预应力混凝土A类结构设计原理课程设计

本科课程设计预应力混凝土简支梁设计2011年1月9日-1-目录广东工业大学课程设计任务书-----------------------------------------2部分混凝土A类简支梁设计--------------------------------------------71.主梁全截面几何特性--------------------------------------------------------71.1受压翼缘有效宽度的计算-----------------------------------------------71.2全截面几何特性的计算-------------------------------------------------72.预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置-----------------------------------82.1预应力钢筋数量的确定-------------------------------------------------82.2普通钢筋数量的确定---------------------------------------------------92.3预应力钢筋及普通钢筋的布置------------------------------------------103.主梁截面几何特性计算-----------------------------------------------------114.承载能力极限状态计算-----------------------------------------------------114.1正截面承载力计算----------------------------------------------------114.2斜截面承载力计算----------------------------------------------------125.钢束预应力损失估算-------------------------------------------------------135.1预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失------------------------------135.2锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失------------------------------------145.3预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失--------------------155.4.钢筋松弛引起的预应力损失-------------------------------------------165.5混凝土收缩、徐变引起的损失------------------------------------------165.6预应力收缩组合------------------------------------------------------176.应力验算-----------------------------------------------------------------176.1短暂状况的正应力验算------------------------------------------------176.2持久状况的正应力验算------------------------------------------------186.2.1跨中截面混凝土正应力验算--------------------------------------186.2.2持久状况下预应力钢筋的应力验算--------------------------------186.3持久状况下的混凝土主应力验算----------------------------------------197．抗裂性验算---------------------------------------------------------------207.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂性验算----------------------------208.主梁变形（挠度）计算-----------------------------------------------------218.1使用阶段的挠度计算--------------------------------------------------218.2预加力引起的反拱计算及预拱度的设置----------------------------------229锚固区局部承压计算--------------------------------------------------------229.1局部受压区尺寸要求--------------------------------------------------229.2局部抗压承载力计算--------------------------------------------------23-2-课程设计任务书一、课程设计的内容根据给定的桥梁基本设计资料（主要结构尺寸、计算内力等）设计预应力混凝土简支T形主梁。主要内容包括：1．预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置；2．截面几何性质计算；3．承载能力极限状态计算（正截面与斜截面承载力计算）；4．预应力损失估算；5．应力验算（短暂状况和持久状况的应力验算）；6．抗裂验算（正截面与斜截面抗裂验算）或裂缝宽度计算；7．主梁变形（挠度）计算；8．锚固局部承压计算与锚固区设计；9．绘制主梁施工图。二、课程设计的要求与数据通过预应力混凝土简支T形梁桥的一片主梁设计，要求掌握设计过程的数值计算方法及有关构造要求规定，并绘制施工图。要求：设计合理、计算无误、绘图规范。（一）基本设计资料1．桥面净空：净14+21.0m2．设计荷载：公路—Ⅰ级荷载，人群荷载3.52kN/m，结构重要性系数0=1.03．环境标准:Ⅱ类环境4．材料性能参数（1）混凝土强度等级为C50，主要强度指标为：强度标准值ckf=32.4MPa，tkf=2.65MPa强度设计值cdf=22.4MPa，tdf=1.83MPa弹性模量cE=3.45410MPa（2）预应力钢筋采用ASTMA416—97a标准的低松弛钢绞线（17标准型），其强度指标为：抗拉强度标准值pkf=1860MPa抗拉强度设计值pdf=1260MPa弹性模量pE=1.95510MPa-3-相对界限受压区高度b=0.4，pu=0.2563公称直径为15.24mm，公称面积为140mm2（3）非预应力钢筋1）纵向抗拉非预应力钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为：抗拉强度标准值skf=400MPa抗拉强度设计值sdf=330MPa弹性模量sE=2.0510MPa相对界限受压区高度b=0.53，pu=0.19852）箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为：抗拉强度标准值skf=335MPa抗拉强度设计值sdf=280MPa弹性模量sE=2.0510MPa图1主梁跨中截面尺寸（尺寸单位：mm）5．主要结构尺寸主梁标准跨径kL=25m，梁全长24.96m，计算跨径fL=24.3m。主梁高度h=1400mm，主梁间距S=1600mm，其中主梁上翼缘预制部分宽为1580mm，现浇段宽为20mm，全桥由9片梁组成。主梁跨中截面尺寸如图1所示。主梁支点截面或锚固截面的梁肋宽度为360mm。（二）内力计算结果摘录1．恒载内力（1）预制主梁的自重1pg=11.45kN/m（2）二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆）2pg=6.51kN/m恒载内力计算结果见表1。2．活载内力汽车荷载按公路—Ⅰ级荷载计算，冲击系数1=1.193，人群荷载按3.52kN/m计-4-算。活载内力以2号梁为准。活载内力计算结果见表2。3．内力组合（1）基本组合（用于承载能力极限状态计算）Q2kQ1kG2kG1kd12.14.1)(2.1MMMMMQ2kQ1kG2kG1kd12.14.1)(2.1VVVVV（2）短期组合（用于正常使用极限状态计算）Q2kQ1kG2kG1kS17.0)(MMMMM（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）)1(4.0)(Q2kQ1kG2kG1klMMMMM各种情况下的组合结果见表3。表1恒载内力计算结果截面位置距支点截面距离)m(x预制梁自重二期恒载弯矩剪力弯矩剪力G1kM（kN.m）G1kV（kN）G2kM（kN.m）G2kV（kN）支点0.00.0138.690.079.1变截面1.3170.65123.8597.3370.644/L6.075631.969.34360.439.55跨中12.15842.560.0480.510.0表2活载内力计算结果截面位置距支点截面距离)m(x公路—Ⅰ级人群荷载弯矩剪力弯矩剪力Q1kM(kN.m)对应V（kN）Q1kV（kN）对应M(kN.m)Q2kM(kN.m)对应V（kN）Q2kV（kN）对应M(kN.m)支点0.00.0351.14398.030.00.036.4736.470.0变截面1.3377.91285.5324.64421.6739.2528.5128.637.154/L6.0751003.64111.83173.551054.31104.249.412.8778.18跨中12.151342.9273.81106.931299.17139.480.05.7469.74-5-注：车辆荷载内力Q1kM、Q1kV中已计入冲击系数1=1.193。表3荷载内力计算结果截面位置项目基本组合dS短期组合sS长期组合lSdMdVsMsVlMlV（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）支点最大弯矩0.0793.790.0460.290.0350.11最大剪力0.0859.440.0487.810.0365.83变截面最大弯矩894.61665.02528.97390.52410.39301.62最大剪力953.52719.92552.55413.57451.51335.794/L最大弯矩2712.61297.761685.43183.911370.51150.15最大剪力2754.36388.051689.10223.591377.07172.23跨中最大弯矩3623.99103.332250.5243.311829.1324.75最大剪力3484.63156.132155.1168.481786.5638.15（三）施工方法要点后张法施工，采用金属波纹管和夹片锚具，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，当混凝土达到设计强度时进行张拉，张拉顺序与钢束序号相同。（四）设计要求1．方案一：按全预应力混凝土设计预应力混凝土T形主梁。2．方案二：按部分预应力混凝土A类构件设计预应力混凝土T形主梁。3．方案三：按部分预应力混凝土B类构件（允许裂缝宽度为0.1mm）设计预应力混凝土T形主梁。※学生应按指导教师要求选择其中一个方案进行设计。三、课程设计应完成的工作1．编制计算说明书；2．绘制施工图（主要包括：主梁支点横断面图、主梁跨中横断面图、主梁钢束布置图、主梁混凝土数量表、主梁钢束数量表）。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1布置任务，收集资料，预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置教2-20101.03-042截面几何性质计算，承载能力极限状态计算教2-20101.053预应力损失计算，应力验算教2-20101.064抗裂验算或裂缝宽度计算，变形（挠度）计算教2-20101.075绘制主要构造图，整理计算说明书，上交设计成果教2-20101.08-09-6-五、应收集的资料及主要参考文献[1]叶见曙.结构设计原理(第二版).北京:人民交通出版社,2005[2]张树仁等.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计