《结构设计原理》课程设计

郑州大学专本套读道路与桥梁技术专业《结构设计原理》课程设计姓名：准考证号：助考学校：河南交通职业技术学院时间：2014年06月10日预应力混凝土简支梁T形梁桥设计计算目录一、计算资料及构造布置……………………………………………………………………1（一）设计资料……………………………………………………………………………1（二）横截面布置…………………………………………………………………………2（三）横截面沿跨长的变化………………………………………………………………3（四）横隔梁的设置………………………………………………………………………7二、主梁作用效应计算………………………………………………………………………7（一）永久计算集度………………………………………………………………………7（二）可变作用效应计算…………………………………………………………………10（三）主梁作用效应组合…………………………………………………………………15三、预应力钢束估算及其布置………………………………………………………………23（一）跨中截面钢束的估算………………………………………………………………23（二）预应力钢筋的布置…………………………………………………………………24四、中梁截面几何特性计算…………………………………………………………………27五、持久状况截面承载能力极限状态计算…………………………………………………29（一）正截面承载力计算…………………………………………………………………29（二）斜截面承载力计算…………………………………………………………………29六、钢束预应力损失估算……………………………………………………………………31（一）控制应力con计算…………………………………………………………………31（二）钢束应力损失计算…………………………………………………………………311预应力损失1l计算…………………………………………………………………312预应力损失2l计算…………………………………………………………………323预应力损失4l计算…………………………………………………………………334预应力损失5l计算…………………………………………………………………345预应力损失6l计算…………………………………………………………………34七、应力验算…………………………………………………………………………………35（一）短暂状况的正应力验算……………………………………………………………35（二）持久状况的正应力计算……………………………………………………………36（三）持久状况下的混凝土主应力验算…………………………………………………37八、抗裂性验算………………………………………………………………………………40(一)短期效应组合作用正截面抗裂验算………………………………………………40（二）短期效应组合作用斜截面抗裂验算………………………………………………40九、主梁变形（挠度）计算…………………………………………………………………42十、锚固局部承压计算………………………………………………………………………42十一、设计小结………………………………………………………………………………451第1章设计资料及构造布置一、设计资料1.桥跨及桥宽计算跨径：22.00plm桥面净空：净一8.520.7510mmm2.设计荷载：公路一Ⅱ级，人群荷载：23.5/kNm，人行道重力取13/kNm。3.材料及工艺混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。预应力钢筋应采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的s11.1钢绞线，每束7根。全梁配4束，抗拉强度标准值1860pkfMpa，抗拉强度设计值1260pdfMPa。公称面积274.2mm。弹性模量51.9510pEMPa；锚具采用夹板式群锚。普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB400钢筋，直径小于12mm的均采用HRB335钢筋。按后张法施工工艺制作桥梁，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，主梁安装就位后现浇60mm宽的湿接缝。最后施工100mm厚的沥青桥面铺装层。4.设计依据(1).交通部颁《公路工程技术指标》（JTGB01-2003）；(2).交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；(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》（JTGD62-2004）.二、横截面布置1.主梁间距与主梁片数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下适当加宽T梁翼板。本课程设计中翼板宽度为2000mm，由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头。净一8.520.7510mmm的桥宽选用5片主梁，如图1-1所示：2图1-1结构尺寸图（尺寸单位：mm）2.主梁跨中截面主要尺寸拟定（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15-1/25之间，标准设计中高跨比约在1/18-1/19之间。本课程设计采用1470mm的主梁高度。（2）主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的要求，这里取预制T梁的翼板厚度为150mm，翼板根部加厚到250mm，以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定。同时从腹板本身的稳定性条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15，因此取腹板厚度为200mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄的总面积占总面积的10%-20%为宜。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对钢束净距及预留管道的构造要求，初步拟定马蹄宽度为520mm，高度为220mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度150mm，以减小局部预应力。按照以上拟定的外形尺寸，就可以绘出预应力梁的跨中截面图（见图1-2）3图1-2跨中截面尺寸图（尺寸单位：mm）（3）计算截面几何特性将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算，见表1-1：名称分块面积)(A2cmi（1）分块面积形心至上缘距离iy()cm（2）分块面积上缘静钜)(3cmyASiii（3）=（1）×（2）分块面积的自身惯性矩Ii（4）距离)(cmyydini（5）分块面积对截面形心惯性矩xI（6）=（1）×（5）2xiIII（7）=（4）+（6）翼缘30007.5225005625044.8740460410386097288三角承托45016.7751562535.67404572686.7573311.7腹板2200701540002218333.3-17.626683483.82901817下三角240120288003000-67.62610975851100585马蹄114413615558446141.333-83.62680003368046478703436839918719480注：大毛截面形心至上缘距离：52.37404iniSycmA3683997034（4）受压翼缘有效宽度fb按《桥规》规定T形截面梁受压翼缘有效宽度fb取下列三者中的最小值：1）简支梁计算跨径的31；2）相邻两梁的平均间距，对于中梁为2000mm；3）)122(fhhbb，式中b为梁腹板宽度，hb为承托长度，fh为受压区翼缘悬出板4的厚度150mm,所以mmhbbfh340050122700200)122(所以受压翼缘的有效宽度为mmbf2000。（5）检验截面效率指标（希望在0.5以上）上核心距：25.14648(15055.51)siuIKcmAy187194807034下核心距：14.77279703455.51xibIKcmAy18719480截面效率指标：5.0572.0hKKKxsx表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。三、横截面沿跨长的变化如图1-1所示，本设计主梁采用等高形式。横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变，为布置锚具的需要，在距离梁端1500mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢筋束弯起而从六分点附近（第一道横梁处）开始向支点逐渐抬高在马蹄抬高的同时，腹板宽度亦开始变化。四、横隔梁的设置为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道横隔梁。本设计在桥跨中点和四分点设置5道横隔梁，其间距为5.5m，段横隔梁高度为1100mm，厚度为上部260mm，下部240mm。中横隔梁高为1100mm，厚度为上部180mm，下部160mm。详见图1-1所示。第2章主梁作用效应计算根据上述梁跨结构纵横截面的布置，并通过可变荷载作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求出各主梁控制截面（一般取跨中，四分点，变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。一、永久荷载效应计算1.永久计算集度（1）预制梁自重○1跨中截面段主梁的自重（四分点，截面至跨中截面，长5.5m）10.63785265.589.78255()GkN○2马蹄抬高段梁的自重（长4025mm）23.800(0.851250.72875)2678.052()2GkN○3腹板变宽段的自重（长0.3m）30.3(0.851251.0875)267.561125()2GkN○4支点段梁的自重（长1.5m）541.0875261.542.4125()GkN○5边梁的横隔板梁1）中横隔板梁体积30.171.10.90.50.50.90.50.150.1750.127818(m)A中边（）2）端横隔梁体积30.251.10.7250.50.40.7250.163125(m)A端边（）3）半跨内横梁重力额为4(1.50.12781810.163125)8.8736()GkN○6中主梁的横隔板1）中隔板梁体积320.171.10.90.50.50.90.50.150.1750.2556(m)（）2）端横隔板体积320.251.10.7250.50.40.7250.32625(m)（）3）故半跨内横梁重力5(1.50.255610.32625)17.7423()GkN○7与质量主梁永久作用集度389.7825578.0527.56112542.412519.19015(/)11.35gkNm○8边梁横隔板永久作用集度'28.87360.7683(/)11.35gkNm○9主梁横隔板永久作用集度217.74231.5362(/)11.35gkNm（2）二期永久作用○1现浇T梁翼板集度：0.150.32252.25(/)kNm○2铺装6cm厚的混凝土三角垫层，横坡1.5%：(0.068.54.250.0154.25)2519.52(/)kNm2cm沥青铺装：0.028.5233.91(/)kNm若将桥面铺装均摊给5片梁，则：1(19.523.91)4.686(/)5gkNm○3栏杆一侧人行栏：1.52/kNm6一侧防撞栏：4.99/kNm一侧人行道：13/kNm若将桥面两侧人行栏，防撞栏，人行道分摊给5片主梁，则：(2)(1.524.9913/2)255.204(/)gKNm○4梁的在、二期永久作用集度14.6865.2042.2512.14(/)gkNm2.永久作用效应如图1-3所示，设x为计算截面离左支座距离，并令lx图1-3永久作用效应计算图边、主梁的永久作用效应计算表见表1-2和表1-3表1-2边梁永