面积
将已知值及x=69mm代入
可得到：
现选用钢筋为
钢筋叠高层数为6层，布置如图所示

混凝土保护层厚度取35mm>d=28mm。
钢筋间横向净距

（2）截面复核
已设计受拉钢筋中，面积为4926，面积为1520，。由右边钢筋布置图可求得，即

则实际有效高度。
① 鉴定T形截面类型
由题意可求得：

由于，故为第一类T形截面。
② 求受压区高度
由公式 求得 即

③ 正截面抗弯承载力
由公式可求得：

又 故截面复核满足规定。
由以上求得纵向受拉钢筋面积为
截面有效高度为
3）腹筋设计
（1）截面尺寸检查
依照构造规定，梁最底层钢筋228通过支座截面，支图三
点截面有效高度为
=h-(35+31.6/2)=1300-50.8=1249mm
(0.51×)=(0.51×)×200×1249
=753.70Kn>(=493.42 Kn)
截面尺寸符合规定
（2）检查与否需要依照计算配备箍筋，截面有效高度=1181mm,跨中段截面：
V=(0.5×)=(0.5×)×1.52×200×1181=179.51Kn
支座截面：
V=(0.5×)=(0.5×)×1.52×200×1249=189.84Kn
因（=109.307）〈(0.5×)〈（=493.42 Kn）
故应配备箍筋，别的区段配备腹筋
（3）计算剪力图分派
在下图中，支点处剪力计算值=493.426Kn
跨中处剪力计算值
=55.31KN

=179.51KN截面距跨中截面距离可由剪力包络图按比例求得，为
=9750×
在长度内可按构造规定布置箍筋。
同步，依照〈〈公路桥规〉〉规定，在支座中心线向跨径长度方向不不大于1倍梁高h=1300mm范畴内，箍筋间距最大为100mm。
距支座中心线为h/2处计算剪力值（）由剪力包络图按比例求得，为

=464.21Kn
其中应由混凝土和箍筋承担剪力计算值至少为0.6=278.53kN;应由弯起钢筋（涉及斜筋）承担剪力计算值最多为0.4=185.68Kn，设立弯起钢筋长度:由，可求出X=4132mm。
(4)箍筋设计
采用直径8mm双肢箍筋，箍筋截面积
在等截面钢筋混凝土简支梁中，箍筋尽量做到等距离布置。为计算简便在按
设计计算箍筋时，式中斜截面内纵筋配筋百分率p及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面平均值取用，计算如下：
跨中截面 =2.73>2.5,取=2.5，=1181mm
支点截面
则平均值分别为 p=
箍筋间距为

=313mm
拟定箍筋间距设计值尚应考虑《公路桥规》构造规定。
若箍筋间距计算值取=250mmh=650及400mm，是满足规范规定。而箍筋配筋率（R235钢筋时），故满足规定。
综合上述计算，在支座中心向跨径长度方向1300mm范畴内，设计箍筋间距=100mm;尔后至跨中截面统一箍筋间距取=250mm。
(5)弯起钢筋及斜筋设计
设焊接钢筋骨架架立钢筋（HRB335）为22，钢筋重心至梁受压翼板上边沿距离=43+=56mm。
弯起钢筋弯起角度为，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为了得到每对弯起钢筋分派剪力，由各排弯起钢筋末端折点应落到前一排弯起钢筋弯起点构造规定来得到各排弯起钢筋弯起点计算位置，一方面要计算弯起弯起钢筋上，下弯点之间垂直距离如下图所示。
图五
现拟弯起N1~N5钢筋，将计算各排弯起钢筋弯起点截面以及至支座中心距离，分派剪力计算值，所需弯起钢筋面积值列入下表

弯起钢筋计算表
弯起点
1
2
3
4
5
(mm)
1134
1102
1071
1045
1033
距支座中心距离（mm）
1134
2236
3307
4352
5385
分派计算剪力值Kn
185.68
163.93
114.41
66.28

需要弯筋面积（）
1039
917
640
371

可提供弯筋面积（）
1232

1232

1232

760

弯筋与梁轴交点到支座
中心距离（mm）
565
1700
2788
3876

依照《公路桥规》规定，简支梁第一排弯起钢筋（对支座而言）末端弯折点应位于支座中心截面处。这时，为
=1300-[（35+36.1×1.5）+（43+25.1+31.6×0.5）]
=1134mm
弯起弯起角为，则第一排弯筋（2N5）弯起点1距支座中心距离为1134mm。弯筋与梁纵轴线交点距支座中心距离为1134-[1300/2-（35+31.6×1.5）]=566.4mm
对于第二排弯起钢筋，可得到
=1300-[（35+31.6×2.5）+（43+25.1+31.6×0.5）]
=1102mm
弯起钢筋（2N4）弯起点2距支点中心距离为1134+=1134+1102=2236mm
分派给第二排弯起钢筋计算剪力值,由比例关系计算可得到：

得， =175.21Kn
其中，0.4=195.090Kn;h/2=650mm;设立弯起钢筋区段长为4691mm。
所需要提供弯起钢筋截面积（）为
=
=
=1180
第二排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心距离为2221-[1300/2-（35+35.8×2.5）]=1696mm
别的各排弯起钢筋计算办法与第二排弯起钢筋计算办法相似。
图六
按照计算剪力初步布置弯起钢筋如上图。
当前按照同步满足梁跨间各正截面和斜截面抗弯规定，拟定弯起钢筋弯起点位置。由已知跨中截面弯矩计算值；
，支点中心处，按式：
做出梁计算弯矩包络图如下。在L截面处，因x=4.785m,L=19.5m，=2043.63Kn·m,则弯矩计算值为

=2043.63×0.75
=11532.72kN·m
与已知值=1532.72Kn·m相比，两者相对误差为0，故用式
来描述简支梁弯矩包络图是可行。

各排弯起钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载力计算如下表
梁区段
截面纵筋
有效高度

T形截面类别
受压区高度

抗弯承载力

支点中心1点

1249
第一类
13
416.08
1点2点

1233
第一类
27
848.2
2点3点

1218
第一类
40
1234.4
3点4点

1202
第一类
54
1634.5
4点5点

1192
第一类
62
1854.3
5点梁跨中

1181
第一类
70
2066.5
表中数据计算办法如下：
有效高度
受压区高度依照公式
即可求出不同区段受压区高度
抗弯承载力计算

以上即上表中所有数据来源
将上表中正截面抗弯承载力在下图中用个平行直线表达出来，她们与弯矩包络图交点i、j…q,以各值代入公式
可求得i、j…q到跨中截面距离x值。
当前以上图所示弯起钢筋弯起点初步位置来逐个检查与否满足《公路桥规》规定。
第一排弯起钢筋：
其充分运用点“m”横坐标
而2N5弯起点1横坐标阐明1点位于m点左边，且，满足规定。
其不需要点n横坐标x=8701mm，而2N5钢筋与梁中线轴交点横坐标，亦满足规定。
第二排弯起钢筋：
其充分运用点“l”横坐标
而2N4弯起点2横坐标
且，满足规定。
其不需要点m横坐标x=7457mm，而2N4钢筋与梁中线轴交点横坐标，亦满足规定
第三排弯起钢筋：
其充分运用点“k”横坐标
而2N3弯起点3横坐标
且，满足规定。
其不需要点l横坐标x=6135mm，而2N3钢筋与梁中线轴交点横坐标，亦满足规定
第四排弯起钢筋：
其充分运用点“j”横坐标
而2N2弯起点4横坐标
且，满足规定。
其不需要点k横坐标x=4362mm而2N2钢筋与梁中线轴交点横坐标，亦满足规定
第五排弯起钢筋直接相应最大抗弯承载力。
由上述检查成果可知如图所示钢筋弯起点初步位置满足规定。
2N1、2N2、2N3、2N4钢筋弯起点形成抵抗弯矩图远不不大于弯矩包络图，故进一步调节上述弯起钢筋弯起点位置，在满足规范对弯起钢筋弯起点规定前提下，使抵抗弯矩图接近弯矩包络图；在弯起钢筋之间，增设直径为16mm斜筋，下图即为调节后主梁弯起钢筋、斜筋布置图。
图七
a)相应于剪力计算值弯矩计算值包络图；b)弯起钢筋和斜筋布置示意图；c）剪力计算值包络图
4）斜截面抗剪承载里复核图八：斜截面承载力复核图
图七（b）为梁弯起钢筋和斜筋设计布置示意图，箍筋设计见前面成果
图七（a），（c）是按照承载力极限状态时最大剪力计算值包络图及相应弯矩计算值包络图。
对于钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复核，按照〈〈公路桥规〉〉关于复核截面位置和复核截面办法逐个进行。
第一种复核截面：
（1） 选定斜截面顶端位置
由图b)可得到距支座中心为h/2处截面横坐标
，正截面有效高度。现取斜截面投影长度，则得到选取斜截面顶端位置A，其横坐标
（2） 斜截面抗剪承载力复核
A处正截面上剪力及相应弯矩计算如下：

A处正截面有效高度，则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为

将要复核截面如图中所示斜截面（如图中虚线表达），斜角

斜截面内纵向受拉主筋有，相应主筋配筋率p为

箍筋配筋率为

与斜截面相交弯起钢筋有2N5（）、2N4（）；斜筋有2N7（）。
按公式规定单位规定将以上计算成果代入公式，则得到斜截面抗剪承载力为

故距支座中心为处斜截面抗剪承载力满足规定。
第二个截面
受拉区弯起钢筋弯起处截面
(1) 选定斜截面顶端位置
由图上可得到截面到支座中心距离为1130+2*800=2730mm，正截面有效高度=1218mm，现取斜截面投影长度=1218mm，则得到选取斜截面顶端位置B，其横坐标为X=9750-（2730+1218）=5802mm
(2) 斜截面抗剪承载力复核
B处正截面上剪力及相应弯矩计算如下：

B处正截面有效高度，则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为

将要复核截面如图中所示斜截面（如图中虚线表达），斜角

斜截面内纵向受拉主筋有，相应主筋配筋率p为

箍筋配筋率为

与斜截面相交弯起钢筋有2N3（）；斜筋有2N8（）。
按公式规定单位规定将以上计算成果代入公式，则得到斜截面抗剪承载力为

故此斜截面抗剪承载力满足规定。
第三个截面
受拉区弯起钢筋弯起处截面
(3) 选定斜截面顶端位置
由图上可得到截面到支座中心距离为1130+2*800+700*2=4130mm，正截面有效高度=1202mm，现取斜截面投影长度=1202mm，则得到选取斜截面顶端位置B，其横坐标为X=9750-（4130+1202）=4418mm
(4) 斜截面抗剪承载力复核
B处正截面上剪力及相应弯矩计算如下：

B处正截面有效高度，则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为

将要复核截面如图中所示斜截面（如图中虚线表达），斜角

斜截面内纵向受拉主筋有，相应主筋配筋率p为

箍筋配筋率为

与斜截面相交弯起钢筋没有；斜筋有2N9（），2N9（）。
按公式规定单位规定将以上计算成果代入公式，则得到斜截面抗剪承载力为

故此斜截面抗剪承载力满足规定。
第四个截面
受拉区弯起钢筋弯起处截面
(5) 选定斜截面顶端位置
由图上可得到截面到支座中心距离为1130+2*800+700*2+800*3=6530mm，正截面有效高度=1192mm，现取斜截面投影长度=1192mm，则得到选取斜截面顶端位置B，其横坐标为X=9750-（6530+1192）=2208mm
(6) 斜截面抗剪承载力复核
B处正截面上剪力及相应弯矩计算如下：

B处正截面有效高度，则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为

将要复核截面如图中所示斜截面（如图中虚线表达），斜角

斜截面内纵向受拉主筋有，相应主筋配筋率p为

箍筋配筋率为

与斜截面相交弯起钢筋有2N1；
按公式规定单位规定将以上计算成果代入公式，则得到斜截面抗剪承载力为

故此斜截面抗剪承载力满足规定。
第五个截面
受拉区弯起钢筋弯起处截面
(7) 选定斜截面顶端位置
由图上可得到截面到支座中心距离为1130mm，正截面有效高度=1233mm，现取斜截面投影长度=1233mm，则得到选取斜截面顶端位置B，其横坐标为X=9750-1300=8450mm
(8) 斜截面抗剪承载力复核
B处正截面上剪力及相应弯矩计算如下：

B处正截面有效高度，则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为

将要复核截面如图中所示斜截面（如图中虚线表达），斜角

斜截面内纵向受拉主筋有，相应主筋配筋率p为

箍筋配筋率

与斜截面相交弯起钢筋有；
按公式规定单位规定将以上计算成果代入公式，则得到斜截面抗剪承载力为

故此斜截面抗剪承载力满足规定。
4.正常使用极限状态计算
1）裂缝宽度验算
（1） 带肋钢筋系数=1.0
荷载短期效应组合弯距计算值为：
=1311.91
荷载长期效应组合弯矩计算值为：
=1071.91

系数：

系数：
，非板式受弯构件=1.0。
（2） 钢筋应力计算计算

（3） 换算直径d计算
由于受拉区采用不同钢筋直径，按式（9—24）规定，d应取用换算直径d，则可到

对于焊接钢筋骨架：

（4） 纵向受拉钢筋配筋率p计算

取.
(5) 最大裂缝宽度计算
由式（（9—24）计算得到

故满足规定。
2）梁跨中扰度验算
在进行梁变形计算时，应取梁与相邻梁横向连接后截面全宽度受压翼板计算，即=1600mm,仍为110mm，==6.667
（1）T梁换算截面惯性矩Icr和Io计算：
对T梁开裂截面，由（9-19）式 = (-x)
代入数据1600x=6.667 6446(1181-x)
解x=226>(=110mm)
故可拟定为第二类T形截面。
这时，换算截面受压区高度由式拟定：
A=
=
=985
B=
=
=592240.4
则x=-A=-985=265mm
x>(=110mm)
开裂截面换算截面惯性矩Icr如下：
Icr= - +
=-+
=44246.2mm
T梁全截面换算截面面积（A）为
A=bh+
=300+(1600-200)110+(6.667-1)6446
=450529.5
受压区高度
x=
=
=490mm
全截面换算惯性矩（）为
=+
=
=
（2）计算开裂构件抗弯刚度
全截面抗弯刚度
==
开裂抗弯刚度
==
则全截面换算截面受拉区边沿弹性抵抗矩为
=
全截面换算截面面积矩为
=
=
=
塑性影响系数
=
开裂弯矩

=
=
开裂构件抗弯刚度为
B=
=
=
（3）受弯构件跨中截面处长期扰度值
=1311.91KN.M =771.91KN.M
对C35混凝土，扰度长期增长系数=1.60
受弯构件在使用阶段跨中截面长期扰角值为

=
=60mm
在构造自重作用下跨中截面长期扰度值为
W=
=
=35mm
则按可变荷载频遇值长期扰度值（）为
<
符合《公路桥规》规定。
（4）预拱度设立
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长期扰度为=60>
故跨中截面需设立预拱度
依照《公路桥规》对预拱度设立规定，由式（19-28）得到梁中截面出预拱度为
=