1、结构设计原理课程设计一、目的与任务课程设计是学生学完课程学习内容后进行的一次基本技能的训练，是一项综合性的教学环节。它是培养高级技术人才的一个重要环节。通过课程设计达到下述目的：1、 巩固、提高、充实和运用所学过的专业理论与专业知识，尤其是无法在考试中实现的大量设计计算问题；2、 培养和锻炼学生独立工作能力及分析和解决实际工程技术问题的能力；3、 提高学生理解和贯彻执行国家基本建设有关方针政策的水平；4、 培养学生树立正确的设计思想、观点和方法；5、 在设计过程中，进一步提高学生计算、绘图、运用科技资料与编写技术文件等方面的能力。二、要求学生对课程设计工作要严肃认真，独立思考，刻苦专研，自觉培
2、养良好的学风与工作态度，按时完成一份完整的课程设计。1、 要以独立思考为主，同时要尊重指导教师的意见；2、 设计必须符合 2004 年新颁布的公路桥规范有关要求；3、 设计应体现技术上先进、经济上合理、安全上可靠；4、 设计说明书由本人亲口编写，严禁从现有书刊文献中成段抄录。书写文字力求工整，语言简明、扼要、通顺，计算部分必须写出公式与完整的计算过程，并要说明式中符号意义；5、 说明书一律用计算机（A4 ）输出，插图随文章绘制，插图要完整且大致符合比例；6、 绘制的图纸要求大小统一，图面清晰整洁，要求正确标注尺寸、符号及图例。三、设计题目钢筋混凝土简支 T 型梁配筋设计四、设计资料1、 某钢筋
3、混凝土简支梁桥，其主梁为 T 型截面，全长 L =18.50m，计算跨径 L=18.00m，一类工作环境条件，安全等级为一级，相邻两轴线间距离为 1600m，截面尺寸如图(mm)：（尺寸固定，除在计算中有特殊情况下可适当改变）2、 简支梁控制截面的计算内力跨中截面： Md,l/2=1950KNm Vd,l/2=75KN1/4 跨截面： Md,l/4=1500KNm支点截面： Md,0=0KNm V d,0=410KN3、 材料：混凝土强度等级：C20，主筋采用 HRB400，箍筋采用 R235 钢筋， 8.五、设计要求：1 设计内容设：（1） 截面设计：跨中截面的纵向受拉钢筋计算；（2） 腹筋
4、设计：a：箍筋设计； b：弯起钢筋及斜筋设计；（3） 斜截面抗剪强度的复核。2 图纸内容：（1）截面尺寸图；（2）计算剪力分配图；（3）主梁配筋图，弯矩包罗图，抵抗弯矩图；（4）调整后的主梁弯起钢筋，斜筋的布置图。（一）已知设计数据及要求钢筋混凝土简支梁全长 L0=18.50m，计算跨径 L=18.00m。T 形截面梁的尺寸如下图。桥梁处于一类环境，安全等级二级 =1.1。梁体采用 20 号混凝土，抗压设计强度 fcd=9.2Mpa,抗拉设计强度 ftd =1.06Mpa,主筋采用HRB400 级钢筋，抗拉设计强度 fsd=330Mpa；箍筋采用 R235 级钢筋，直径 8，抗拉设计强度 fs
5、d=195Mpa。简支梁控制截面的计算内力为跨中截面： Md,l/2=1950KNm Vd,l/2=75KN1/4 跨截面： Md,l/4=1500KNm支点截面： Md,0=0 V d,0=410KN要求确定正截面钢筋数量及腹筋设计。（二）跨中截面的纵向受拉钢筋计算1.T 形截面梁受压一般翼板的有效宽度 b由图 1 所示的 T 形截面受压翼板的厚度尺寸，等效平均厚度 h =150mm。可得到 b =L/3=18000/3=6000mm；b =1600（本算例为装配式 T 梁，相邻两主梁轴线间距离为 1600mm，图 1 所示 1580mm 为预制梁翼板宽度） ；b =b+2c+12 h =2
6、00+20+12150=2000mm故取受压翼板的有效宽度 b =1600mm。2钢筋数量计算由表查得 fcd=9.2Mpa,ftd =1.06 Mpa, fsd=330Mpa,b=0.53, =1.1，弯矩计算值 M= M =2145KNm。h =150mm。截面设计因采用的是焊接钢筋骨架，故设 a =30mm+0.071300=120mm，则截面有效高度h0=（1300-120 ）mm=1180mm。判定 T 形截面类型f b h (h - h /2)=9.21600150（1180-150/2）=2440KNmmM=1990KNmm故属于第一类 T 形截面。求受压区高度 x由 M Mu=
7、 f b x(h -x/2)得1950106=9.21600x（1180-x/2）整理后得 x2-2360x+264946=0解得合理解 x=118h =150mm求受拉钢筋面积 As将各已知值及 x=100 mm 代入公式，得As = = =5264mm2现在选择钢筋为 828+418，截面积 AS=5944mm2，钢筋布置如图 3 所示。混凝土保护层厚度 c=35mm，钢筋净距 Sn=200-235-231.6=66.8mm40mm 及1.25d=1.2531.6=35mm。 故满足构造要求 截面复核 已设计的受拉钢筋中，828 的面积为 4926mm2， 418 的面积为 1018 mm
8、2 , fsd=330Mpa,由图钢筋布置图，可求得 as= =113mm则实际有效高度 h0=1300-113 =1187mm。判定 T 形截面类型f b h =9.21600150=2.21KNm f =330（4926+1018 ）=1.96KNm可见 f b h f ，故仍为第一类截面。求受压区高度 xx= = =133mmh =150mm。正截面抗弯承载力求得正截面抗弯承载力 Mu 为Mu= f b x(h -x/2)=9.21600133（1187-133/2）=2194.65kNmM =2145kNm又 = = =2.5%min=0.2%，故截面复核满足要求。跨中截面主筋为 82
9、8+418，焊接骨架钢筋叠高层数为 6 层，纵向钢筋面积 As =5944 mm2，布置如图 4 所示。 （三）腹筋设计1 截面尺寸检查根据构造要求，梁最底层钢筋 228 通过支座截面，其面积为1232mm2、0.25944=1188.8mm2。支点截面有效高度 h0=h-（35+ ）=1250mm。(0.51 ) bh =(0.51 ) 2001250569.9KN V d,0451KN截面尺寸符合设计要求。2.检查是否需要根据计算配置箍肋跨中截面(0.5 )f bh = (0.5 )1.062001187=125.8KN支座截面(0.5 )f bh = (0.5 )1.062001250=
10、132.5KN因 V d,l/2 = 1.175=82.5KN (0.51 )f bh V d,0= 451 KN故可在跨中的某长度范围内按构造配置箍肋，其余区段应按计算配置箍肋。3.计算剪力图分配如图所示剪力包络图，支点处剪力计算值 V0= Vd,0= 451KN , 跨中处剪力值 V = V d,l/2 =82.5KN。V = V d,X= (0.5 )f bh =(0.510-3)1.062001187=125.8 KN 的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，l = = =1058mm，同时根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于 1 倍梁高 h=1300mm 范围内
11、，箍筋的间距最大为 100mm。距支座中心线 h/2 处计算剪力 V 由剪力包络图比例求得V = = =424.39KN其中应由混凝土和箍肋承担的计算剪力为 0.6 V =254.63KN；应由弯起钢筋（包括斜肋）承担的计算剪力 0.4 V = 169.76KN，设置弯起钢筋区段长度为 4144mm。4.箍筋设计采用直径为 8mm 的双肢箍筋，箍筋面积为 Asv= nA = 2 50.3 = 100.6 mm2在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，按式 V d V =（0.45 ）bh设计箍筋时，式中的纵筋配筋率 p 及截面有效高度 h0 可按支座截面和跨中截面的平均值取用，
12、计算如下：跨中截面 P =2.5，h0=1187mm支点截面 P =0.49，h0=1250mm则平均值分别为 P=（2.25+0.49）/2=1.37， h0 =（1187+1250 ）/2=1218.5cm 箍筋间距 S 计算为：S = =377mm现取 S =250mmh/2=650hmm 及 400mm，满足规范要求。综合上述，在支座中心向跨径长度的方向的 1300mm 范围内，设计箍筋间距 S =100mm，由距支座中心 h/2 处至跨中截面统一的箍筋间距取 S =250mm。5.钢筋及斜筋设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋为 22，钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离 a =56mm。弯起钢筋
13、的弯起角度为 45o，弯起钢筋弯起上方末端与架立钢筋焊接为了得到每对弯起钢筋的分配剪力，要由各排弯起钢筋末端弯点应落在前一排弯起钢筋的弯起点的构造规定来得到各排弯起钢筋的弯起点计算位置，首先要计算弯起钢筋上，下弯点之间垂直距离hi（图 6） 。现拟弯起 N1N5 钢筋计算各排弯起钢筋弯起点截面的 hi 以及至支座中心距离 X1，分配的剪力值 V 所需弯起钢筋的面积 A 值列入表 1，现将表 1 中有关计算距离说明如下：根据公路桥规规定，简支梁的第一排弯起钢筋（对支座而言）的末端弯折点应位于支座中心截面处。这时h1 计算为弯起钢筋计算表（表 1）弯起点 1 2 3 4 5hi（mm） 1133
14、1101 1070 1063 1058距支座中心距离 x （mm） 1133 2234 3304 4367 5425分配的计算剪力 V （kN） 154.35 137.91 100.43 64 需要的弯筋面积 A （mm2） 882 788 574 366 可提供的弯筋面积（mm2） （228）1232（228）1232（228）1232（214）308 弯筋与梁轴交点到支座中心距离 x （mm） 565 1698 2799.6 3807.5 h1=1300-（35+31.61.5）+（44+25.1+31.60.5 ）=1133mm弯起钢筋的弯起角为 45o，则第一排弯筋（2N5 ）的弯起
15、1 距支座距离为 1133mm，弯筋与梁纵轴线交点 1距支座中心距离为1133-1300/2-（35+31.6 1.5） =565mm对于第二排弯起钢筋，可得到 h2=1300-（35+31.62.5）+（44+25.1+31.60.5 ）=1101mm弯起钢筋（2N4）的弯起点 2 距支点中心距离为 1133+h2=2234mm分配给第二排弯起钢筋的计算剪力 V ，由比例关系计算：(4534+650-1133)/4534= V /154.35 得 V =137.91KN其中 0.4V =154.25KN；h/2=650mm，设置弯钢筋区段长度为 4534mm所需要提供的弯起钢筋截面积A =
16、=788 mm2第二排弯起钢筋与梁轴线交点 2距支座中心距离为2234-1300/2-（35+31.62.5）=1698mm对于第三排弯起钢筋 h3=1300-（35+31.63.5）+（44+25.1+31.60.5 ）=1070mm弯起钢筋（2N3）的弯起点 3 距支点中心距离为 2234+h3=3304mm分配给第三排弯起钢筋的计算剪力 V ，由此例关系计算（4534+650-2234）/4534= V /154.35 得 V =100.43KN所需要提供的弯起钢筋截面积A = =574 mm2第三排弯起钢筋与梁轴线交点 3距中心距离为3304-1300/2-（35+31.63.5）=2
17、799.6mm对于第四排弯起钢筋 h4=1300-（35+31.63.5+0.516.2 ）+（44+25.1+16.20.5）=1063mm弯起钢筋（2N2）的弯起点 4 距离支点中心距离为 3304+1063=4367mm分配给第四排弯起钢筋的计算剪力 V ，由此关系计算（ 4534+650-3304）/4534= V /154.35得 V =64KN所需要提供的弯起钢筋截面积A = =366 mm2第四排弯起钢筋与梁轴线交点 4距支座中心距离为4367-1300/2-（35+31.63.5+16.20.5）=3807.5mm对于第五排弯起钢筋 h5=1300-（35+31.64+1.51
18、6.2 ）+（44+25.1+16.20.5）=1058mm弯起钢筋（2N1）的弯起点 4 距离支点中心距离为 4367+1058=5425mm由表 1 可见，原拟定弯起 N1 钢筋的弯起点距支座中心距离为 5425mm，已大于4534+h/2=5184mm，即在设置弯筋区域长度之外，故暂不参加弯起钢筋的计算，拟截断。由已知弯矩计算值 Ml/2=1990KNm，M0=0,按 Mx= Ml/2(1-4x2/L2) 作出弯矩包络图图 7。在 1/4L 截面处，x=4.875m, L=19.5m, Ml/2=1990kN.m 则弯矩计算值为M1/4=1990（1 ）=1492.5KN.m；与已知值
19、Md,1/4=1540KN 相比，两者相对误差为 3.1%，故用式：Md,x=Md,l/2（1 ）来描述简支梁弯矩包络图是可行的，各排弯起钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载能力 Mui计算如表 2。钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力（表 2）梁区段 截面纵筋 有效高度ho（mm） T 形截面类别 受压区高度x（mm） 抗弯承载力Mui（kN.m）支座中心1 点 228 1250 第一类 23 497.91 点2 点 428 1233 第一类 46 972.92 点3 点 628 1218 第一类 70 1447.53 点4 点 828 1201 第一类 93 1876.84 点N1 钢筋截断处828
20、+214 1194 第一类 99 1980.6N1 钢筋阶段处梁跨中828+414 1186 第一类 107 2118.2将上表的正截面抗弯强度在弯矩包络土表示出来，并以各 MUI 值代入MX=Ml/2(1-4x2/L2) ，即 4x2=(1-Mx/Ml/2)L2 得 x=L/2 可求得交点 I,j,q 到跨中截面距离 X 值。见图 7。现在以图 7 中所示弯起钢筋弯起点初步位置，来逐个检查是否满足公路桥规的要求。第一排弯起钢筋（2N5）：其充分利用点“m”的横坐标 x=6970mm，而 2N5 的弯起点 1 的横坐标 x1=9750-1133=8617mm，说明 1 点位于 m 点左边，且
21、x1-x=8617-6970=1647mmho/2=1250/2=625mm，满足要求。其不需要点 n 的横坐标 x=8493mm，而 2N5 钢筋与梁中轴线交点 1的横坐标 x1=9750-565=9185mm 8493mm 亦满足要求。第二排弯起钢筋（2N4）：其充分利用点 l 的横坐标 x=5091mm，而 2N4 的弯起点 2 的横坐标x2=9750-2234=7516x=5091mm，且 x2-x=7516-5091=2425ho/2=1218/2=609mm，满足要求。其不需要点 m 的横坐标 x=6970mm，2N4 钢筋与梁中轴线交点 2的横坐标 x =9750-1698=80
22、52mm6970mm 故满足要求。第三排弯起钢筋（2N3）：其充分利用点 k 的横坐标 x=2325mm，2N3 的弯起点 3 的横坐标x3=9750-3304=64462325mm，且 x3-x=6446-2325=3284ho/2=1201/2=601mm，满足要求。其不需要点 l 的横坐标 x=4121mm，2N3 钢筋与粮中轴线交点 3的横坐标 x =9750-2799.75=6950.45091。故满足要求。第四排弯起钢筋（2N2）其充分利用点 j 的横坐标 x=670mm，2N2 的弯起点 4 的横坐标x4=9750-4377=5373mm670mm，且 x4-x=4703mmho
23、/2=1194/2=597mm，满足要求。其不需要点 k 的横坐标 x=2325mm，2N2 钢筋与梁中轴线交点 4的横坐标 x =9750-3807.5=5942.5mm2325mm。故满足要求。由上述检查结果可知图 7 所示弯起钢筋弯起点初步位置是满足要求的。由于 2N2，2N3 和2N4 钢筋弯起点形成的抵抗弯矩图远大于弯矩包络图，故进一步调整上述弯起钢筋弯起点位置，在满足规范对弯起钢筋弯起点要求前提下，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 的斜筋（图 8b ）为 2N7，2N8，2N9 等，使弯起钢筋和斜筋的水平投影长度有所重叠。图 8b）即为调整后的主梁弯
24、起钢筋，斜筋的布置图。（四）斜截面抗剪强度的复核为梁的弯起钢筋和斜筋设计图，箍筋设计见前述的结果是按照承载能力极限状态计算时最大剪力计算值 V 的包络图及相应弯矩 Mx 的包络图。对于钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪强度的复核，按照公路桥规关于复核截面位置和复核方法的要求逐一进行。1、距支座中心 h/2 处斜截面抗剪承载力复核1）选定斜截面顶端位置矩支座中心为 h/2 处截面的横坐标为 x=（9750650)mm=9100mm,正截面有效高度h0=1250mm，现取斜截面投影长度 cho=1250mm.则得到选择的斜截面顶端位置 A，其横坐标为 x=91001250=7850mm 。2）斜截面抗剪强
25、度复核A 处正截面上的剪力 V 及相应的弯矩 Mx 计算如下V =V +(V V )2x/L=76+(40876) 27850/19500=343KNMx=M (14x2/L2)=1990(1 478502 /195002)=700KNmA 处正截面有效高度 ho=1233mm（主筋为 428） ，则实际剪跨比 m 及斜截面投影长度 c 分别为m=Mx/Vxho=700/（3431.233）=1.663c=0.6mho=0.61.661.233=1.228m将要复核的斜截面为 AA斜截面，斜角=tg-1（ho/c）=tg-1(1.233/1.228) =45o斜截面内纵向受拉主筋有 228（2
26、N6） ，相应的主筋配筋率为p=100As/bho=1001232/（2001250）=0.493.5箍筋的配筋率（Sv=250mm） 为=A /bS =100.6/200250=0.002012与斜截面相交的弯起钢筋有 2N5（228） ，2N4（228） ，斜筋有 2N7（214） 。得到 AA斜截面拉剪强度为Vu= （ 0.45 ）bh=667KN343KN故距支座中心 h/2 处的斜截面拉剪强度满足设计要求2 受拉区弯起钢筋弯起点处斜截面强度复核1） “1”处斜截面强度复核a）选定斜截面顶端位置1 处截面的横坐标为 x=（97501133）mm=8617mm,正截面有效高度 h0=12
27、33mm。现取斜截面投影长度 cho=1233mm。则得到选择的斜截面顶端位置 1”，其横坐标为x=(86171233)mm=7384mmb)斜截面抗剪强度复核A 处正截面上的剪力 V 及相应的弯矩 Mx 计算如下V = V +(V V )2x/L=76+(40876) 27.384/19.50=327KNMx = M (14x2/L2)=1990(147.3842 /19.52)=849KNm1 处正截面有效高度 ho=1233mm（主筋为 428） ，则实际剪跨比 m 及斜截面投影长度 c 分别为m=Mx/Vxho =849/（3271.233）=2.113c=0.6mho=0.62.11
28、1.233=1.56m将要复核的斜截面为 11“斜截面（虚线表示） ，斜角=tg-1（ho/c）=tg-1(1.233/1.56) =43o斜截面内纵向受拉主筋有 428（2N6 2N5） ，相应的主筋配筋率为p=100Ag/bho=1002463/（2001236）=13.5箍筋的配筋率（Sv=250mm） 为=A /bS =100.6/200250=0.002012与斜截面相交的弯起钢筋有 2N5（228） ，2N4（228） ，斜筋有 2N7（214） 。得到 11”斜截面拉剪强度为Vu= （ 0.45 ）bh=793KN327KN“1”处的斜截面拉剪强度满足设计要求2) “2”处斜截面
29、强度复核a）选定斜截面顶端位置2 处截面的横坐标为 x=（97502234）mm=7516mm,正截面有效高度 h0=1218mm。现取斜截面投影长度 cho=1218mm。则得到选择的斜截面顶端位置 2，其横坐标为x=(75161218)mm=6298mmb)斜截面抗剪强度复核2 处正截面上的剪力 V 及相应的弯矩 Mx 计算如下V = V +(V V )2x/L=76+(40876) 26298/19500=290KNMx = M (14x2/L2)=1990(146.2982 /19.52)=1160KNmA 处正截面有效高度 ho=1218mm（主筋为 628） ，则实际剪跨比 m 及
30、斜截面投影长度 c 分别为m=Mx/Vxho =1160/（2901.218）=3.33c=0.6mho=0.631.218=2.192m将要复核的斜截面为 22“斜截面（虚线表示） ，斜角=tg-1（ho/c）=tg-1(1.218/2.192) =29o斜截面内纵向受拉主筋有 628（2N6 2N5 2N4 ） ，相应的主筋配筋率为p=100As/bho=1003695/（2001218）=1.5173.5箍筋的配筋率（Sv=250mm） 为=A /bS =100.6/200250=0.002012与斜截面相交的弯起钢筋有 2N3（228） ，2N4（228） ，斜筋有 2N8（214）
31、。得到 22”斜截面拉剪强度为Vu= （ 0.45 ）bh =793KN290KN“2”处的斜截面拉剪强度满足设计要求3) “3”处斜截面强度复核a）选定斜截面顶端位置3 处截面的横坐标为 x=（97503304）mm=6446mm,正截面有效高度 h0=1201mm。现取斜截面投影长度 cho=1201mm。则得到选择的斜截面顶端位置 3，其横坐标为x=(64461201)mm=5245mmb)斜截面抗剪强度复核3 处正截面上的剪力 V 及相应的弯矩 Mx 计算如下V = V +(V V )2x/L=76+(40876) 25.245/19.50=255KNMx = M (14x2/L2)=
32、1990(145.2452 /19.52)=1414KNmA 处正截面有效高度 ho=1201mm（主筋为 828） ，则实际剪跨比 m 及斜截面投影长度 c 分别为m=Mx/Vxho =1414/（2551.201）=4.63c=0.6mho=0.631.201=2.1618m将要复核的斜截面为 33“斜截面（虚线表示） ，斜角=tg-1（ho/c）=tg-1(1.201/2.1618) =29o斜截面内纵向受拉主筋有 828（2N6 2N5 2N4 2N3） ，相应的主筋配筋率为p=100Ag/bho=1006446/（2001201）=2.683.5箍筋的配筋率（Sv=250mm） 为=
33、A /bS =100.6/200250=0.002012与斜截面相交的弯起钢筋有 2N3（228） ，斜筋有 2N9（214） 。得到 33”斜截面拉剪强度为Vu= （ 0.45 ）bh=585KN255KN“3”处的斜截面拉剪强度满足设计要求4) “4”处斜截面强度复核a）选定斜截面顶端位置4 处截面的横坐标为 x=（97504377）mm=5373mm,正截面有效高度 h0=1194mm。现取斜截面投影长度 cho=1194mm。则得到选择的斜截面顶端位置 4（图 13） ，其横坐标为x=(53731194)mm=4179mmb)斜截面抗剪强度复核4 处正截面上的剪力 V 及相应的弯矩 M
34、x 计算如下V = V +(V V )2x/L=76+(40876) 25.373/19.50=259KNMx = M (14x2/L2)=1990(145.3732 /19.52)=1386KNmA 处正截面有效高度 ho=1194mm（主筋为 828+214） ，则实际剪跨比 m 及斜截面投影长度 c 分别为m=Mx/Vxho =1386/（2591.194）=4.53c=0.6mho=0.631.194=2.1492m将要复核的斜截面为 44“斜截面（虚线表示） ，斜角=tg-1（ho/c）=tg-1(1.194/2.1492) =29o斜截面内纵向受拉主筋有 828+214（2N6 2N5 2N4 2N3 2N2） ，相应的主筋配筋率为p=100Ag/bho=1005234/（2001194）=2.193.5箍筋的配筋率（Sv=250mm） 为=A /bS =100.6/200250=0.002012与斜截面相交的弯起钢筋有 2N3（228） ，斜筋有 2N9（214） 。得到 33”斜截面拉剪强度为Vu= （ 0.45 ）bh =572KN259KN“4”处的斜截面拉剪强度满足设计要求
