空心板手算计算书

整体式钢筋混凝土空心板（牛泥塘中桥）计算书跨径：13米(5×净13.0米)计算：复核：审核：湖南省长沙理工大学2010年6月1一、计算资料1、标准跨径：13.0m2、计算跨径：12.96m3、设计荷载：公路－Ⅰ级4、材料：(1)普通钢筋：HRB335钢筋，其技术指标见表-1。表－1种类弹性模量Es抗拉强度标准值ƒsk抗拉强度设计值ƒsdHRB335钢筋2.0×105MPa335MPa280MPa(2)空心板混凝土：现浇空心板以及桥面铺装、空心板封头、防撞护栏均采用C30混凝土，桥面面层为沥青砼。技术指标见表-2。表－2强度等级弹性模量Ec轴心抗压强度设计值ƒcd轴心抗拉强度设计值ƒtdC303.0×104MPa13.8MPa1.52MPa5、设计依据：(1)中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），简称《公预规》。(3)《公路桥涵设计手册－梁桥（上册）》（1998年1月第一版第二次印刷），简称《梁桥》。(4)中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）。二、结构尺寸本桥按高速公路桥梁设计，取上部独立桥梁进行计算，桥面净宽9.5米，两侧为安全护栏，全桥采用整体式空心板，水泥砼铺装厚10cm，沥青砼厚10cm。桥梁的边（1.985m）板进行计算，桥梁横断面及边板尺寸如图1，图2所示（尺寸单位：mm）图1图22空心板立面如图3所示（尺寸单位：cm）图3空心板的标准跨径为13m，计算跨径l＝12.96m。空心板的具体构造见空心板一般构造图三、各块板汽车荷载横向分布系数mc计算1、采用刚接板法计算计算边板的mc将本例桥宽分为5等分宽则b1=10.5/5=2.1.L=13代入公式，得γ=1.45（b1/L）2=1.45（2.1/13）2=0.0343β=4.06（b1/L）4=4.06（2.1/13）4=0.003依γβ由《梁桥》（上册）第二篇表2-2-2查得η值，如下表所示：3绘制边板的横向分布影响线，并在其上布置设计荷载，求出边板的横向分布系数。则1号板的横向分布系数：Mc=1/2(0.299+0.2563+0.2272+0.1893)=0.48591号板最不利，故按1号板进行设计。四、活载作用内力计算公路－Ⅰ级集中荷载Pk计算弯矩效应：4.198)56.9(550180360180kPkN剪力效应：Pk=1.2×198.4=238.1kN(1)汽车冲击系数计算a.桥梁的自振频率（基频）计算据《公路桥涵设计通用规范》条文说明4.3.2，简支梁桥的自振频率（基频）ƒ1可采用下式计算：gGmmEIclfcccc/221本桥各参数取值如下：l＝13mE＝Ec＝3.00×104MPa=3.00×1010N/m2。据桥博计算可知Ic边板=0.05491m4，在AUTOCAD中作图量测得到边板跨中截面截面面积：A边板跨中=0.82615m2，G边板=A边板跨中×γ＝0.82615×25000＝20653.75N/m4g＝9.8（m/s2）mc边板=G边板/g＝20653.75/9.8＝2107.53（Ns2/m2）21.853.210705491.0103.001321021边板f(Hz)b.汽车荷载冲击系数计算由上计算得：1.5Hz≤f1边板≤14Hz据《公路桥涵设计通用规范》4.3.2：36.00157.021.8ln1767.00157.0ln1767.01边板边板f(6)计算支点截面汽车荷载最大剪力绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线：图4支点剪力计算图示(6)-1．边板：Q0均＝（1+μ）˙ξ[mcΩ+a/2(m0-mc)y]＝1.36×0.78×10.5×[0.2107×4.8+2.1/2×(0.47-0.2107)×0.7]=13.39kNQ0集＝（1+μ）˙ξmiPkyi=1.36×0.78×0.47×238.1×1=118.71kN则，公路－Ⅰ级作用下，边板支点的最大剪力为：Q0＝Q0均+Q0集＝13.39+118.71＝132.1kN五、恒载计算51.桥面铺装、分隔带及护栏重力中央分隔带及护栏的重力取用两侧共计：6.79kN/m桥面铺装0.1×9.5×24+0.1×9.5×24=45.6kN/m平均分配：g1=(6.79+45.6)/9=5.82kN/m3.行车道板重力g3边＝0.82615×24＝19.83kN/m恒载总重：g边=g1+g3边=5.82+19.83=25.65kN/m根据恒载集度计算所得恒载内力如下表：表－3恒载内力荷载g(kN/m)L(m)M(kN•m)Q(kN)跨中1/8gL21/4跨3/32gL2Q支点1/2gLQ1/4点1/4gL边板单块板重19.8313418.9314.18128.8964.45全部恒载25.6513541.86406.39166.7383.36五、内力组合表－4边板内力组合序号荷载类别弯矩M(kN•m)剪力Q(kN)四分点跨中梁端四分点跨中(1)结构自重406.39541.86166.7383.360(2)汽车荷载171.67229.16143.0179.4150.53(3)1.2×(1)487.67650.23200.08100.030(4)1.4×(2)240.33320.82200.21111.1770.74(5)Sud=(3)+(4)728.0971.05400.29211.270.74四、正截面抗弯承载力验算1.已知数据及要求见前一、二所述。荷载内力见表－9。2.边板跨中截面的纵向受拉钢筋计算(1).确定中性轴的位置形心位置：在CAD中，量测得形心离下缘高度为35cm,面积为：8163cm2(2).将空心板截面按抗弯等效的原则，换算为等效工字形截面的方法是在保持截面面积、惯性矩和形心位置不变的条件下，将空心板的圆孔（直径为D）换算为bk、hk的矩形孔。本板的等效图形如图8。图56等效矩形的bk、hk分别为32.4550636330.43502323DbDhkk在保持原截面高度、宽度及圆孔形心位置不变的情况下，等效工字形截面尺寸为：上翼缘厚度19232352/'1kfhyhcm下翼缘厚度19232352/2kfhyhcm腹板厚度36.11932.4522102kfbbbcmb'f=bf=210cm3.正截面抗弯计算空心板采用双排钢筋配筋，下面一排21φ32，上面一排为3φ20，总配筋为21φ32+3φ20，经计算纵向受拉钢筋合力作用点到截面受拉边缘距离as=40+32/2＝56mm，板的有效高度h0=700-56=644mm，As=8163cm2。判别截面类型，当x=h’f时，截面所能承受的弯矩设计值为：mkNMmkNmmNhhhbfdfffcd88.5623023103023)2190644(19021008.13)2'(''060故应按xh’f，中性轴位于翼板内，即属于第一类T形，应按矩形截面计算。按梁的实际配筋情况，计算混凝土受压区高度x：由ssdssdfcdAfAfxbf'''取A’s=0则有：mmbfAfxfcdssd19.17021008.1317615280'xh’f=190mm，该截面所能承受的弯矩设计值为：mkNMmkNxhxbfMdfcddu88.56295.1383)219.170644(19.17021008.13)2('0该截面的抗弯承载力满足要求。七、斜截面抗剪承载力验算1、判断是否需要进行斜截面承载力验算根据构造要求，保持最下面21根钢筋通过支点。支点截面的有效高度h0=644mm其余截面因等截面，则有效高度同支点截面，则有：支座处：7)(0.668644119439.10.11050.025.125.11050.03023KNhbftd中板γ0Vd=400.29KN≥02325.11050.0hbftd中板，因此需进行斜截面承载力验算。2、截面尺寸是否满足要求支座处：KNbhfkcu93.21476441194301051.01051.030,3γ0Vd=400.29KN0,31051.0bhfkcu1、2计算表明截面尺寸满足要求，据《公预规》5.2.10，须进行斜截面抗剪强度验算。3、设计剪力分配支点剪力组合设计值γ0Vd=1400.29=400.29(KN)跨中剪力设计值)(74.7074.7012/,0KNVLd其中KNbhfVtdd4.534644119439.1105.01050.03030部分可不进行斜截面承载能力计算，箍筋按构造要求配置。不需进行斜截面承载力计算的区段半跨长度为：mmx914574.7029.40074.704.534213000'距支点h/2=70/2=35cm处的设计剪力值为Vd1=289.92KN。4、箍筋设计箍筋配筋率：0018.0000.0]19530)100644119472806.02/[()64411941045.01.195.173(])6.02/[()1045.06.0(min,23,,20331svVsdkcudsvffPbhaV根据箍筋配筋率最小配筋率的要求，取ρsv=0.0018。选用直径为8mm的四肢箍，单肢箍筋的面积Asv=50.27mm2，箍筋间距为：mmbnAssvsvv940018.0119427.5041在配置时，采用的是15×10，66×15，15×10，因此箍筋是满足要求的。5、斜截面抗弯验算由已知弯矩计算值，按式)(42maxxlxlMMx作出弯矩包络图见下图承载能力极限状态弯矩包络图86、斜截面抗剪强度复核按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定需对以下截面进行验算：(1)距支座中心h/2处的截面(2)受拉区弯起钢筋弯起点处截面，以及锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面(3)箍筋数量或间距有变化处的截面(4)受弯构件腹板宽度改变处的截面对于本板，需对距支座中心处h/2的截面，和箍筋数量有变化的截面进行验算。a、距支座中心h/2处的截面由图10可知距支座中心为1/2h处截面距跨中距离x＝650-18-35＝597cm，正截面有效高度h0=64.4cm，取斜截面抗影长度l’=65cm，则得到斜截面顶端位置，其截面与跨中距离：x=575-65=510cm，A处正截面的剪力Vax及相应的弯矩Max计算如下：9)(05.88)1397.541(88.562)41()(42.3731397.52)74.7029.400(74.702)(22221mKNlxMMKNlxVVVVduaxdmddmaxA处正截面有效高度h0=64.4cm=0.644m，则实际剪跨比m及斜截面投影长度C分别为：mmhchVMmaxax14.0644.0366.06.06.03366.0644.042.37305.8800将要复核图的斜截面为图所示AA’斜截面（虚线位置），斜角73.77)14.0644.0(tan)(tan101Ch斜截面内纵向受拉主钢筋有21φ32+3φ20，相应的主筋配筋率为：5.329.21006441194101761520bhAPs斜截面内配置在同一截面的箍筋有N6+N6a即2φ8，相应的箍筋配筋率为：0014.01194300502bsAvsvsv由上计算可得：KNVcs8402800011.030)48.16.02(64411941045.01.10.10.13KNAfVssbsdsb951.13945sin48.9422801075.0sin107