空心板设计计算
《课程设计报告》
系别：建筑科学与工程学院土木工程
指导教师：樊华老师
专业班级：土交1002班
学生姓名：戴美荣(101502203)
（课程设计时间：2012年12 月24 日——2010年12 月28 日）
钢筋混凝土基本构件设计理论
课程设计任务书
一、目的要求
在学习《桥梁工程》之前，必须掌握《混凝土基本构件设计理论》，它是一门专业基础课，而且是进行桥梁设计时不可缺少的工具，必须能熟练进行钢筋混凝土构件的设计与计算。为了达到这一要求，特安排钢筋混凝土基本构件的课程设计，目的在于使同学能正确运用《混凝土基本构件设计理论》中的理论知识，通过系统地解决桥梁结构中钢筋混凝土空心板梁的设计计算，进一步牢固掌握钢筋混凝土受弯构件设计方法，以便为以后普通钢筋混凝土桥梁设计打下可靠的基础。
二、设计题目
钢筋混凝土简支空心板桥空心板设计。
三、设计资料
环境条件：I类环境条件
结构安全等级：二级。
1.某公路钢筋混凝土简支空心板桥空心板设计结构尺寸。
标准跨径：13.00m；
计算跨径：12.640m；
空心板全长：12.96m；
2.计算内力
（1）使用阶段的内力
（表中汽车荷载内力已计入汽车冲击系数）
（2）施工阶段的内力
简支空心板在吊装时，其吊点设在距梁端a=500mm处，13m空心板自重在
=190.42k N·m，吊点的剪力标准值V0=71.98kN。跨中截面的弯矩标准值M k
，1/2
3.材料
主筋用HRB335级钢筋
f sd＝280N/mm2；f sk＝335N/mm2；E s＝2.0×105N/mm2。
箍筋用R235级钢筋
f sd＝195N/mm2；f sk＝235N/mm2；E s＝2.1×105N/mm2。
混凝土强度等级为C30
f cd＝13.8N/mm2；f ck＝20.1N/mm2；f td＝1.39N/mm2；
f tk＝2.01N/mm2；E c＝3.00×104N/mm2。
四、设计内容
1、进行荷载组合，确定计算弯矩，计算剪力
2、采用承载能力极限状态计算正截面纵向主钢筋数量
3、进行斜截面抗剪承载力计算
4、全梁承载力校核
5、短暂状况下应力计算
6、进行正常使用极限状态的变形及裂缝宽度验算；
7、绘制钢筋配筋图
8、工程数量表的绘制
五、提交成果和设计要求
1、设计计算说明书（手写稿和打印稿并提供电子版，打印稿采用A4纸，采用统一打印封面左侧装订。.计算书要程序分明，文字通顺，书写工整，引出资料来源）；
2、空心板的配筋图（A3，图面整洁、紧凑，符合工程制图要求）；
3、设计时间一周；
4、按老师规定题目计算，不得自行更改题目。
《混凝土基本构件设计理论》
课程设计指导书
课程设计的内容为装配式钢筋混凝土空心板设计计算，具体内容有：（一）结构主要尺寸的估算
（二）板与梁的设计计算
1．根据题目所规定的设计活荷载，用影响线计算出跨中和L/4截面处的弯矩，跨中和支点处的剪力，并据此绘出弯矩和剪力包络图。
按极限状态法计算时，要按荷载的分项安全系数进行荷载组合，求得控制截面的设计荷载效应Md和Qd。
2．设计跨中截面钢筋
按极限状态计算正截面强度时，首先注意材料的强度值的取用，弯矩与剪力的单位取值要与之一致，按T梁截面的受压区翼缘的计算宽度，进行鉴别T 形梁的计算类型，并进行设计，同时对设计好的T形梁进行正截面强度复核。
3．抗剪配筋计算
按极限状态法计算时，进行斜截面的抗剪钢筋设计，最大设计剪力V d，要取用距支座中心h/2处的数值，其中混凝土与箍筋共同承担至少60%，弯起钢筋承担不超过40%，腹筋设计好后要进行斜截面抗剪强度和抗弯强度验算。
4．绘制主梁配筋布置图
按极限状态设计时，要进行全梁承载能力校核，详见教材有关内容规定。
5．裂缝宽度验算：要求在计算荷载作用下，验算主梁跨中截面处的裂缝宽度，w fk必须小于规范中的容许值。
6．挠度验算：计算由设计荷载产生的挠度不得大于规范规定值。
7．作一根主梁的材料用量表，计算各种编号、钢筋的总用量，以及混凝土用量。
8．将以上设计计算的成果，绘制成空心板纵横断面的配筋图作施工用，图中还列有钢筋和混凝土的用量表，各编号钢筋的大样图。
9．整理计算说明书。
计算书要求程序分明，列出算式，说明引用规范与资料来源，文字要通顺，书写清晰。
钢筋混凝土简支空心板设计
1、计算内力设计值
①承载能力极限状态设计时作用效应的基本组合
跨中截面：0γm kN M l d .8584.98717.414.18.082.3384.150.3892.10.12/,=??+?+??=）（ 0γkN V l d 944.830.514.18.08.554.102.10.12/,=??+?+??=）（ 1/4跨截面：0γm kN M l d .749.73488.354.18.030.2544.112.2822.10.14/,=??+?+??=）（ 支点截面：0γkN V d 0992.34656.164.18.024.1284.116.1232.10.10,=??+?+??=）（ ②正常使用极限状态设计时作用效应组合
1）作用短期效应组合
m kN M l s .112.61317.410.182.3383.17
.050.3892/,=?+?+=
m kN M l s .93.45488.350.13.2543
.17
.012.2824/,=?+?+=
2）作用长期效应组合
m kN M l l .220.51017.414.082.3383.14
.050.3892/,=?+?+=
m kN M l s .718.37488.354.03.2543
.14
.012.2824/,=?+?+=
2、截面转化
将空心板截面换算成等效的工字形截面的方法，先根据面积、惯性矩不变的原则，将空心板圆孔折算成k k h b ?的矩形孔，则有
按面积相等 k k h b =24D ?π
按惯性矩相等 43
64121D h b k k ?=
π 解得 mm D h k 3203702323=?==
mm D b k 3353706
3
63=?==ππ 在圆孔的形心位置和空心板截面宽度、高度都保持不变的条件下，可得等效的工字形截面尺寸：
上翼板厚度 mm h y h k f 8.1042/32026521
1'=-=-=
下翼板厚度 mm h y h k f 8.1242/3202852
1
2=-=-=
腹板厚度 mm b b b k f 9.518335212002=?-=-=
3、跨中截面的纵向受拉钢筋的计算 1）T 形截面梁受压翼板的有效宽度
简支梁计算跨径的1/3 mm L b f 42133/126403/'1=== 相邻两梁的平均间距 mm b f 1190'2=
'122f h h b b ++ mm h c b b f f 1790105120530122''3=?++=++= T 形截面梁的受压翼板有效宽度为以上三者中最小值，故取受压翼板的有效宽度
mm b f 1190'=
2）跨中截面配筋计算及截面复核 （1）截面设计 ①判定T 形截面类型：
设mm a s 74=，则截面有效高度mm a h h s 476745500=-=-= 则()
()2/8.10447610511908.132/'0''-???=-f f f cd h h h b f m kN .24.730=<).8584.987(2/,m kN M l d = 故属于第二类T 形截面 ②求受压区高度
由公式()()()
2/2/'0''0f f f cd cd h h h b b f x h bx f M --+-= 得：
()()()2/8.1044768.1049.51811908.132/4769.5188.13108584.9876-??-?+-???=?x x
解方程的合适解为 mm x 5.219=>)8.104('mm h f =
h b 56.266)47656.0(0=?=ξ） ③求受拉钢筋面积s A 把mm x 5.219=代入公式() s sd f f cd cd A f h b b f bx f =-+'' 即()s A 2809.51811908.1048.135.2199.5188.13=-??+?? 得289.9079mm A s = 现选择 9Φ25+6Φ25，截面面积29244mm A s =，钢筋布置如图（1）所示， 混凝土保护层厚度取mm c 35=>mm 25 钢筋间横向净距n s 为 mm s n 52.4814 4 .2868.3593521190=?-?-?-= >mm 30及mm d 25= 满足要求 （2）截面复核 由图示配筋可计算得s a m m a s 13.517190 28.3535441828.35354826=? ?? ?? +?+??? ??+?= 取mm a s 51=，则实际有效高度mm a h h s 499515500=-=-= ① 判定T 形截面类型 kN h b f f f cd 17218.10411908.13''=??= kN A f s sd 25889244280=?= 由于''f f cd h b f ② 求受压区高度x 由公式() s sd f f cd cd A f h b b f bx f =-+'' ()92442808.1049.51811908.139.5188.13?=?-?+??x 得mm x 91.225=>)8.104('mm h f = <)44.27949956.0(0mm h b =?=ξ ③ 正截面抗弯承载力 由()()() 2/2/'0''0f f f cd cd u h h h b b f x h bx f M --+-= ()2/8.1044998.104)9.5181190(8.13)2/91.225499(91.2259.5188.13-??-?+-???= 得 m kN .1058= > ).8584.987(2/,m kN M l d = 又036.0499 9.5189244 0=?== bh A s ρ>002.0 故截面复核满足要求。 4、腹筋设计 1）截面尺寸检查，验算上下限 4999.518301051.01051.030,3 ????=?--bh f k cu )0992.346 (28.72300kN V kN d =≥=，γ 4999.51839.1105.0105.0303????=?--bh f td )0992.346 (96.17900kN V kN d =≤=，γ 表明截面尺寸满足要求，但应配置弯起（斜）钢筋和箍筋 2）计算剪力分配图 绘剪力包络图，如图所示，支点处剪力计算值000，d V V γ=，跨中处剪力计算值 2/02/l d l V V ，γ=。 kN bh f V V td x d x 96.179)105.0(03,0=?==-γ的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为 mm V V V V L l l l x 78.2281944 .8338.351944.8318.184********/02/1=--?=--?= 在1l 长度内可按构造布置要求箍筋。 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倍的梁高h=550mm 范围内，箍筋的间距最大为100mm 。 距支座中心线为h/2处的计算剪力值'V 由剪力包络图按比例求得，为 () kN L V V h LV V l 69.33412640 944.830992.3465500992.34612640)(2/00'=-?-?=--= 其中应由混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为kN V 8.2006.0'=；应由弯起（斜）钢筋承担的剪力计算值为kN V 876.1334.0'=，设置弯起钢筋区段长度为mm 5.3267。 3)箍筋设计 采用直径mm 8的双肢箍筋，箍筋截面积216.1003.502mm nA A sv sv =?== 跨中截面 6.31002/==ρl p >2.5,取5.22/=l p ，mm h 4990= 箍筋间距v s 为 2 2 0,62321) '()6.02)(1056.0(V bh f A f p S sv sv k cu v +?= -αα 2 2 62269.3344999.5181956.10030)5.26.02)(1056.0(1.11?????+??= -=293.92mm 考虑箍筋间距v S 的设计值尚应考虑《公路桥规》的构造要求。 若箍筋间距计算值≤=mm 250S v 1/2h=275mm 及400mm 是满足规范要求的。但采用直径mm 8的双肢箍筋，箍筋配筋率%18.0%08.0250 9.5186 .100<=?==v sv v bS A ρ，故不满足规范规定。 现取v S =100mm 计算的箍筋配筋率%18.0%19.0100 9.5186 .100>=?==v sv v bS A ρ，且小于1/2h=275mm 及400mm 。 综上述计算，箍筋统一间距取v S =100mm 。 4）弯起钢筋及斜筋设计 设焊接钢筋骨架的架立钢筋(HRB335)为Φ16，钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离 mm a s 45'=，混凝土保护层厚度为mm 35c = (1)计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心 2 h 处，应由弯起（斜）钢筋承担的那部分剪力设计值，即kN V V sb 876.1334.0'1== 故2 3 3117.901707 .02801075.0876.1133707.01075.0mm f V A sd sb sb =???=??= -- 加焊斜筋3Φ22，供给面积211140mm A sb =>27.901mm (2)计算第二排弯起钢筋时，取用第一排弯起（斜 ）钢筋起弯点处，应由弯起（斜）钢筋承担的那部分剪力设计值2sb V 此时第一排弯起钢筋起弯点距支点水平投影长为1x ，计算如下 ()mm h x 3968.355.01.251.25335.01.253555011=+?+++?+-== 可求得kN V sb 92.1285 .3267396 2752958876.1332=-+? = 2 3 231.868707 .01075.092.128mm f A sd sb =??= - 由纵筋弯起3Φ25，供给面积221473mm A sb =>231.868mm (3)同样方法计算第三排弯起钢筋 ()mm x x x 2.7568.35396396)8.35(112=-+=-+= kN V sb 15.1145 ,32672 .7562752958876.1333=-+? = 2387.768mm A sb = 加焊斜筋3Φ22，供给面积231140mm A sb =>287.768mm (4)同样方法计算第四排弯起钢筋 4.1116)8.35(123=-+=x x x kN V sb 4.994= 2448.669mm A sb = 加焊斜筋3Φ22，供给面积241140mm A sb =>248.669mm (5)同样方法计算第五排弯起钢筋 mm x 6.14764= kN V sb 64.845= 2508.570mm A sb = 加焊斜筋3Φ16，供给面积25603mm A sb =>208.570mm (6)同样方法计算第六排弯起钢筋 mm x 8.18365= kN V sb 89.696= 2668.470mm A sb = 加焊斜筋3Φ16，供给面积26603mm A sb =>268.470mm (7)同样方法计算第七排弯起钢筋 mm x 21976= kN V sb 13.557= 2729.371mm A sb = 加焊斜筋3Φ16，供给面积27603mm A sb =>229.371mm (8)同样方法计算第八排弯起钢筋 mm x 2.25577= kN V sb 37.408= 2889.271mm A sb = 加焊斜筋3Φ16，供给面积28603mm A sb =>289.271mm （9）同样的方法计算第九排弯起钢筋 mm x 4.39178= kN V sb 61.258= 2849.172mm A sb = （10）同样方法算第十排弯起 因mm x 6.32779=>mm 5.3267，表明弯起钢筋已经将需要弯起钢筋的区域覆盖， 故不再需要弯起（斜）钢筋。 5、全梁承载力校核 计算出钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力，如下表所示： 作出梁的抵抗弯矩图和弯矩包络图如下图所示： 由图可知，所有正截面承载力能够满足要求，且有一定富余。 )41(22 2/,,L x M M l d x d -= )1264041(8584.98756.9052 2 x -?=, 解得：x=1824mm 弯起钢筋充分利用点横坐标mm x 1824=，而弯起点横坐标 mm x 13.555187.76863201=-=，说明弯起点位于充分利用点左边，且 mm x x 3.3727182413.55511=-=-﹥?? ? ??== mm h 3.24924992 ，满足要求。 6、斜截面抗剪承载力的复核 1）距支座中心处为2 h 处斜截面抗剪承载力复核 （1）选定斜截面顶端位置 距支座中心处为2 h 处截面横坐标为mm x 60452756320=-=，正截面有效高度 mm h 4990=，现取斜截面投影长度mm h c 4990'=≈，则可得选择的斜截面顶端位置A ，其横坐标为mm x 55464996045=-= （2）斜截面抗剪承载力复核 A 处正截面上的剪力x V 及相应的弯矩x M 计算如下 ()kN L x V V V V l l x 79.329126405546 2944.830992.346944.83220 2=??-+=???? ? ?-+= m kN L x M M l x .15.22712640 5546418584.9874122222=???? ???-?=???? ? ?-= A 处正截面有效高度mm h 4990=，则实际广义剪跨比m 及斜截面投影长度c 分别为 38.1499 .079.32915 .2270=?== h V M m x x 375.0499.038.16.06.00=??==mh c 则要复核的截面如下图所示，斜角()0014.50/tan ==-c h β 斜截面内纵向收拉主筋有6Φ32，6Φ25，相应的主筋配筋率 00.3499 9.5187771 100100 0=??==bh A P S <2.5，故取P=3.00 箍筋的配箍率sv ρ（取)100mm s v =为，0019.0100 9.5186 .100=?== v sv sv bs A ρ﹥0.0018 与斜截面相交的弯起钢筋有3Φ25，斜筋有3Φ22 将以上计算值代入公式，可得A A '斜截面抗剪承载力为 () () () ∑--?++?=s sb sd sv sv k cu u A f f f P bh V θραααsin 1075.06.021045.03,0 3321 ()() 1950019.0305.26.029.5189.5181045.01.1113???+? ??????=- () ()707.01140 14732801075.03?+???+- kN 4.1050=﹥()kN V x 79.329= 2）箍筋间距mm S sv 100=,间距没有改变，此处斜截面抗剪承载力无需复核。 3）斜截面受拉钢筋弯起处斜截面抗剪承载力复核 （1）选定斜截面顶端位置 斜截面受拉钢筋弯起处截面横坐标为mm x 8.55632.7566320=-=，正截面有效高度mm h 4990=，现取斜截面投影长度mm h c 4990'=≈，则可得选择的斜截面顶端位置A ，其横坐标为mm x 8.50644998.5563=-= （2）斜截面抗剪承载力复核 A 处正截面上的剪力x V 及相应的弯矩x M 计算如下 ()kN L x V V V V l l x 033.294126408 .50642944.830922.346944.83220 2=??-+=???? ? ?-+= m kN L x M M l x .43.353126408.5064418584.9874122222=???? ???-?=???? ? ?-= A 处正截面有效高度mm h 5000=，则实际广义剪跨比m 及斜截面投影长度c 分别为 41.2499 .055.29243 .3530=?== h V M m x x 7216.05.041.26.06.00=??==mh c 则要复核的截面如下图所示，斜角()0017.34/tan ==-c h β 7、短暂状况下应力计算 1）跨中截面的换算截面惯性矩cr I 计算 67.6100.3100.24 5=??==c s ES E E a 由公式()x h A a x b s ES f -=02'21 可计算截面混凝土受压区高度x 即()x x -??=?499924467.611902 1 2 解得mm x 4.181=﹥)8.104('mm h f = 故属于第二类T 形截面 则确定换算截面受压区高度x 如下： ( )()36.2549 .5189.51811908.104924467.6''=-?+?=-+= b b b h A a A f f s ES ( )()29 .1327909 .5188 .1049.5181190499924467.62)(22 '2'0=?-+???=-+= b b b h h A a B f f s ES 故mm A B A x 8.10436.25429.13279036.25422=-+=-+=﹥)105('mm h f = 则开裂截面的换算截面惯性矩cr I 为 ()() ()2 03 ''3'3 3 x h A a h x b b x b I s ES f f f cr -+--- = ()()()623 3105.8469037.190499924467.63 8.104037.1909.51811903037.1901190mm ?=-??+---?= 2）正应力验算 吊装时动力系数为1.2，则跨中截面计算弯矩 2/,2.1l k t k M M =mm N m kN .10504.228.504.22842.1902.16?==?= 则受压区混凝土边缘正应力为 MPa I x M cr t m t cc 08.1610 50.8469037.19010504.2286 6=???==σ ﹤()MPa f ck 08.161.208.08.0=?= 受拉钢筋的面积重心处的应力为 ()()037.1905991050.826910505.22867.66 6 0-????=-=x h I M a cr t m ES s σ MPa 53.55=﹤()MPa f sk 25.25133575.075.0=?= 最下面一层钢筋重心距受压区边缘高度mm h 1.49728.353555001=?? ? ?? +-= 则钢筋应力为 ()()037.1901.497105.846910504.22867.66 6 01-????=-=x h I M a cr t k ES s σ MPa 19.55=﹤()MPa f sk 25.25133575.075.0=?= 故安全 8、裂缝宽度的验算 1）带肋钢筋系数0.11=c 作用短期效应组合 m kN M l s .112.6132/,= m kN M l s .93.4544/,= 作用长期效应组合 m kN M l l .220.5102/,= m kN M l s .718.3474/,= 系数416.1112 .613220 .5105.015 .012/,2/.2=?+=+=l s l l M M c 系数15.13=c 2）钢筋应力ss σ的计算 MPa A h M s S ss 78.152924449987.010112.61387.06 0=???==σ 3）换算直径d 的计算 由于受拉区采用不同的刚进直径，d 应取换算直径e d 则m m d d e 22.2825 93262593262 2=?+??+?== 对于焊接钢筋骨架，mm d d e 686.363.122.28=?== 4）纵向受拉钢筋配筋率ρ的计算 0357.0499 9.5189244 0=?== bh A s ρ﹥02.0 故取02.0=ρ 5）最大裂缝宽度的计算 ??? ? ?? ++=ρσ1028.0303 21d E c c c W s ss fk ?? ? ???++?????=02.01028.0686.363010 278.15215.142.115 [] mm W mm f 2.0173.0=≤= 满足要求 9、跨中挠度的验算 1）换算截面的惯性矩cr I 和0I 计算 已经计算得46105.8469mm I cr ?= 全截面换算面积0A 为 () ()()()()()4''004.4918938.1249.51811909244167.68.1049.51811905509.5181mm h b b A a h b b bh A f f s ES f f =?-+?-+?-+?=-+-+-+= 受压区高度x 为 ()()()()()()()m m A h h h b b h A a h b b bh x f f f S ES f f 24.30304 .491893128.1245509.51811904999244167.68.1049.5181190215509.51821212 121230 2 '' 2=???? ? ? -?-+??-+?-?+????? ? ?? --+-+-+= 全截面换算惯性矩为 ()()( ) ()()()() ()2 3 202 '''3''2 30212 1 1212 12121? ?? ? ??--+-+ --+??? ? ? ?- -+-+??? ??-+=x h h b b h b b x h A a h x h b b h b b x h bh bh I f f f f f s ES f f f f f ()32 38.1049.518119012 124.30325505509.5185509.518121?-?+??? ??-??+??= ()()() ()()2 322 24.30328.1248.1249.51811908.1249.518119012124.3034999244167.628.10424.3038.1049.5181190?? ? ??-??-+?-?+-??-+??? ??-??-+ 4101089.1mm ?= 2）计算开裂构件的抗弯刚度 全截面抗弯刚度 21510400.1053865.01089.110395.095.0mm N I E B C ?=????== 开裂截面抗弯刚度 21464.1054.2105.8469103mm N I E B cr C cr ?=???== 全截面换算面积的受拉区边缘的弹性抵抗矩为 3810 00107.724 .3035501089.1mm x h I W ?=-?=-= 全截面换算面积的面积矩为 ()()2''2'021 21f f f h x b b x b S ---= ()()372 21015.48.10424.3039.51811902 124.303119021mm ?=-?-?-??= 塑性影响系数为 078.1107.71015.4228 700=???==W S γ 开裂弯矩m kN W f M tk cr .8.166107.701.2078.170=???==γ 开裂构件的抗弯刚度为 cr s cr s cr B B M M M M B B 02 2 1??????? ?? ??? ??-+???? ??= 2141415 2214 .1064.21054.21053865.0112.6138.1661112.6138.166103865.5mm N ?=?????? ???????? ??-+??? ???= 3）受弯构件跨中截面处的长期挠度值 ,.112.6632/,m kN M l s =结构在自重作用下跨中截面弯矩标准值m kN M G .50.389=，对c30混凝土，挠度长期增长系数60.10=η 受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为 02 485η??=B L M W s l () mm 84.6160.11064.21064.1210112.66348514 2 36=??????= 在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为 02 485η??=B L M W G G () mm 29.3960.11064.21064.12105.38948514 2 36=??????= 则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值为 mm W W W G L Q 59.2229.3984.61=-=-=﹤)21600 12640 (600mm L == 不符合规定 4）预拱度设置 在荷载短期效应组合并考虑长期效应影响下梁跨中处产生的长期挠度为 mm W C 84.61=﹥mm L 0.2160012640600== 空心楼板设计原理 1、薄壁方箱简介 在现浇混凝土楼盖中有规则埋入内置薄壁方箱模，使钢筋混凝土楼盖内部形成一定间隔双向网格现浇肋的钢筋混凝土空心楼盖，薄壁方箱是一种全内置芯模，能有效约束现浇混凝土的变形和挠度，具有重量轻、强度高的优点。 薄壁方箱主要为正方形或长方形空腔体，一般边长尺寸为500mm* 500mm、600mm*600mm、700mm*700mm、800mm*800m m。 薄壁方箱是一种正方形或长方形的薄壁空心小尺寸全封闭无通孔箱体。方便现浇砼均匀流入方箱底部，形成空心楼盖。是内置芯模品种之一。 2、空心楼盖诞生的力学原理： 工程结构中最大量的是受弯构件，由受拉区和受压区构成，拉力和压力集中在截面的上下两侧构成力矩，而截面中部对抗力的影响很小，将这部分混凝土挖去，形成空心，其抗弯承载力基本未受到影响。在一般情况下可以节省砼30～50%。 由于现浇混凝土空心板在不增加混凝土用量的前提下大幅增加板的厚度，充分发挥板中混凝土和钢筋的使用效率，因此现浇混凝土空心楼盖在大跨度及地下车库的使用中具有巨大的技术优势！ 3、柱支承空心楼盖(无明梁)的受力机理： 柱支承楼盖受力原理同无梁楼盖完全一样。 无梁楼盖是一种不设梁、楼板直接支承在柱上的板柱体系。根据柱顶是否设置柱帽，可将其分为有柱帽无梁搂盖[见图3(a)]和无柱帽无梁楼盖[见图3(b)]两种类型。 有柱帽无梁楼盖的平板、柱帽和柱的混凝土同时浇灌。柱帽的设置，使平板与柱的连接较好，板的计算跨度减小，板上荷载更为有效地传递到柱上，对板和柱的受力较为有利。但是，柱帽的支模和配筋构造比较复杂，室内景观效果较差，因此，实际工程中的无梁楼盖常做成无柱帽无梁楼盖（但务必要保证冲切验算满足！），或称为平板式无梁楼盖。这种楼盖底面平整．施工简便，室内景观效果好，可以省去吊顶，但板柱连接效果及受力方面比有柱帽无梁楼盖要差一些。 从前面的讨论中可知，在无梁楼盖中，可以将楼板划分成柱上板带和跨中板带[见图4]，柱上板带起着双向板肋形楼盖中梁的作用。当柱围成的板区格长边与短边边长之比不大干3时，板上的荷载是通过两个方向的柱上板带传递给墙和柱的。 板柱结构的裂缝形成规律，一般在板顶面时在柱帽附近，板底时一般在跨中板带处。因此，柱帽对于荷载较大时是很有必要存在的，不仅仅是因为能减少计算跨度，降低配筋，更因为能减少板面裂缝形成和开展！ 4、空心楼盖的使用范围： 1．大跨度和大荷载、大空间的多层和高层建筑、如：商业楼、办公楼、图书馆、展览馆、教学楼、车站、多层停车场等大中型公共建筑和工业厂房、仓库。 2．需灵活间隔、或经常改变使用用途的建筑，如：宾馆、娱乐场所、住宅、公寓等。 3．采用集中式空调的建筑。 4．特殊隔音、保暖要求的建筑。 设计计算书 工程名称盐城港大丰港区大件码头工程大件码头引桥工程设计阶段施工图专业：路桥 计算内容大件码头引桥工程计算书 计算页数：14 计算日期：2010-12-21 计算：校核： 复校：审核： 中交第三航务工程勘察设计院有限公司 2010年12月 目录 1 工程概况 (1) 2 技术标准 (1) 3 主要材料 (1) 4 设计依据 (2) 5 技术规范 (3) 6 桥梁总体布置 (3) 7 结构计算 (4) 7.1 横向分布系数计算 (4) 7.2 结构计算 (5) 7.2.1 简支板梁中板结构计算 (5) 7.2.2 简支板梁边板结构计算 (9) 7.2.3 简支小箱梁结构计算 (13) 7.3 桩基础竖向承载力验算 (17) 1 工程概况 盐城港大丰港区大件码头工程码头引桥全桥长度为380m。跨径布置为4×20m预应力混凝土简支板梁桥+12×22m预应力混凝土简支小箱梁桥。桥面宽度为11m。桥梁起点桥面高程为+8.885m，前80m纵坡为1.39%，后300m不设纵坡，引桥与码头变宽段引桥桥面接点高程为+10.0m。 2 技术标准 （1）桥梁设计基准期：100年 （2）桥梁设计荷载：大件荷载，按双排双列平板车荷载布置（见下图），最大轴重720KN（包括自重），轴距1.6m，共12根轴。 3 主要材料 （1）混凝土 预应力钢筋混凝土板梁和小箱梁混凝土强度等级为C50，桥台、盖梁、承台 混凝土强度等级为C30，桥梁混凝土强度等级应满足《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的要求。 （2）主要钢材 箱梁所有预应力钢绞线规格均采用《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224-2003）:九股钢驰，弹性模量为1.95绞线d=15.2mm，标准强度fpk=1860MPa，低松驰，弹性模量为1.95×105Mpa，每股钢绞线公称截面积139mm2，公称重量1.101kg/m。 锚具：锚具采用OVM夹片锚具，其质量应符合GB/T14370-93的要求。 普通钢筋：采用热轧R235、必须符合GB13013-1991的规定；采用热轧HRB335钢筋，必须符合GB1499-1998的规定。 所用钢板均为符合GB700-79规定的普通碳素结构钢（A3钢）。 波纹管：预应力钢束均采用塑料波纹管配真空辅助灌浆施工工艺。塑料波纹管质量要求应满足JT/T529-2004的要求。 4 设计依据 （1）我院与建设单位签订的设计合同。 （2）我院2010年5月出版的"盐城港大丰港区大件码头工程工程可行性 研究报告"。 （3）江苏省水文水资源勘测局盐城分局和扬州分局2010年4月1:2000 地形测图。 （4）中交第三航务工程勘察设计院有限公司《盐城港大丰港区大件码头 工程岩土工程勘察。 （5）建设单位提供的有关设计前提资料（建设用地地形图、建设用地坐 标、规划红线图、规划设计要求、建设用地周边道路标高等）。报告》 （2010.5）。 （6）中交水运规划设计院"大丰港二期工程码头、引桥等相关施工图" （2009）； （7）盐城市水利勘测设计院"大丰港二期工程引堤施工图"（2009）； 五 轴的设计计算 一、高速轴的设计 1、求作用在齿轮上的力 高速级齿轮的分度圆直径为d 151.761d mm = 112287542 339851.761 te T F N d ?= == tan tan 2033981275cos cos1421'41"n re te F F N αβ=?=?=o o tan 3398tan13.7846ae te F F N β==?=。 2、选取材料 可选轴的材料为45钢，调质处理。 3、计算轴的最小直径，查表可取0112A = min 0 11223.44d A mm ==?= 应该设计成齿轮轴，轴的最小直径显然是安装连接大带轮处，为使d Ⅰ-Ⅱ 与带 轮相配合，且对于直径100d mm ≤的轴有一个键槽时，应增大5%-7%，然后 将轴径圆整。故取25d mm =Ⅰ-Ⅱ 。 4、拟定轴上零件的装配草图方案(见下图) 5、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度 （1）根据前面设计知大带轮的毂长为93mm,故取90L mm I-II =，为满足大带轮的定位要求，则其右侧有一轴肩，故取32d mm II-III =，根据装配关系，定 35L mm II-III = （2）初选流动轴承7307AC ，则其尺寸为358021d D B mm mm mm ??=??，故35d mm d III-∨I ∨III-IX ==，III -I∨段挡油环取其长为19.5mm,则 40.5L mm III-I∨=。 （3）III -I∨段右边有一定位轴肩，故取42d mm III-II =，根据装配关系可定 100L mm III-II =，为了使齿轮轴上的齿面便于加工，取 5,44L L mm d mm II-∨I ∨II-∨III II-∨III ===。 （4）齿面和箱体内壁取a=16mm,轴承距箱体内壁的距离取s=8mm,故右侧挡油环的长度为19mm,则42L mm ∨III-IX = （5）计算可得123104.5,151,50.5L mm L mm L mm ===、 （6）大带轮与轴的周向定位采用普通平键C 型连接，其尺寸为 10880b h L mm mm mm ??=??,大带轮与轴的配合为 7 6 H r ，流动轴承与轴的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为m6. 求两轴承所受的径向载荷1r F 和2r F 带传动有压轴力P F (过轴线，水平方向)，1614P F N =。 将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系 图一 图二 设计计算说明书 解：1、计算内力设计值 按极限承载能力极限状态计算的内力组合计算值如下所示 跨中截面：m kN M l d .26.105817.614.18.082.3384.150.4292.12 /,=??+?+?= kN V l d 94.8310.54.18.088.454.102.12/,=??+?+?= 1/4跨截面：m kN M l d .95.79388.454.18.030.2544.112.3222.14 /,=??+?+?= 支点截面 ：kN V d 08.36056.264.18.024.1134.116.1432.10 ,=??+?+?= 2、截面转化 根据面积、惯性矩不变的原则，将空心板圆孔折算成k k h b ?的矩形孔， 则有 k k h b = ()2 370 4 ?π ① ()4 3 37064 12 1?= π k k h b ② 解得 mm b k 335= mm h k 370= 转化为工字梁为： 上翼板厚度 mm h f 1052/320265'=-= 下翼板厚度 mm h f 1252/320285=-= 腹板厚度 mm b 53033521200=?-= 3、跨中截面的纵向受拉钢筋的计算 1）T 形截面梁受压翼板的有效宽度 mm L b f 42003/126003/' 1=== mm b f 1200'2= mm h c b b f f 1790105120530122' '3=?++=++= 故取受压翼板的有效宽度mm b f 1200'= 2）跨中截面配筋计算及截面复核 （1）界面设计 ①判定T 形截面种类 设mm a s 50=，则截面有效高度mm a h h s 500505500 =-=-= () ()2/10550010512008.132/' 0' ' -???=-f f f cd h h h b f m kN .11.778=<).26.1058(m kN M = 故属于第二类T 形截面 ②求受压区高度 由公式()()()2 /2/' 0' ' 0f f f cd cd h h h b b f x h bx f M --+-= 解方程的合适解为mm x 218=>) 105('mm h f = 8m钢筋混凝土空心板简支梁桥 上部结构计算书 7.1设计基本资料 1.跨度和桥面宽度 标准跨径：8m（墩中心距） 计算跨径：7.6m 桥面宽度：净7m（行车道）+2×1.5m（人行道） 2技术标准 设计荷载：公路-Ⅱ级，人行道和栏杆自重线密度按照单侧8kN/m计算，人群荷载取3kN/m2 环境标准：Ⅰ类环境 设计安全等级：二级 3主要材料 混凝土：混凝土空心板和铰接缝采用C40混凝土；桥面铺装采用0.04m 沥青混凝土，下层为0.06m厚C30混凝土。沥青混凝土重度按23kN/m3计算，混凝土重度按25kN/m3计算。 钢筋：采用R235钢筋、HRB335钢筋 2.构造形式及截面尺寸 本桥为c40钢筋混凝土简支板，由8块宽度为1.24m的空心板连接而成。 桥上横坡为双向2%，坡度由下部构造控制 空心板截面参数：单块板高为0.4m ，宽1.24m ，板间留有1.14cm 的缝隙用于 灌注砂浆 C40混凝土空心板抗压强度标准值Mpa f ck 8.26=，抗压强度设计值 Mpa f cd 4.18=，抗拉强度标准值Mpa f tk 4.2=，抗拉强度设计值Mpa f td 65.1=， c40混凝土的弹性模量为Mpa E C 41025.3?= 图1 桥梁横断面构造及尺寸图式（单位：cm ） 7.3空心板截面几何特性计算 1.毛截面面积计算 如图二所示 2)-4321?+++=S S S S S A （矩形 2 15.125521cm S =??= 2 cm 496040124=?=矩形S 225.1475)5.245(cm S =?+= 2 35.2425.2421cm S =??= 轴的设计计算 【一】能力目标 1.了解轴的功用、分类、常用材料及热处理。 2.能合理地进行轴的结构设计。 【二】知识目标 1.了解轴的分类，掌握轴结构设计。 2.掌握轴的强度计算方法。 3.了解轴的疲劳强度计算和振动。 【三】教学的重点与难点 重点：轴的结构设计 难点：弯扭合成法计算轴的强度 【四】教学方法与手段 采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。 【五】教学任务及内容 任务 知识点 轴的设计计算 1. 轴的分类、材料及热处理 2. 轴的结构设计 3. 轴的设计计算 一、轴的分类 （一）根据承受载荷的情况，轴可分为三类 1、心轴 工作时只受弯矩的轴，称为心轴。心轴又分为转动心轴（a ）和固定心轴(b)。 2、传动轴 工作时主要承受转矩，不承受或承受很小弯矩的轴，称为传动轴。 3、转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴，称为转轴。 （二）按轴线形状分： 1、直轴 （1）光轴 作传动轴（应力集中小） （2）阶梯轴 优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度 2、曲轴 另外还有空心轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置。如牙铝的传动轴。 二、轴的结构设计 轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。但轴的结构设计原则上应满足如下要求： 1)轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定； 2)良好的制造和安装工艺性； 3)形状、尺寸应有利于减少应力集中； 4）尺寸要求。 （一）轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变。作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。 1、轴上零件的轴向定位和固定：轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等。 2、轴上零件的周向固定：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键和花键联接应用最广。 （二）轴的结构工艺性 轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。为此，常采用以下措施： 1、当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽。 2、轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。 3、为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部一般均应制出45o的倒角。过盈配合轴段的装入端常加工出带锥角为30o的导向锥面。 4、为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。 （三）提高轴的疲劳强度 轴大多在变应力下工作，结构设计时应尽量减少应力集中，以提高其疲劳强度。 1、结构设计方面轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。在重要结构中可采用凹切圆角、过渡肩环，以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。为减小轮毂的轴压配合引起的应力集中，可开减载槽。 2、制造工艺方面提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，对轴表面采用碾压、喷丸和 表面热处理等强化方法，均可显著提高轴的疲劳强度。 说明 一、技术标准与设计规范 1. 《公路工程技术标准》(JTG B01—2003) 2. 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004) 3. 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004) 4. 《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041—2000) 5. 《公路交通安全设施设计技术规范》(JTG D81—2006) 二、技术指标 装配式钢筋混凝土简支板桥上部构造（1m板宽）技术指标表 三、主要材料 （一）混凝土 1．水泥：应采用高品质的强度等级为62.5级、52.5级和42.5级的硅酸盐水泥，同一座桥的板梁应采用同一品种水泥。 2．粗集料：应采用连续级配，碎石宜采用锤击式破碎生产。碎石最大粒径不宜超过20mm，以防混凝土浇注困难或振捣不密实。 3．混凝土：预制板钢筋混凝土强度等级采用C30，重力密度γ=26.0kN/3m，弹性模量为E=3.0×4 10MPa；现浇整体化混凝土（铺装层）强度等级采用C40，重力密度γ=24.0kN/3m，弹性模量为E=3.25×4 10MPa；有条件时，铰缝混凝土可选择抗裂、抗剪、韧性好的钢纤维混凝土；桥面铺装采用沥青混凝土，重力密度γ=24.0kN/3m。 （二）普通钢筋 普通钢筋采用R235和HRB335钢筋，钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB 13013—1991）和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB 1499—1998）的规定。 凡需焊接的钢筋均应满足可焊性的要求。 本册图纸中R235钢筋主要采用了直径d=10mm一种规格；HRB335钢筋主要采用了直径d=10mm、12mm、16mm、20mm四种规格。 （三）其他材料 1．钢板：应符合《碳素结构钢》（GB700－1988）规定的Q235B钢板。 2．支座：可采用板式橡胶支座，其材料和力学性能均应符合现行国家和交通部部颁标准的规定。 四、设计要点 （一）本通用图以简支板桥为基本结构，采用桥面连续结构，连续长度综合桥梁总体布局而定。 （二）上部行车道板汽车荷载横向分配系数，跨中采用铰接板梁法理论计算，支点采用杠杆法计算。斜交板考虑角度对横向分配系数的影响。 钢筋混凝土空心板设计计算书 一、基本设计资料 1、跨度和桥面宽度 （1）标准跨径：12m （墩中心距）。 （2）计算跨径：11.6m 。 （3）桥面宽度：净7m+2×1.5m （人行道）。 2、技术标准 设计荷载：公路—Ⅰ级，人行道和栏杆自重线密度按照单侧8KN/m 计算，人群荷载取3KN/㎡。 环境标准：Ⅰ类环境。 设计安全等级：二级。 3、主要材料：混凝土空心简支板和铰接缝采用C40混凝土；桥面铺装上层采用0.03m 沥青混凝土，下层为0.06厚C40混凝土。沥青混凝土重度按23KN/m 3计算，混凝土重度按24KN/m 3计。 中板截面构造及尺寸（单位：cm ） 一、计算空心板截面几何特性 1、毛截面面积计算 ()2111124702162555505503586307.32222A cm π?? =?+??-???++?+??+??=???? 2、毛截面重心位置 全截面对12板高处的静矩为： 12 31 1111255(355)555(3555)250(351550)2 32231285351053758.3323h S cm ?=????-?+??-?-???--????? ?-???--?= ????? 铰缝的面积为： ()22 20.5555550.53500.558765j A cm cm =???+?+??+??=毛截面重心离12板高的距离为：123758.33 0.66307.32 h S d cm A === 铰缝重心到12板高的距离为：123758.33 4.913765 h j j S d cm A === 3、毛截面惯性矩计算 铰缝对自身重心轴的惯性矩为： 333324 555035855576522 4.91339726.0436*******j I cm ????????=??++++?=?? ? ???? 空心板截面对其重心轴的惯性矩为： ()342224 64 1247032124700.62160.6219863.02765 4.9130.612642.295010I cm cm ππ??????=+??-?+??-?-?+?? ????? =? 空心板截面的抗扭刚度可简化为下图所示的箱型截面进行近似计算 16m简支空心板桥中板计算 本次16m简支空心板桥计算的目的是让同学熟悉《桥梁博士V3.03》软件的基本操作。《桥梁博士》是桥梁专业设计的有限元软件。有限元软件的基本操作可以归结为三大类：前处理（preprocess）、计算（solve）和后处理（postprocess）。 在使用有限元软件之前，我们必须有一些预备知识，例如节点和单元的概念等，这些都在结构力学和有限元等课程中有详细介绍。作为桥梁专业软件，使用《桥梁博士》进行桥梁设计就必须掌握桥梁的相关专业知识，这些都是桥梁工程的主要教学内容。 下面介绍如何使用《桥梁博士》设计一座16m简支空心板桥的中板。下图为16m板桥 一、前处理输入 桥梁博士的前处理包括六大步骤：输入总体信息、输入单元信息、输入钢束信息、输入施工信息、输入使用信息、输入优化信息。 (一)总体信息输入 1.计算类型 计算类别中有四个选项，其中的区别请自行查阅软件的帮助文件，本次计算中直接选用“全桥结构安全验算”。 2.计算内容 计算内容中的6个选项，根据实际需要选取，对于一般的预应力桥梁前4项是最为常用，后两项为非线性计算内容。 3.桥梁环境 这个选项一般情况下不需要做太多修改，但是如果桥梁环境有特殊情况则需要修改。 4.设计规范 设计规范中有交通规范和铁路规范。在这里选择相应的规范，软件就可以自动对规范中一部分的条文和计算公式进行校核。 5.其他信息 其他信息中还有很多相当重要的内容，只是在16m板桥中不需要使用，而在其他的桥梁设计中扮演重要角色。 (二)单元信息输入 单元信息输入中需要输入：节点坐标、单元连接方式、单元类型、截面和材料特征、自重荷载等。 1.节点坐标和单元连接方式 这个方面其实就是将桥梁结构离散化的体现。 如果是一些特定的线形可以用快速编辑器批量输入，本次计算为一直线梁，故可以使用快速编辑器中的直线编辑器。 空心车轴 高速动力车运行速度快,国家下达的设计任务规定:最高运行速度250 km／h,试验速度280 km／h,为减轻轮轨之间的动作用力,要尽量减轻车轴质量,尤其是簧下质量。在充分考虑我国目前的制造水平及工艺措施的条件下,对所有零部件的细小结构都作了减小质量的考虑。车轴属簧下质量,必须考虑减轻质量,为此,将车轴设计成空心车轴。 车轴与车轮的应力一样,每转一周,应力将循环一次,随着运行速度提高,循环频率加快,易发生疲劳,设计时应保证车轴有足够的安全裕度,即有足够的疲劳寿命。这要通过精心设计并采取相应的工艺措施来保证。 1.空心轴结构设计 (1)空心车轴轴身内、外径的确定 在保证车轴所受的最大应力不变的条件下,空心车轴轴身外径越大,内孔直径越大,则减轻质量的效果越好。但为了减小轮轨动作用力,高速动力车采用双空心轴驱动,在此情况下,为避免内外空心轴及车轴在运动过程中相互干涉,其间必须留有足够的间隙,因此,车轴轴身外径的选择受到空间的限制。经综合考虑,轴身外径定为183mm,见图1。确定车轴内孔直径,首先要保证有足够的强度,其次是减轻质量,两者需协调;同时,车轴内孔直径不仅影响车轴的强度和应力分布,还影响轮轴的过盈量及压装工艺。 图1 空心车轴局部结构图 1.轴身 2.轮座 3.过渡圆弧 4.轴颈 5.内孔 车轴主要承受弯、扭两种载荷,可从车轴的最大弯曲和扭应力来分析其强度。 车轴受弯和受扭的分析相同,得到的结论也一致,因此,仅分析车轴受弯的情况。设截面模量为W （m 3）,车轴内、外径分别为d （m ）、 D （m ）,车轴的最大弯矩为M （N*m ）,则车轴的最大应力为σmax ＝M ／W,单位为 （Pa ）。 设实心车轴与空心车轴受到的弯矩M 相等,车轴外径也相等,则空心轴与实心轴的最大应力之比σK ／σs ＝1／〔1－（d ／D ）4〕 在结构允许的条件下,尽可能使空心轴与实心轴应力相等,则： D s /D k =34)/(1k k D d 式中:d K 、D K 、D s ——空心轴内、外径及实心轴外径 （mm ）。 d K ／D K ＝0．6，则D s ／D K ＝0．955。说明要保证空心轴与实心轴 具有相等的应力,在空心轴内外径之比为0.6时,空心轴外径应比实心轴外径大4.5%。 结合我国机车工业的加工现状,且国家攻关课题资金紧张,空心轴采用内孔为直孔结构,它虽不如收口孔心轴减轻质量的效果好,但 20m 预应力混凝土空心板桥设计 1 设计资料及构造布置 1.1 设计资料 1 . 桥梁跨径及桥宽 标准跨径：20m （墩中心距）； 主桥全长：19.96m ； 计算跨径：19.60m ； 桥面净宽：2×净—11.25m 见桥梁总体布置图 护栏座宽：内侧为0.75米，外侧为0.5米。 桥面铺装：上层为9厘米沥青混凝土，下层跨中为10厘米厚混凝土，支点为12厘 米钢筋混凝土。 2 . 设计荷载 采用公路—I 级汽车荷载。 3. 材料 混凝土：强度等级为C50，主要指标为如下： 426.8 2.418.4 1.653.2510a a ck tk a a cd td a c f MP f MP f MP f MP E MP == ===?强度标准值，强度设计值，性模弹量 预应力钢筋选用1×7（七股）φS 15.2mm 钢绞线，其强度指标如下 5186012601.95100.40.2563a a a f MP f MP E MP ξξ = = =? = =pk pd p pu b 抗拉强度标准值抗拉强度设计值性模弹量 相对界限受压区高度， 普通钢筋及箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标如下 5 3352802.010a a a f MP f MP E MP = = =?sk sd s 抗拉强度标准值抗拉强度设计值性模弹量 4 . 设计依据 交通部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)，简称《桥规》； 交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)，简称《公预规》。 《公路工程技术标准》(JTG —2004) 《〈公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范〉(JTG D60—2004)条文应用算例》 《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》(按新颁JTG D60—2004编写) 《公路桥涵设计手册—梁桥（上册）》 1.2 构造形式及尺寸选定 全桥空心板横断面布置如图，每块空心板截面及构造尺寸见图 预应力空心板设计计算书 一、设计资料 1.跨径：标准跨径:??=16．00m；计算跨径l =15．56m 2.桥面净空：2X0.5m+9m 3.设计荷载:公路-?极荷载; 4.材料: 预应力钢筋：采用1×7 钢绞线,公称直径12.7mm；公称截面积98.7 mm 2 , f pk =1860Mpa，f pd =1260Mpa，E p =1.95×10 5 Mpa, 预应力钢绞线沿板跨长直线布置; 非预应力钢筋：采用HRB335, f sk =335Mpa, f sd =280Mpa;R235, f sk =235Mpa, f sd =195Mpa; 混凝土：空心板块混凝土采用C50，f ck =26.8MPa，f cd =18.4Mpa，f tk =2.65Mpa，f td =1.65Mpa。绞缝为C30 细集料混凝土；桥面铺装采用C30 沥青混凝土；栏杆为C25 混凝土。 5、设计要求：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62 －2004）》要求，按A 类预应力混凝土构件设计此梁。 7、设计依据与参考书 《结构设计原理》叶见曙主编，人民交通出版社 《桥梁计算示例集》（梁桥）易建国主编，人民交通出版社 《桥梁工程》（1985）姚玲森主编，人民交通出版社 二、构造与尺寸 50 900/2 2% 图1-1 桥梁横断面 图1-2 面构造及尺寸（尺单位：cm） 三、毛截面面积计算（详见图1-2） A h=4688.28cm2 (一)毛截面重心位置 全截面静距：对称部分抵消后对1/2板高静距 S=4854.5cm3 铰面积：A铰=885cm2 毛面积的重心及位置为： d h=1.2cm (向下) 铰重心对1/2板高的距离： d铰=5.5cm (二)毛截面对重心的惯距 面积：A′=2290.2cm2 圆对自身惯距：I=417392.8cm4 由此可得空心板毛截面至重心轴的惯性矩： I=3.07X101om m4 空心板的截面抗扭刚度可简化为图1-3的单箱截面来近似计算 I T=4.35X101omm4 西部地区中小跨径适用桥梁形式研究 通用图设计计算书 13m装配式后张法预应力混凝土简支空心板计算 目录 1.概况与基本数据 (1) 1.1概况 (1) 1.2技术规范 (1) 1.3基本数据 (1) 1.4 作用荷载、荷载组合、荷载作用简图 (2) 1.5 计算模式、重要性系数 (2) 1.6 材料主要指标 (2) 1.7 主要材料选用 (3) 2．计算模型及相关参数 (3) 2.1 空心板施工阶段 (3) 2.2 结构离散图 (4) 2.3 空心板横断面 (5) 2.4 活载横向分布系数与汽车冲击系数 (6) 2.5 预应力筋构造 (6) 2.6 预应力配置 (6) 2.7 温度效应及支座沉降 (7) 3．简支空心板计算结果验算 (7) 3.1 简支空心板边板施工阶段验算 (7) 3.2 简支空心板边板使用阶段验算 (9) 3.3 简支空心板中板施工阶段验算 (12) 3.4简支空心板中板使用阶段验算 (14) 4． 3孔13米及5孔13米连续空心板计算结果验算 (18) 4.1 施工阶段验算 (18) 4.2 使用阶段验算 (25) 5．计算结论 (41) 1.概况与基本数据 1.1概况 依据《西部地区中小跨径桥梁技术研讨会》会议纪要、《西部地区中小跨径适用桥梁形式研究下一步工作内容和计划》及我院任务通知单。课题组进行课题相关设计开发。开发原则为： （1）上部构造形式采用9板式 （2）板宽模数B=1.24米，预制高度为0.75米。 （3）混凝土强度等级：C50 （4）边板悬臂长度34厘米。 （5）空心板两端及顺桥向采用单支座。 （6）适用路基宽度：整体式路基24.50米、分体式路基12.0米。 （7）适用于直线桥。 1.2技术规范 1《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) 2《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 3《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85） 4《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） 5《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85） 6《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-89） 7《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000） 1.3基本数据 （1）结构：后张法预应力混凝土简支空心板 （2）计算跨经：13米 （3）路基宽度：整体式路基24.5米、12米 （4）车道数：双向4车道 普通钢筋混凝土空心板 设计计算书 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N] 钢筋混凝土空心板设计计算书 一、基本设计资料 1、跨度和桥面宽度 （1）标准跨径：20m（墩中心距）。 （2）计算跨径：。 （3）桥面宽度：净7m+2×（人行道）=。 2、技术标准 （1）设计荷载：公路—Ⅱ级，人行道和栏杆自重线密度按照单侧8KN/m计算，（2）人群荷载取3KN/㎡。 （3）环境标准：Ⅰ类环境。 （4）设计安全等级：二级。 3、主要材料 （1）混凝土：混凝土空心简支板和铰接缝采用C40混凝土；桥面铺装上层采用沥青混凝土，下层为厚C30混凝土。沥青混凝土重度按23KN/m3计算，混凝土重度按25KN/m3计。 （2）钢材 采用HPB235，HPB335钢筋。 中板截面构造及尺寸（单位：cm） 二、计算空心板截面几何特性 1、毛截面面积计算 ()2111124702162555505503586307.32222A cm π?? =?+??-???++?+??+??=???? 全截面对12板高处的静矩为： 12 31 1111255(355)555(3555)250(351550)2 32231285351053758.3323h S cm ?=????-?+??-?-???--????? ?-???--?= ??? ?? 铰缝的面积为： ()22 20.5555550.53500.558765j A cm cm =???+?+??+??=毛截面重心离12板高的距离为：123758.33 0.66307.32 h S d cm A === 铰缝重心到12板高的距离为：123758.33 4.913765 h j j S d cm A === 2、毛截面惯性矩计算 铰缝对自身重心轴的惯性矩为： 333324 555035855576522 4.91339726.0436*******j I cm ????????=??++++?=?? ? ???? 空心板截面对其重心轴的惯性矩为： ()34222464 1247032124700.62160.6219863.02765 4.9130.612642.295010I cm cm ππ??????=+??-?+??-?-?+?? ????? =? 空心板截面的抗扭刚度可简化为下图所示的箱型截面进行近似计算 16m 公路预应力简支空心板梁桥中板设计 一、 设计资料 1.设计荷载 本桥设计荷载等级确定为汽车荷载：公路Ⅱ级；人群荷载：3.02N/m k 。 2.桥面跨径及净宽 标准跨径：k l =16m 。 计算跨径: l =15.6m 。 板 长：1l =15.96m 。 桥梁宽度：7m+2×0.5m 。 板 宽：2l =0.99m 。 3.主要材料 混凝土：主梁板采用C50混凝土，桥面铺装采用10cm 混凝土+柔性防水涂层+10cm 沥青混凝土。预应力筋：采用?s 15.20高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值pk f =1860MPa ，弹性模量 p E =1.95510MPa ?，普通钢筋：直径大于和等于12mm 的用HRB335级 热轧螺纹钢筋，直径小于12mm 的均用R235级热轧光圆钢筋。锚具、套管、连接件和伸缩缝等根据相关规范选取。 4.施工工艺 先张法施工，预应力钢绞线采用两端同时对称张拉。 5.计算方法及理论 极限状态设计法 6.设计依据及参考资料 （1） 交通部颁《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）。 （2） 交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）。 （3） 交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG D62-2004）。 （4） 交通部颁《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。 （5） 《预应力筋用锚具、夹具和连接》（GBT14370-93）。 （6） 《公路桥梁板式橡胶支座规格条例》（JTT663-2006）。 （7） 《桥梁工程》、《结构设计原理》等教材。 （8） 计算示例集《混凝土简支梁（板）桥》（第三版），易建国 主编，人民交通出版社。 （9） 《公路桥涵设计手册梁桥（上）》，徐光辉，胡明义主编， 人民交通出版社。 二、 构造布置及尺寸 桥面宽度为：净—7m+2?0.5m （防撞护栏），全桥宽采用8块 C50的预制预应力混凝土空心板，每块空心板宽99cm （中板），边板99.5cm ，宽62cm ，空心板全长15.96m 。采用先张法施工工艺，预应 力筋采用?s 15.20高强度低松弛钢绞线， pk f =1860MPa ， p E =1.95510MPa ?。pd f =1260MPa ，预应力钢绞线沿板跨长直线布置。 C50混凝土空心板的ck f =32.4MPa ，tk f =2.65MPa ，td f =1.83MPa 。全桥空心板横断面布置如图所示，每块空心板截面及构造尺寸见图2。 《混凝土课程设计报告》（钢筋混凝土空心板桥设计） 系别：土木工程 指导教师： 专业班级： 学生姓名： （课程设计时间：2015年1 月4日——2015年1 月10 日） 钢筋混凝土基本构件设计理论 课程设计任务书 一、目的要求 在学习《桥梁工程》之前，必须掌握《混凝土基本构件设计理论》，它是一门专业基础课，而且是进行桥梁设计时不可缺少的工具，必须能熟练进行钢筋混凝土构件的设计与计算。为了达到这一要求，特安排钢筋混凝土基本构件的课程设计，目的在于使同学能正确运用《混凝土基本构件设计理论》中的理论知识，通过系统地解决桥梁结构中钢筋混凝土空心板梁的设计计算，进一步牢固掌握钢筋混凝土受弯构件设计方法，以便为以后普通钢筋混凝土桥梁设计打下可靠的基础。 二、设计题目 钢筋混凝土简支空心板桥空心板设计。 三、设计资料 环境条件：I类环境条件 结构安全等级：二级。 1.某公路钢筋混凝土简支空心板桥空心板设计结构尺寸。 标准跨径：13.00m； 计算跨径：12.640m； 空心板全长：12.96m； 2.计算内力 （1）使用阶段的内力 13m板2号板 弯矩M（KN.m）剪力V(KN) 1/4截面1/2截面支点截面1/2截面 1 结构自重297.96 396.79 125.93 0 2 汽车荷载217.09 289.20 118.56 47.70 3 人群荷载29.52 39.36 9.8 4 3.28 （表中汽车荷载内力已计入汽车冲击系数） （2）施工阶段的内力 简支空心板在吊装时，其吊点设在距梁端a=500mm处，13m空心板自重在 =190.42k N·m，吊点的剪力标准值V0=71.98kN。跨中截面的弯矩标准值M k ，1/2 3.材料 主筋用HRB335级钢筋 f sd＝280N/mm2；f sk＝335N/mm2；E s＝2.0×105N/mm2。 箍筋用R235级钢筋 f sd＝195N/mm2；f sk＝235N/mm2；E s＝2.1×105N/mm2。 混凝土强度等级为C30 f cd＝13.8N/mm2；f ck＝20.1N/mm2；f td＝1.39N/mm2； f tk＝2.01N/mm2；E c＝3.00×104N/mm2。 四、设计内容 1、进行荷载组合，确定计算弯矩，计算剪力 2、采用承载能力极限状态计算正截面纵向主钢筋数量 3、进行斜截面抗剪承载力计算 4、全梁承载力校核 5、短暂状况下应力计算 6、进行正常使用极限状态的变形及裂缝宽度验算； 7、绘制钢筋配筋图 8、工程数量表的绘制 五、提交成果和设计要求 人民中桥一阶段施工图设计 第一部分桥梁计算 第一章方案比选 （一）设计资料 公路Ⅱ级，人群3.0kN/㎡N 桥面宽度：净—7.5m+2×1.5m人行道,2×0.5m防撞墙 表层为2-3m不等厚强风化泥岩，下为中分化泥岩，可作为基础的持力层，容许承载力为1.0MPa 桥位处为干沟，常年无水 桥面纵坡：0.5% 桥面采用沥青混凝土桥面铺装，厚6cm。防水层，C40水泥混凝土，厚度为15cm~8cm。混凝土桥面设双向横坡，坡度为1.5%。为了排除桥面积水，桥面设置预制混凝土集水井和θ10cm铸铁泄水管，每20m设置一处。 （二）方案比选 方案一：3跨20m预应力钢筋混凝土简支空心板（详细见方案图） 1、方案简介 本方案为钢筋混凝土简支空心板桥。全桥分3跨，每跨均采用标准跨径20m。。桥墩为桩基桥墩，桥台为埋置式桥台。桥墩直径为120cm，桩基直径为150cm。 2、尺寸拟定 本桥拟用空心板，净跨径为19.96m。空心板中板底宽为129cm，高为120cm，由9块预应力空心板组成。 方案二：两跨50米预应力混凝土T形钢构桥（详细见方案图） 1、方案简介 本方案为预应力T形钢构桥。全桥分两跨，单跨跨径25m。桥墩为扩大式墩基础，桥台为U型桥台 2、尺寸拟定 本桥拟用箱梁，桥面行车道宽7.5m，两边各设1.5m栏杆，0.5m的栏杆，箱中部高为450cm，两侧主梁高为250cm，底宽为550cm，内置空心高度均为220cm。 （三）技术经济比较和最优方案的选定 对编制方案： 方案一：技术工艺成熟，施工场地广泛采用工业化施工，可预制生产，现代化起重设备安装，降低劳动强度，缩短工期，占用的施工场地少。建筑高度和重量都较小。施工周期短。广泛应用于桥梁建设中，但是需要设置多个桥墩，常用于地质情况较优良处。 方案二：技术工艺先进，工艺要求严格，采用挂蓝施工，施工难度大，成本高。挂蓝需令置一套设备。施工速度较慢，不利缩短工期，需要的劳动资源较多。投资成本高，基础要求也大。 因为本工程基础为泥岩，基础好，采用大跨径就会造成资源的浪费；并且大跨径的桥梁影响施工进度，本工程为二级公路，对桥型要求较低，因此20m预应力混凝土空心板为一个较好的桥型。 本设计在对桥型进行选择的时候，还考虑地形、地质条件良好，桥位处为干沟常年无水的有利条件，适合于多跨径的桥梁。 综上所述，采用编制方案（一），即20m预应力混凝土简支梁桥为推荐方案（实施方案）。 1 ２００５．Ｎｏ．１ 大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算 大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算 陈明镜谢宝昌上海交通大学 摘要：针对大直径高转矩电机制造难度大且造价高的问题，本文介绍了用于钢铁厂轧机的大型电机 空心轴转子结构设计和机械强度计算。与同功率实心轴转子相比较，结果显示空心轴具有明显的优越 性。 关键词：电机大型空心轴机械强度计算结构设计 １．前言 随着电机的单机容量及整机尺寸越来越大，但受电机制造工艺及装备的影响，较多地采用双电枢或双电机串联传动方式。这种结构方式由于存在电磁及负荷不平衡乃至不同步，且联接结构复杂、轴系较长、占地面积大、使用维护工作量增加，因而总体投资及后续费用与单电机相比也不经济合理。因此迫切需要直接传动的低速大直径、短铁心结构电动机，避免大直径高速电机加齿轮箱减速的方案，以减少电机的传动损耗和占地面积，还可以减少整个设备的成本和维护费用，提高运转的可靠性。 对大直径、大转矩的电动机来说，电机制造难 度、造价的增加主要还在于转子轴及转子支架。因 为转轴要锻造、轴径要粗，还要有充分的冷却，转子铁心压装要求高，加工困难。因此如何改进电机的结构，特别是改进电机转子、转子轴的结构已成为电机行 业的一大课题。上海电机厂于二十世纪六十年代末就对转子空心轴的结构在大型直流电机上的应用进行攻关研究，最近为国内钢铁厂热轧工程轧机 生产的大型直流电机（ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ）上采用 了国内外罕见的空心轴结构，获得了较为良好的制 造和使用效果。本文就此结合直流电机空心轴转子 制造实例对空心轴结构和机械强度设计计算进行探讨。 ２．电机的基本技术参数 为了便于比较给出了两种型号大型直流电机 ＺＤ３１５／１３４和ＺＤ３１５／１４２的基本技术参数，其中括号中的数据为型号ＺＤ３１５／１４２的参数；转子轴空心轴（实心轴）结构（如图１和２所示），额定功率 ４１００ｋｗ（５７５０ｋＷ），额定电压７５０Ｖ（１０００Ｖ）；基速 ４０ｒ／ｍｉｎ，基速及以下恒转矩调压调速，２．５倍额定电流过载，２．７５倍额定电流切断；高速８０ｒ／ｍｉｎ，基速至高速恒功率弱磁调速，１．８倍额定电流过载，２倍额定电流切断；他励３００Ｖ（１００Ｖ），绝缘等级为Ｆ级绝缘和Ｂ级温升考核，ｓ１工作制连续运行；总重量１３３３００ｋｇ（２１１０００ｋｇ），转子单件重量６１２２０ｋｇ（８９６００ｋｇ），转子直径口３１５０ｍｍ，转子铁心长度 １３４０ｍｍ（１４２０ｍｍ），转子总长度６７８５ｍｍ（７４００ｍｍ）。 中空轴部分 图１电机转子轴的空心轴结构空心楼板设计原理
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