南工大部分预应力混凝土A类构件

南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日111级课程设计题目：部分预应力混凝土A类梁设计学院：交通学院专业：轨道交通方向班级：轨道班姓名：薛学长学号：指导教师：罗老板南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日2薛学长寄语：希望南工大学弟学妹能够按照模板自己算一遍，真心会有很多收获，尤其以后想从事结构建筑的，混凝土设计至关重要。其中，在后期预应力混凝土计算数据上我做的不是很到位，希望参考这份课设做的同学可以自己深入了解下。南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日3部分预应力混凝土A类梁设计（一）预应力钢筋及普通钢筋数量的确定及布置（1).预应力钢筋数量的确定及布置首先，根据跨中截面正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为WeAfWMNptkSpe17.0内力组合kQkQkGmkGPkGdMMMMMM2121112.14.1)(2.1kQkQkGmkGPkGdVVVVVV2121112.14.1)(2.1kQkQkGmkGPkGsMMMMMM2121117.0)(kQkQkGmkGPkGsVVVVVV2121117.0)(长期组合（用于正常使用极限状态计算）)1(4.0)(21211kQkQkGMkGPkGLMMMMMM)1(4.0)(21211kQkQkGMkGPkGLMVVVVV永久荷载内力计算结果(表1)截面位置距支点截面的距离x（mm）预制梁自重现浇段自重二期恒载弯矩剪力弯矩剪力弯矩剪力)(1mkNMPkG)(1kNVPkG)(1mkNMmkG)(1kNVmkG)(2mkNMkG)(2kNVkG支点00476.97080.730159.12变截面2000905.02428.05153.1872.45301.92142.8L/497503487.84238.49590.3440.371163.5779.56跨中195004650.460787.1201551.4203#梁可变荷载内力计算结果（表2）南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日4sM为荷载短期效应弯矩组合设计值，由荷载内力计算结果表3查得sM=8237.76mkN；A为加上现浇段的截面面积：296875025055015017519002001005001502500mmAcy为截面行心到底边的距离：mmyc12.1467968750125550250300175150)250950(1900200)31002150(50010022251502500'cy为截面行心到上底面的距离：'cymm88.83212.14672300cI为截面惯性矩，通过移轴定理以可求得cI412mm10×0.662833=xW为截面模量：910451793.0ccxyIWA、W为估算钢筋数量时近似采用毛截面几何性质。按跨中截面尺寸图给定的截面尺寸计算：cA9687502mm,cxymm1467.12,csy832.88mm,截面位置距支点截面的距离x（mm）车道荷载人群荷载最大弯矩最大剪力最大弯矩最大剪力mkNM对应剪力)(kNV对应弯矩mkNM对应剪力)(kNV对应弯矩支点00251.93251.930032.6932.690变截面2000576.38287.67263.171629.559.8632.5637.13135.65L/497501269124.73126.231206.18230.6732.4617.74183.68跨中195001747.9215.6165.111241.82307.5714.267.89155.26荷载内力计算结果（表3）截面位置项目基本组合短期组合长期组合dMdVSMsVlMlV)(mkN)(kN)(mkN)(kN)(mkN)(kN支点最大弯矩01249.50885.160807.41最大剪力01249.50885.160807.41变截面最大弯矩2506.121211.171730.34830.761561.41744.84最大剪力4065.371181.982373.19822.141915.76739.13L/4最大弯矩8325.05641.086155.73458.045724.48409.78最大剪力8184.47626.696074.91444.135686.35404.36跨中最大弯矩11178.3737.838237.7622.677649.8510.51最大剪力10299.2499.997812.9342.957433.223.19南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日5cI412mm10×0.662833=,xW=3910×0.451793mm；pe为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离：pcxpaye，假设pa=150mm,则pe=1467.12-150=1317.12mm。则99610451793.012.1317968750165.27.010451793.01076.8237peN=4148998.07N拟采用2.15j钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积210.139mmAp，抗拉强度标准值MPafpk1860，张拉控制应力取pkconf75.0186075.0MPa1395,预应力损失按张拉控制应力的20%估算。所需预应力钢绞线的面积为：1conpepNA1395)2.01(07.41489983717.742mm用4束2.157j预应力钢筋预应力筋束的布置如下图中跨中截面供给的预应力筋截面面积为pA13974=38922mm采用OVM15-7型锚具，93160210锚垫板，70金属波纹管成孔，预留孔道直径为75mm。预应力筋束的布置如下图，根据构造要求可求出pa=175mm。南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日6预应力筋束的曲线要素及有关计算参数如下表4，表5.预留筋数的曲线要素表（表4）钢束编号起弯点距跨中曲线水平长度曲线方程1019980250)1055911.4(26xy2250017480150)1007281.5(26xy3、4900010980150)1073257.3(26xy（2）普通钢筋数量的确定及布置设预应力筋数和普通钢筋的合力点到截面底边的距离为mmaps150，则mmahhps215015023000上翼缘有效宽度取下列数值中较小者：（1）mmSbf2500'（2）mmLbf130003390003'各计算截面预应力筋束的位置和倾角（表5）计算截面截面锚固截面支点截面变截面点L/4截面跨中截面距离跨中（mm）19980195001750097500钢束到梁底距离（mm）1号束20691983.61646.23683.42502号束1700.001616.041291.38416.631503,4号束600.00561.52419.68152.10150合力点1456.331387.051119.10417.38183.33钢束与水平线夹角（度）1号束10.32510.08219.06625.080402号束10.05669.78588.65314.206903,4号束4.68594.48193.63080.32080平均值7.438357.2079256.2452252.4822250累计角度（度）1号束00.24291.25885.244610.3252号束00.27081.40355.849710.05663,4号束00.2041.05514.36514.6859南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日7(3)''12ffhbb,因为承托坡度hhbh/=0.21/3，故不计承托影响，fh翼缘平均厚度计算：'fhmm1722002500100500212150所以fbmm226417212200综合上述计算结果，通过比较，取fbmm2264.由公式)2(0'0xhxbfMfcdd，求解x得：61.11213024.42264(2190)102xx解之得mmhmmxf1729.115'则330389212609.11522644.22'sdppdfcdSfAfxbfA287.2950mm采用10根20mm的HRB400钢筋。查书《结构设计原理》附录7可知，公称直径为20mm的HRB400外径为22.7mm。侧面保护层厚度应不小于25mm，取30.2mm，即每边取30.2mm保护层，钢筋摆放位置净尺寸为490mm，钢筋间净尺寸为31。7mm，由2010版混凝土规范第9.2.1条规定：梁下部水平方向的梁下部钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。各层钢筋之间的净间距不应小于25mm和d，d为钢筋的最大直径，为22.7mm。所以间距取31.7符合规范要求。钢筋间净尺寸为提供钢筋截面面积sA=3141.592mm。在梁底布置成一排，其间距为31.7mm。布置一排钢时，假设取筋钢筋重心到截面底边距离sa=50mm,则普通钢筋的布置如图所示。普通钢筋布置(单位mm)南京工业大学结构设计原理课程设计用纸2014年1月15日8（二）截面几何性质计算截面几何性质的计算需根据不同的受力阶段分别计算。本算例中，主梁从施工到运营经历了如下几个阶段：1.主梁混凝土浇筑，预应力筋束张拉（阶段1）混凝土浇筑并达到设计强度后，进行预应力筋束的张拉，但此时管道尚未灌浆，因此，其截面几何性质为计入了普通钢筋的换算截面，但应扣除预应力筋预留管道的影响。该阶段顶板的宽度为1600mm。2.灌浆封锚，吊装并现浇顶板900mm的连接段（阶段2）预应力筋束张拉完成并进行管道灌浆、封锚后，预应力束就已经能够参与全界面受力。再将主梁吊装就位，并现浇顶板900mm的连接段时，该段的自重荷载由上一段的截面承受，此时，截面几何性质为计入了普通钢筋和预应力钢筋的换算截面性质。该阶段顶板的宽度仍为1600mm。3.二期恒载及活载作用（阶段3）该阶段主梁截面全部参与工作，顶板的宽度为2500mm，截面几何性质为计入了普通钢筋和预应力钢筋的换算截面性质。各阶段截面几何性质的计算结果列于表6。（三）承载能力极限状态计算1.跨中截面正截面承载能力计算跨中截面尺寸及配筋情况见图。由（一）中预应力钢筋与普通钢筋的布置：预应力束与普通钢筋合点到底边部分预应力A类构件各阶段截面几何性质计算（表6）阶段截面)10(26mmA)(mmy)('mmy)(mmep)10(412mmI)10(39mmW''yIWyIWppeIW钢束灌浆、锚固前支点1.441021030127089.330.713650.692870.561937.98893变截面0.8311971.61328.4384.050.60410.621760.454761.57297L/40.83119591341989.940.59930.624920.446910.60539跨中0.8311954.11345.91170.90.595060.623690.442130.50821现浇600mm连接段支点1.47681032.71267.386.630.74350.719960.586688.58251变截面0.87007991.21308.8364.450.608090.613480.464611.6685L/40.870071003.51296.5945.440.617970.615820.476650.65363跨中0.870071007.21292.81117.80.627990.62350.485760.56181二期荷载、活载支点1.6118952134