《结构设计原理》课程设计.docx
《《结构设计原理》课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《结构设计原理》课程设计.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
《结构设计原理》课程设计
《预应力混凝土梁》课程设计
一•设计资料
（一）主梁跨径和全长
标准跨径：
|标30m;计算跨径：
I计29.2m;主梁全长：
I全29.96m。
（二）设计荷载
公路一I级
（三）环境
I类环境
（四）材料
预应力筋均采用ASTMA416—97a标准的低松弛钢绞线（1X7标准型），d=15.24mm,
Ap140mm2,抗拉强度标准值fpk1860MPa,抗拉强度设计值fpd1260MPa,弹性模量Ep1.95105MPa。
锚具采用夹片式群锚。
非预应力钢筋采用：
R235级钢筋，抗拉强度标准值fsk235MPa,抗拉强度设计值fsd195MPa，钢筋弹性模量Es2.1105MPa；HRB335级钢筋，抗拉强度标准值fsk335MPa，抗拉强度设计值fsd280MPa，钢筋弹性模量Es2.0105MPa。
混凝土：
梁体采用C50,Ec3.45104MPa，抗压强度标准值J32.4MPa，抗压强度设计
值fcd22.4MPa;抗拉强度标准值ftk2.65MPa，抗拉强度设计值ftd1.83MPa。
（五）施工方法
采用后张法施工，预留孔道采用预埋金属波纹管成型，钢绞线两端同时张拉，张拉控制应力
3
按规范选取。
桥面采用沥青混凝土桥面铺装层，厚100mm,重力密度23.0~24.0kN/m。
（六）已知内力
汽车荷载效应标准值（弯矩：
kN-m,剪力：
kN）
跨中截面
L/4截面
变化点截面
支点截面
Mmax
Vmax
Mmax
Vmax
Mmax
Vmax
Mmax
Vmax
2935
183
2201
325
1640
370
0
466.6
（七）主梁尺寸
IIIII
11一11
二•设计成果及要求
（一）设计计算书一份。
内容包括：
1根据正截面抗弯及斜截面抗剪设计预应力筋及腹筋；
2、梁的正截面抗弯承载力验算
3、梁的斜截面抗剪承载力验算
4、施工阶段应力验算
5、使用阶段应力验算
6、局部承压验算
7、变形验算
（二）施工图1~2张
1梁的一般构造图
2、预应力钢束构造图
3、梁的横截面图
4、其它构造图
三•主梁全截面几何特性
（一）受压翼缘有效宽度bf的计算
按《公路桥规》规定，T形截面受压翼缘有效宽度bf，取下列三者中的最小值：
1、简支梁计算跨径的邑，即土292009733mm；
333
2、相邻两梁的平均间距，对于中梁为2500mm;
3、（b2bh12hf）,这里b=160mm,bh380mm,h'f150mm，又—-，则取
bh383
b6hn12hf160650121502260mm。
故取受压翼缘有效宽度为bf2260mm。
（二）全截面几何特性的计算
跨中及变化点截面计算结果如下：
全截面面积A774000mm2
全截面重心至粱顶的距离九649mm
全截面惯性矩I383.55109mm4
四•主梁内力计算
主累低响毁应组吾国
跨中截面
L二截面
变化点截面
支点截商
KN
卍或
j
㈣
砂
1期恒戟梅推值G1
1
19SD
0
14S3
Ij6
210
21
二期恒载标准值
2
0
460
42
0
S4
公路一1级汽车荷裁标准值
⑼
22&i
hr
1仙
口
Jfi-
［不计沖击系数）
5
公路-1级汽车荷戟标准值
4
3ES.605
皿1SF
25S3.6S5
351.9-?
40071
血ri
1（计沖*系數、冲击系
10.1.
1桑戟能力械3艮状恋计算的臺加组合
j
277-465
3671J55
706.365
455296$
£90.99-
1134065
正常使用极限状态按作用短期效应姐含计算的可要荷载惯计值
6
2054.J
12S.1
IJWJ
21-.5
1US
326.9
正常使用极限伏蕊按作埔收期效应组含计草的可变荷载设计•值
7
11“
75.2
8S0>
IjO
14S
1S5.S
0.4o
五•钢筋面积的估算及钢束布置
（一）预应力钢筋截面积估算
离为
设预应力钢筋截面重心距截面下缘为ap100mm，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距
epybap1251mm；钢筋估算时，截面性质近似取用全截面的性质来计算，跨中截面全截面面
采用4束6
15.24钢绞线，预应力钢筋的截面积为
Ap461393336mm2。
采用夹片式群
的20%估算，则可得需要预应力钢筋的面积为
锚，70金属波纹管成孔。
（二）预应力钢筋布置
1.跨中截面预应力钢筋的布置
参考已有的设计图纸并按《公路桥规》中的构造要求，对跨中截面的预应力钢筋进行初步布置
（a）预制梁端部（b）钢束在端部的锚固位置（c）跨中截面钢束位置
2.锚固面钢束布置
为使施工方便，全部4束预应力钢筋均锚于梁端（如图）。
这样布置的原则，不仅能满足张拉的要求，而且N1、N3在梁端均弯起较高，可以提供较大的预剪应力。
3•其他截面钢束位置及倾角计算
（1）钢束弯起形状、弯起角及弯曲半径
采用直线段中接圆弧曲线的方式弯曲；为使预应力筋的预加力垂直作用于锚垫板，N2、N3
和N4弯起角均取08°,N1弯起角均取012o;各钢束的弯曲半径为：
Rni45000mm;
RN330000mm;RN2RN415000mm。
（2）钢束各控制点位置的确定
以N4号钢束为例，
由Ldccot0确定导线点距锚固点的水平距离
由Lb2Rtan确定导线点距锚固点的水平距离
Lb2
所以弯起点至锚固点的水平距离为
Rtan-0
tan^
1049mm
2
LwLdLb2284610493895mm
则弯起点至跨中截面的水平距离为
29200
Xk（252）Lw14852389510957mm
2
根据圆弧切线的性质，图中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点的水平距离
相等，所以弯起点至导线点的水平距离为
Lb1Lb2cos°1049cos8°1039mm
故弯起点至跨中截面的水平距离为
（xkLb1Lb2）（1095710391049）13045mm
同理可计算N1、N2、N3的控制点位置，将各钢束的控制参数汇总于下表中。
各钢束弯曲控制要素表
钢束号升高
值c（m起角
勺0起半
正径R点（
弯起
€锚固点的水平距离
点距跨中截面水平距离弯止d（m
（mm）
:
点距跨中截面水平距离
（mm）
N1
1700
12
45000
70
1942
7414
N3
1000
8
30000
167
5554
9729
N2、N4
400
8
15000
252
10957
13045
（3）
（Xi
Xk）（Lb1
Lb2）时，i点位于靠近锚固端的直线段,
此时
0o，
Ci
（XiXkLb2）tan°
各截面钢束位置及倾角计算
各钢束位置ai及其倾角i计算值见下表。
各琵血J硏朿位臣及尺帧用计苒盍^3
计55鹫
（mm）*"
（mja）门
（Y,-）
fmm）"
J?
L）a
■Inwn）「
色■柑+农F*1
跨中截面・
X.-0^'
川丄心
1042E472-1
为负值*痫
2
0*3
100^
bbb4c'
&丄
10057^
2088^
1/4it面
Nl^
1942^
5472^-
阴5&P
320^
4它2
N3^
5554*^
417&^
1746*1
51^
151^
N2*J
1O957+1
2oaa^
两罚值・钢兩術汞花起•
iChP
。
卢
ltlg
变化点截面
A.-DTOOmjn-'
E47S^-
12«'
S44*
744-1
N3<'
bbb4*J
4丄畑，
4丄4*5*
288*'
ay呂,
N4严
1QD&7'1
20S8-1
为负值*翻
g
g
ICO-1
文总戯面
N2
104"
斥47加
1265B^
12^
1785^
N3^
5554*^
4175^
只Tigg
2
S3*713卢
1D7S*?
N2^'
LQSBT+J
2068*-
364"1
a*3
365^
4GN
六•主梁截面几何特性计算
T形梁从施工
后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性应根据不同的受力阶段分别计算。
本例中的到运营经历了如下三个阶段。
1、主梁预制并张拉预应力钢筋
主梁混凝土达到设计强度的90%后，进行预应力的张拉，此时其截面特性计算中应扣除预应力管
道的影响，T形翼板宽度为2500mm。
2、灌浆封顶，主梁吊装就位并
预应力钢筋张拉完成并进行管道压浆、封锚后，预应力钢筋能够参与截面受力。
此时的截面特性计
算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面，T形翼板宽度仍为2500mm。
3、桥面施工和运营阶段
桥面施工后，主梁即为全截面参与工作，此时截面特性计算采用计入预应力钢筋影响的换算截面，T形翼板有效宽度为2260mm。
各控制截面不同阶段肘観面几何特性
计豐截面
A
vL
Cmm）
（rem、（EG）
J（
护（XlO'mmj
Cx10W）
W%
阶段1:
空中截面
772.84&
B32
1318
121S
343.42
5.（34
261
2.82
772.646
BBS
1315
1075
343.36
5.09
2.65
32S
喪化点截面
E世
口诣
字］
35E.59
巳12
2.阳
4,
支占番面
11E9.55
7B2
1236
183
454.52
5.96
3.67
2464
阶段2：
跨中議面
773,66T
719
1281
nei
376.87
5汶
2T4
3.IS
IV儼面
7T3.C&T
71&
1294
990
371.93
5.13
Z9
3TO
变化点截面
773.6&T
714
1286
822
368.81
5-17
2.S7
449
1134.IT
76&
1234
IT勺
4552S
5.94
3.6^
2544
阶段3：
跨中老面
737.曲丁
S79
£321
1221
37&.S7
S.弗
2.S5
3.（K
U/4議面
737.66T
57&
10G4
3Ti.93
5.5
261
3.常
变化点戳面
737.667
S74
1326
862
368.81
5.47
2.78
支点老面
1O93J7
T25
屹T4
219
45529
&.27
357
20,T9
七•持久状况截面承载能力极限状态计算
（一）正截面承载力计算
一般取弯矩最大的跨中截面进行正截面承载力计算
1、求受压区高度x
先按第一类T形截面梁，略去构造钢筋影响，
受压区全部位于翼缘板内，则此梁确为第一类T形截面梁。
2、正截面承载力计算
跨中截面弯矩组合设计值
Md
7561.647kNm。
h0ha20001001900mm
截面抗弯承载力Mufcdbfx（h0x/2）
22.4226083.0（190083.0/2）7809.03106
7809.03kNm0Md（1.07561.6477561.647kNm）
跨中截面正截面承载力满足要求
（二）斜截面承载力计算
1•斜截面抗剪承载力计算
预应力混凝土简支梁应对按规定需要验算的各个截面进行斜截面抗剪承载力验算，以下以变化点截
面处的斜截面为例进行斜截面抗剪承载力验算。
验算截面处剪力组合设计值V890.994kN，混凝土强度等级fcu,k50MPa，腹板厚度b160mm，
纵向受拉钢筋合力点距截面下缘的距离为a410.7mm，所以相应于剪力组合设计值处的截面有效高
度％2000410.71589.3mm；预应力提高系数a?
1.25;代入上式得0Vd1.0890.994kN
0.50103a2ftdbh00.501031.251.831601589.3290.842kN0Vd
0.51103、：
'fTTbh00.51103V'501601589.3917.025kN0Vd
计算表明，截面尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋。
斜截面抗剪承载力：
异号弯矩影响系数!
1.0，预应力提高系数21.25，受压翼缘影响系数
…Ap3336
31.1；P100100匕1001.312
bh01601589.3
箍筋选用双肢直径为10mm的HRB335钢筋，fsv280MPa，间距Sv200mm，则
Asv278.54157.08mm2，故费也157.080.00491；sinp0.115
svb200160p
Vcs123°.4510bh0¥（20.6p）fcu,ksvfsv
3
1.01.251.10.45101601589.3
（20.61.312）500.00491280
819.007kN
3
Vpb0.7510fpdApdsinp
0.75103126033360.115
362.54kN
VcsVpb819.007362.541181.5470Vd890.994
变化点截面处斜截面抗剪满足要求。
八•钢束预应力损失估算
预应力钢筋张拉（锚下）控制应力
con
按《公路桥规》规定采用
con
0.75fpk0.75I8601395MPa
（二）钢束应力损失
1、预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失
11con[1e（鋼
对于跨中截面：
xl/2d；d为锚固点到支点中心的水平距离；采用预埋金属波纹管成型时，预应力钢筋与管道壁的摩擦系数及管道每米局部偏差对摩擦的影响系数、k分别为
0.25,k0.0015。
为从张拉端到跨中截面间，管道平面转过的角度，这里N1、N2、N3、N4
均只有竖弯，其角度为N10112o,n2n3n48o。
跨中截面各钢束摩擦应力损失值l1见下表。
跨中截面摩擦应力损失计算表4
钢束
编号
x
（m）
kx
“（kx）
1e
con
（MPa）
11
（MPa）
（o）
弧度
N1
12
0.2094
0.0524
14.67
0.0220
0.0717
1395
100.0215
N3
8
0.1396
0.0349
14.767
0.0222
0.0555
1395
77.4225
N2、N4
8
0.1396
0.0349
14.852
0.0223
0.0556
1395
77.562
平均值
83.142
同理，可算出其他控制截面处的|1值。
各截面摩擦损失值n的平均值的计算结果列于下表。
各设计控制截面M平均值
截面
跨中
l/4
变化点
支点
|1平均值（MPa）
83.142
53.847
34.470
0.418
力引起的预应力损失,
i）/1；0为张拉端控制应力,
l为扣除沿途管道摩擦损失后锚
d
（0
2、锚具变形、钢丝回缩引起应力损失的（吃）
反摩阻影响长度|f
lEp/d
张拉端锚具变形值
l，查表得夹片式锚具顶压张拉时
l为4mm，
d为单位长度由管道摩阻
计算锚具变形、钢筋收缩引起的应力损失，后张法曲线布筋的构件应考虑锚固后反摩阻的影响。
固端预拉应力，l011;l为张拉端至锚固端的距离，这里的锚固端为跨中截面。
将各束预应力
钢筋的反摩阻影响长度列表计算于下表中。
反摩阻影响长度计算表表
钢束编号
0con（MPa）
l1
（MP）
a
l011（MP；
）l（mm）
d（0l）/l（MP；/
mmf（mm）
N1
1395
100.022
1294.978
14670
0.006818
10696
N3
1395
77.423
1317.577
14767
0.005243
12197
N2、N4
1395
77.562
1317.438
14852
0.005222
12221
求得If后可知三束预应力钢绞线均满足Ifl，所以距张拉端为x处的截面由锚具变形和钢筋回缩
摩阻力影响。
各控制截面x（l2）的计算列于下表。
锚具变形弓I起的预应力损失计算表表3」
计篡截面，
钢束編号」
2
（mm）*21
If
V
A（7
Onni）®
◎、
■iA
各揑制議面＜7：
平
均佰「
跨中越面*
N1-
14670+J
10695^
145.851-
截面不夷反摩阻影响
0.000衣
147&7^
12197*?
127.093^
148^
12221
127.S47*
1/4截面
N1-
⑶2
ID的冈
14E.851+
39.771
4S.332Q
盼
7467^
12197
127.899^
49.502、
TB62^
12221^
127.041^
&5.722
变化点截面
N1
4970*3
10696^
145.851-
6E.469■
75,&18屮
H3-
12咏
127.8W
74.619*
5152P
12221
127.647*
84.365，
支点祓面
N1-
70p
145.8Sb
127,062*
13L936P
NW
ie?
j
12197*1
127.899^
125.839-
M2、M4p
252^
13221^
127.S47^
142,£44*
3、预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失（I4）
对于简支梁可取1/4截面进行计算。
EP
EP
EC
1.95105
3.35104
5.82;全部预应力筋（m批）的合力Np在其作用点（全部预应力钢筋中心
张拉批数m=4;张拉时混凝土的实际强度等级fck0.9C50C45，E；3.35104MPa，故
点）处产生的混凝土正应力:
Np（con
11
12）Ap
（139553.84748.332）33364312.85kN
pc
所以,
l4
Np
Npe2
3
4312.8510
772.846103
4312.8510310752
19.867MPa
34886109
2m
EP
pc
41
5.8219.86743.36MPa
4
4、钢筋松弛引起的预应力损失（
l5）
采用超张拉,
张拉系数
0.9；对于低松弛钢绞线，钢筋松弛系数
0.3;传力锚固时的钢筋应
力,
pecon
11l2
l4139553.84748.332
43.36
1249.461MPa
所以,
l5
（0.52严
fpk
0.26）
pe
0.9
0.3（0.52
1249.461
-1^0-°26）1249461
30.13MPa
5、混凝土收缩、徐变引起的损失
l6）
混凝土收缩、徐变终极值引起的受拉区预应力钢筋的应力损失
0.9[Epcs（tu，t°）EPpc（tu，t°）
16（tu）
115
ps
取相应的徐变系数终极值为
（tu，t0）（tu,20）1.69;
（tu，
t。
）（tu,90）1.36；混凝土收缩
应变终极值为
cs（tu，
t0）
104
跨中截面NPI
（con
lI
）Ap
（139583.1420
43.36）
3336
4231.709kN
（Npi
PC,l/2（A
An
Npi
2
ep
n
（tu，90）Mg2
4231.709103
（tu,20）
4231.709103
772.846103
15.148MPa
W°p
12182
343.42109
19801061.36
2.821081.70
61310^
108
3.09
l/4截面Npi
（139553.847
48.33243.36）
33364168.202
pc,l/4
4168.202103
4168.202103
772.846103
11.679MPa
10752
348.86109
1980106
3.25108
1.36
1.70
613106
3.43108
所以—pc（15.14811.679）/2
13.414MPa
硬0.00452
3336
Ap
A737.667
EP5.652
2
1ePS
peI~2~
i
2
eps
I0/A0
，取跨中与|/4截面的平均值，则有
跨中截面epS
eP
1221mm
l/4截面eps
ep
1084mm
所以eps
（1221
1084）/21152.5mm
737.667103mm2
994
（376.87371.93）10/2374.410mm
PS
11152.52/（374.4109/737.667103）3.617
将以上各项代入得
1150.004523.617
升级会员 