简支梁设计

钢筋混凝土简支梁设计曾凌云编写本课程设计通过一个常用、典型的钢筋混凝土简直梁的设计，让同学们将所学到的理论知识与设计方法运用于具体的设计实践中，提高专业设计能力及创造性思维能力，使所学知识能够融会贯通。一、设计条件：某水电站取水口进水闸工作桥简支梁（二类环境条件）（图1）。在梁上承受两台启闭机，每台启闭机启闭力标准值kNQk80；启闭机及机墩重标准值kNGk10；人群荷载机检修管理人员荷载标准值kNqk58.20；混凝土强度等级25C，纵向受力钢筋级别HRB335，箍筋以及其他纵向构造钢筋级别HPB235。图1二、基本资料（一）、荷载分项系数1.永久荷载对结构有利0.1G；永久荷载对结构不有利2.1G2.可变荷载分项系数：一般情况4.1Q；对可控制其不超过规定限制的可变荷载20.1Q（二）、材料强度设计值(查附表3-1得)1.混凝土强度等级为C25：MpafMpaftc27.15.12、2.钢筋级别为：纵向受力钢筋HRB335Mpaffyy310；箍筋及其他纵向构造钢筋HPB235Mpafy210。3.混凝土保护层厚度（环境类别二类环境）mmc35；最小配筋率%2.0min。三、截面几何尺寸拟定（一）、梁的截面高度h根据相应结构和设计经验与并考虑构造要求及施工方面等要求，按不需要作挠度验算的最小截面高度h，计算梁的高度。不需要作挠度计算梁的截面最小高度h项次构件类型简支两端连续悬臂次梁15ol20ol8ol1整体肋形梁主梁12ol15ol6ol2独立梁12ol15ol6ol取表中独立梁：mmmlho6006.02.7121121；取mmh650；（二）、当梁的高度确定以后，梁的截面宽度可由常用的高宽比估计计算：矩形截面梁。mmhb67.216~32565031~2131~21）（）（，当梁的高度、宽度计算完成后按建筑模数取整；为安装设备方便；取mmb300。故截面几何尺寸为mmhb300650。如图所示。图2梁的截面图（二）、计算跨度olmmalln68004007200由；；400680069706800025.1025.1allmmllnono取两者较小值；得mmlo6970。式中a——支承长度（三）、计算简图图3梁的计算简图四、荷载计算钢筋混凝土容重225mkN钢筋砼；水泥砂浆容重217mkN砂浆1.梁的自重标准值计算（包括梁侧、底15抹灰重）mkNgk28.53.0015.017265.0015.0172565.03.02.荷载设计计算根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》规定：按承载力极限状态设计时，应考虑的荷载组合：对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：（1）由可变荷载控制集中力：kNQGSkQkGF108102.1802.1均布荷载：kNqgSkQkGg15.3558.204.128.52.1（2）可永久荷载控制集中力：kNQGSkQkGF106100.1802.1均布荷载：kNqgSkQkGg15.3558.204.128.52.1两者取较大值集中力：kNQGSF108）（即（每一台启闭机重）均布荷载：kNqgSg15.35）（即（包括梁的自重）五、内力计算内力图绘制图4计算简图及荷载组合图（一）、支座反力计算该结构为对称结；根据材料力学理论得知，对称结构在对称荷载作用下，其支座反力为:kNlqgQGRRoBA50.23097.615.352110821）（）（（二）、设计值计算由材料力学理论得知，对称机构在对称荷载作用下采用叠加法得结构跨中控制截面弯矩设计值为：mkNlqgaQGMo25.38697.615.35816.11088122max）（）（式中a——集中力至支座边缘的距离。（三）、支座边缘截面的最大剪力设计值计算kNaqgRVVkNRVVABAABA47.2234.015.352150.2302150.230）（故：因：左右式中a——支座的支承长度。（四）、集中力）（QG处的剪力设计值计算kNQGaqgRVkNaqgRVACAC38.941086.115.352150.2302138.2026.115.352150.23021）（）（）（右左式中a——集中力至支座边缘的距离。外伸梁内力汇总表内力位置内力设计值跨中控制截面弯矩设计值）（mkNM386.25右AV支座边缘处左BV223.47左）（QGV202.38剪力设计值）（kNV集中力处右）（QGV94.38（五）、弯矩图与剪力图绘制图5梁弯矩图与剪力图四、截面几何尺寸复核因弯矩设计值较大，设钢筋排二排；故设mma75；则截面有效高度mmahho57575650；因是矩形截面wohh；则4917.1300575＜bhw；由）（或＞左右BAocVVkNbhf06.5395753005.1225.025.0；说明截面几何尺寸符合要求。五、承载力极限状态计算（一）、正截面承载力计算：根据弯矩包络图结构跨中截面为控制截面纵向受力钢筋计算表截面位置跨中控制截面弯矩设计值）（mkNM386.25）（mmahho5752ocsbhfM312.05753005.121025.386262ocbhfMb0.55s21155.0368.0312.0211211bs＜（不超筋））（2mmbhffAoycs）（22684.8831057512.50.368mmbhffoyc选配钢筋实配）（2mmAs由）（22684.88mmAs查附表3-1得：选配425+222（实际22724mmAs）0minbh%2.0%4.16503002724min＞bhAs（不少筋）绘制配筋图图6梁跨中控制截面配筋图（二）、斜截面承载力计算1.验算腹筋是否需要按计算设置，应按下列公式计算：kNVVkNbhfVBAotc47.22335.15357530027.17.07.0左右或＜说明需要进行斜截面承载力计算。2.验算是否是以集中力为主的梁：%75%33.4847.223108)(＜总VVQG在计算是按一般梁计算。3.梁内的腹筋按计算设置，按下表计算：方案一：仅考虑箍筋抗剪，并沿梁全长配同一规格箍筋：）（kNV47.223。由osvyvotcshsAfbhfVV25.17.0得mmmmhfVVsAoyvcsv23465.057521025.157530027.17.01047.22325.1根据梁的高度和设计经验选择箍筋直径8查表得213.50mmAsv；双肢截面2n；则mmSAnASAASsvsvsvsv344.216465.03.5021）（）（；选用箍筋200@8，沿梁的通常布置方案二：配置箍筋和弯起钢筋共同抗剪。腹筋计算表截面位置A支座右B支座左剪力设计值）（kNV223.47223.47otcotcbhfVbhfV0.175.17.0或）（kNkNVVkNbhfVBAotc47.22335.15357530027.17.07.0左右或＜说明需要进行斜截面承载力计算。oyvcsvoyvcsvhfVVsAhfVVsA或25.1选定箍筋（直径、间距）选用箍筋250@8，沿梁的通常布置。osvyvccsosvyvccshsAfVVhsAfVV或25.1）（kNkNhsAfVVosvyvccs09.2145752503.50221025.157530027.17.025.1左右或＜BAcsVVV；说明需要设置弯起钢筋。csVV）（kNkNVVcs38.909.21447.223kNVVcs38.909.21447.223sycssbfVVAsin8.0）（2mm23350.5345sin3108.01009.2141047.223sin8.0mmfVVAosycssb23350.5345sin3108.01009.2141047.223sin8.0mmfVVAosycssb选择弯起钢筋225（2982mmAsb）225（2982mmAsb）弯起点至支座边缘距离）（mmmm78070600250mm78070600250弯起点处剪力设计值2V）（kN是否需第二排弯起筋否否图7梁跨中配筋图根据构造要求选择架立钢筋为214；六、正常使用极限状态验算（一）荷载效应计算根据设计要求；本次设计取7.0ci；本次设计取5.0qi1.对于标准组合，荷载效应组合的设计值S应按下式采用：集中力：kNQGSkcikF87107.080均布荷载：kNqgSkkg86.2558.2028.52.对于准永久组合，荷载效应组合的设计值S可按下式采用：集中力：kNQGSkcikF87107.080均布荷载：kNqgSkqikg57.1558.205.028.5（二）、内力计算1.标准组合荷载效应组合的设计值S应按下式采用：由材料力学理论得知，对称机构在对称荷载作用下采用叠加法得结构跨中控制截面弯矩标准值为：mkNlSaSMogkFkk24.29697.686.25816.1878122式中a——集中力至支座边缘的距离。2.准永久组合荷载效应组合的设计值S可按下式采用：由材料力学理论得知，对称机构在对称荷载作用下采用叠加法得结构跨中控制截面弯矩标准值为：mkNlSaSMogkFkq75.23397.657.15816.1878122式中a——集中力至支座边缘的距离。（三）、裂缝开展宽度验算查附表4-4得：二类环境类别荷载标准组合下：mm3.0lim；在荷载的长期组合下：mm25.0lim；受弯构件受力特征系数1.2cr；查附表2-1得混凝土强度等级为25C，轴心抗拉强度标准值Mpaftk75.1；查附表2-8得：HRB335钢筋弹性模量MpaEs5100.2；由承载力极限状态计算得配有425+222（22724mmAs）；截面有效高度mmho575；纵向受力钢筋为带肋钢筋；纵向受拉钢筋的相对粘结特性系数，取0.1；有效钢筋直径：mmdndndiiiiieq60.232222520.12222522221.纵向受拉钢筋有效配筋率te01.0028.06503005.02724＞testeAA2.纵向受力钢筋的应力sk在荷载标准组合下：MpaAhMoksk39.217272457587.01024.29687.06s在荷载长期组合下：MpaAhMoksk54.171272457587.01075.23387.06s3.钢筋应力不均匀系数在荷载标准组合下：913.039.217028.075.165.01.165.01.1sktetkf在荷载长期组合下：863.054.171028.075.165.01.165.01.1sktetkf4.按荷载标准组合验算最大裂缝宽度：mmmmdcEteeqsskcr30.0279.0)028.060.2308.0359.1(100.239.217913.01.2)08.09.1(lim5max5.按荷载长期组合验算最大裂缝宽度：mmmmdcEteeqsskcr25.0208.0)028.060.2308.0359.1(100.254.171863.01.2)08.09