预应力混泥土课程设计.docx
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预应力混泥土课程设计
课程设计（论文）
题目名称35米预应力混凝土简支T设计
课程名称预应力混凝土结构设计原理
学生姓名朱振伟
学号1241001066
系、专业城市建设系土木工程
指导教师曾永革
2015年11月30日
1.邵阳学院课程设计评阅表
2.邵阳学院课程设计任务书
3.构件尺寸拟定
4.预应力筋估算
5.内力计算
6.预应力损失计算
7.正截面承载力计算
8.斜截面承载力计算
9.应力计算
10.挠度验算
11.锚固区验算
12.裂缝验算
13.对设计的评价及心得体会
邵阳学院课程设计评阅表
学生姓名朱振伟学号1241001066
系城市建设系专业班级12级土木工程专业路桥方向
题目名称预应力混凝土简支T梁结构设计课程名称预应力混凝土结构设计原理课程设计
一、学生自我总结
通过本次课程设计学到了以下专业能力：
1、掌握预应力混凝土构件设计的流程。
2、掌握预应力混凝土构件设计的内容及设计方法。
3、初步具备进行预应力混凝土构件设计和计算的能力。
学生签名：
年月日
二、指导教师评定
评分项目
计算准确
过程完整，条理清楚
作图规范
提交成果按时
平时成绩
综合成绩
权重
0.4
0.2
0.1
0.1
0.2
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：
年月日
邵阳学院课程设计任务书
年级专业
12级土木工程专业路桥方向
学生姓名
朱振伟
学号
1241001066
题目名称
预应力混凝土简支T梁结构设计
设计时间
2014-11
课程名称
预应力混凝土结构设计原理课程设计
课程编号
101032304
设计地点
北616、北517
一、课程设计目的
通过本次课程设计培养学生以下专业能力：
1、掌握预应力混凝土构件设计的流程。
2、掌握预应力混凝土构件设计的内容及设计方法。
3、初步具备进行预应力混凝土构件设计和计算的能力。
二、已知技术参数和条件
本课程设计为一跨预应力混凝土简支T梁设计，已知标准跨径为35m，作用效应组合如下（含二期恒载效应、活荷载效应，不包括T梁自重效应）：
作用类别
跨中截面
1/4跨截面
支点截面
Mmax
Vmax
Mmax
Vmax
Vmax
kN．m
kN
kN．m
kN
kN
标准值效应组合
7500
115
6800
450
845
短期效应组合
6200
62
5400
390
634
基本组合
8900
135
7500
520
956
其余相关设计参数由学生根据相应规范和同类工程自行确定。
三、任务和要求
1.拟定T梁尺寸；
2.配置预应力钢筋；
3.计算有效预应力
4.验算正截面承载力和斜截面承载力；
5.验算混凝土应力、梁的挠度、预应力锚固区强度；
6.验算裂缝宽度（若有）。
要求每个学生独立完成，提交成果包括封面、目录、评阅表、任务书、计算书、结构设计图等，提交成果要求严格按学校规定格式、作图整洁，字迹工整，装订成册。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
（1）李国平．《预应力混凝土结构设计原理》．人民交通出版社．第二版．2013年5月．
（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）》.人民交通出版社.2004.
四、进度安排
11月10日构件尺寸拟定；
11月11日预应力筋估算；
11月12日内力计算；
11月13~14日预应力损失计算；
11月15~16日正截面承载力计算
11月17日斜截面承载力计算
11月18日应力计算
11月19日挠度验算
11月20日锚固区验算
11月21日裂缝验算（若有）
11月22~23日绘结构图，整理计算书。
六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：
2014年11月3日
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：
2014年11月3日
八、备注
指导教师（签字）：
学生（签字）：
1.构件尺寸拟定
长35m；宽1.6m；高2.3m；翼板厚150cm；根部厚250cm；肋板厚200cm；马蹄宽550cm；高250cm；过渡高150cm。
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,故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。
本设计主梁翼板宽度为2200mm，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，因此主梁的工作截面有两种：
预施应力、运输、吊装阶段的小截面（上翼板宽度1600mm）和运营阶段的大截面（上翼坂宽度2200mm）．桥面为净9＋2×1.5人行道=12m米，桥面横向布置采用5片主梁
（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。
当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因一增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。
综上所述，本设计中取用2300mm的主梁高度是比较合适的。
（2）主梁截面细部尺寸
主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抗压强度的要求。
本设计预制T梁的翼板厚度取用150mm，翼板根部加厚到260mm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管道的构造决定，同时从腹板本身的稳定要求出发，腹板的厚度不宜小于其高度的1/15。
本设计腹板厚度取200mm。
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定，初拟马蹄宽度为560mm，高度260mm，马蹄与腹板交接处做三角过渡，高度140mm，以减少局部应力。
（3）横截面沿跨长的变化
本设计采用等高形式，横截面的Ｔ梁翼板厚度沿跨长不变，马蹄部分配合钢束弯起而从四分点附近开始向支点逐渐抬高。
梁端部分段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，同时也为布置锚具的需要，在距梁端7800mm范围内将加厚到与腹板同宽。
变化点截面（腹板开始加厚处）到支点的距离为2800mm，其中还设置一段长为500mm的腹板加厚过渡段。
（4）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，在跨中位置设置一道中横隔梁当跨度较大时，还应在其它位置设置较多的横隔梁。
本设计在桥跨中点和四分点、支点处共设置五道横隔梁，其间距为9.75m。
考虑脱模，端横隔梁高度为2300mm，厚度简化计算为160mm；中横隔梁高度为2040mm，厚度为上部180mm，下部140mm，简化计算为160mm。
2.预应力筋估算
本设计将锚固端截面分成上.下两部分，上部钢束的弯起角定为15°；下部钢束的弯起角定为7°钢筋竖向距离为45厘米。
为简化计算和施工，所有钢束布置的线形均为直线加圆弧，并且整根钢束都布置在同一个竖平面内。
预应力钢筋采用1×7（7股）钢绞线，标准强度fpk=1860Mpa;
预应力钢筋采用1×7标准型15.2-1860-Ⅱ-GB/T5224—1995钢绞线
抗拉强度标准值：
fpk=1860MPa抗拉强度设计值：
fpd=1260MPa
弹性模量：
Ep=1.95×105MPa
相对界限受压区高度：
ξa=0.4，ξpu=0.2563
参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
（1）李国平．《预应力混凝土结构设计原理》．人民交通出版社．第二版．2013年5月．
（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）》.人民交通出版社.2004.
3.内力计算
（一）恒载内力计算
1．恒载集度
（1）预制梁自重
a.按跨中截面计，主梁的恒载集度：
g
（1）=0.8658×25=21.645KN/m
b.由于马蹄抬高形成四个横置的三棱拄，折算成恒载集度为：
g
（2）≈4×（0.73-0.26）×0.18×5.25×25/39.96=0.56KN/m
c.由于腹板加厚所增加的重量折算成恒载集度为：
g（3）≈2×（1.4858-0.8658）×（1.98+0.25）×25/39.96=1.73KN/m
d.中横隔梁体积：
0.16×（0.8×1.89-0.5×0.077-0.5×0.14×0.18-0.5×0.45×0.7-0.64×0.35）=0.1727m3
端横隔梁体积：
0.16×（0.62×1.89-0.5×0.52×0.008）=0.184m3
故：
g（4）=（3×0.1727+2×0.184）×25/39.96=0.554KN/m
e.预制梁恒载集度：
g1=21.645+0.56+1.73+0.554=24.489KN/m
（2）二期恒载
a.现浇T梁翼板恒载集度：
g（5）=0.15×0.6×25=2.25KN/m
b.横隔梁现浇部分体积：
一片中横隔梁（现浇部分）体积0.16×0.2×0.55=0.0176m3
一片端横隔梁（现浇部分）体积0.16×0.2×1.89=0.06048m3
故：
g（6）=（3×0.0176+2×0.06048）×25/39.96=0.11KN/m
c.铺装
10cm混凝土铺装：
0.1×15×24=25.2KN/m
8cm沥青铺装：
0.08×10.5×23=19.32KN/m
若将桥面铺装均摊给五片主梁，则
g（7）=（25.2+19.32）/5=8.904KN/m
d.若将两侧防撞拦均摊给五片主梁，则
g（8）=2×2/5=0.8KN/m
e．二期恒载集度：
g2=2.25+0.11+8.904+0.8=12.06KN/m
2．恒载内力
设x为计算截面离左支座的距离，并令α=x/l。
主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：
Mα=0.5α（1-α）l2g;
Qα=0.5（1-2α）lg;
端点1/4L1/2L端点1/2L
1恒载02790.793963.27635.1750
2汽车荷载01886.122512.91422.84192.36
3挂车荷载03242.684323.57718.37279.64
61.2×恒载03564.944755.92762.210
71.4×汽02640.563518.08619.97269.31
81.1×挂03700.944860.90790.21307.6
9组合Ⅰ06205.508274.001382.18269.31
10组合Ⅲ07133.899511.851552.42307.6
117/951%50%51%100
128/1053%52%47%100
13提高后的组合Ⅰ06391.678522.221423.65269.31
14提高后的组合Ⅲ07276.579702.091583.47307.6
15控制设计的计算内力7276.579702.091583.47307.6
4.预应力损失计算
截面1，23，45总计（MPa）
支点x（m）0.1230.3870.199
θ（弧度）0.002010.013280.00434
σl10.965.431.9314.71
变截面x（m）2.9233.1872.999
θ（弧度）0.04760.10830.06498
σl122.5343.7428.64161.18
L/4截面x（m）9.87310.1379.949
θ（弧度）0.122170.26180.21286
σl161.85108.191.89431.79
跨中x（m）19.62319.88719.699
θ（弧度）0.122170.26180.2618
σl181.21112.43112.07499.35
锚具变形损失的计算见列表进行计算
钢束号1，23，45
139513951395
1313.791282.571282.93
0.0020690.0028270.002845
19416.316610.616557.9
392463977439398
锚具变形量损失计算表
钢束号
截面1,23,45总计（MPa）
支点x（mm）123387199
Δσ（MPa）0.0020690.0028270.002845
σl279.8391.7393.08436.2
变截面x（mm）292331872999
Δσ（MPa）0.0020690.0028270.002845
σl268.2575.9077.15365.45
L/4截面x（mm）9873101379949
Δσ（MPa）0.0020690.0028270.002845
σl239.4936.637.6189.28
跨中x（mm）196231988719699
Δσ（MPa）0.0020690.0028270.002845
σl20.000.000.000.00
5.正截面承载力计算
1．按照使用阶段的应力要求估算钢束数
首先根据跨中截面正截面的抗裂要求，确定预应力钢筋数量，为满足抗裂要求，所需的有效预应力为：
MS为跨中设计控制内力，由表1-7查得MS=9702.09KN•m，估算钢筋数量时，可近似采用毛截面几何性质。
查表1-1：
AC=0.8658×106mm2,ycs=934.5mm,ycx=1365.5mm,Jc=0.5945×1012mm4,
Wx=Jc/ycx=0.4354×109mm3,ep为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离，ep=ycx-ap,
假设ap=150mm，ep=1365.5-150=1215.5mm
由此可得
拟采用Φj15.2钢绞线，单根钢绞线的公称面积Apl=139mm2,抗拉强度标准值fpk=1860Mpa，张拉控制应力取σcon=0.75fpk=0.75×1860=1395Mpa，预应力损失按张拉控制应力的20%计算。
所需预应力钢绞线的根数为：
取45根
采用5束9Φj15.2预应力钢筋束，OVM型锚具，供给的预应力截面面积Ap=45*139=6255mm2
6.斜截面承载力计算
选取距支点h/2和变截面点处进行斜截面抗剪承载力复核。
截面尺寸示意图于图1-11，预应力筋束的位置及弯起角度按表1-10采用。
箍筋采用R335钢筋，直径为10mm，双肢箍，间距sv=200mm；距支点相当于1倍梁高范围内，箍筋间距sv=100mm。
（1）距支点h/2截面斜截面抗剪承载力计算
首先，进行截面抗剪强度上、下限复核：
在本设计中，所有预应力钢筋均弯起，只有纵向构造钢筋沿全梁通过，此处的h0=2137mm。
7.应力计算
截面位置00.641.281.922.563.203.844.485.125.76
剪力14.3013.019.755.360.54-4.16-8.34-11.74-14.21-15.71
弯矩74.6683.590.8495.6997.5896.4192.3985.9377.6168.01
○1~○1
q1=0.6*0.8*1.8*25+
0.5*0.8*0.5*1.8*25
=30.6M1=-21.6*0.8/2-9*0.8/3
=-11.04-30.462-30.462
○2~○2
q2=0.5*（1.1+1.4）*0.5*1.8*25+1.4*1.8*0.9*25=84.83
M3=-0.6*1.3*1.8*1.55*25-0.5*0.8*1.3*1.8*25*1.32
-56.7*0.45=-111.12-115.2189.0
○3~○3
q4=1.4*1.8*0.8*25
=50.4M4=304.43*0.8-107.2*8.5-35.1
*2.35-23.4*2.12
=19.92138.6138.6
○4~○4
q5=1.4*2.2*1.8*25
=138.6M5=304.43*3-（56.7+50.4+138.6）*1.95-35.1*4.55-23.4*4.32
=172.3800
8.挠度验算
Wx=J/yx0.392610.392610.513240.541180.483200.483200.523690.548320.502890.502890.436540.46849
Ws=J/ys0.617460.617460.684220.780170.655490.655490.685510.775030.785130.785130.815001.48004
J
（1012mm12）0.552010.552010.575280.734920.639760.639760.727330.738600.705050.705050.759680.81846
ep
（mm）124312438362781161116178126712391239759667
ys
（mm）140614061393135813241324133813471402140214151747
ys
（mm）894894907942976976962953898898885553
A
（106mm2）0.83740.83740.83741.41230.89710.89710.89711.47200.98710.98710.98711.5620
9.锚固区验算
1）跨中截面及锚固端截面的钢束布置
对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群的重心到截面的偏心距大些。
本设计采用内径80mm，外径85mm的预埋铁皮波纹管，跨中截面的细部构造。
由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为
（2）对于锚固端截面，钢束布置通常考虑下述两个方面：
一是预应力束合力重心进可能靠近截面形心，使截面均匀受压；二是考虑锚头布置的可能性，以满足张拉操作的方便。
按照上述锚头布置的“均匀”“分散”原则，锚固端截面钢束。
钢束群重心至梁底距离为：
10.裂缝验算
1．全预应力混凝土构件抗裂性验算
（1）正截面抗裂性验算
正截面抗裂性验算以跨中截面受拉边的正应力控制。
在荷载组合作用下应满足：
变截面处的主要截面几何性质
为各计算点的位置示意图。
各计算点的部分断面几何性质取值，阴影部分面积，S1为阴影部分对截面形心轴的面积矩，yx1为阴影部分的形心到截面形心轴的距离，d为计算点到截面形心轴的距离。
11.对设计的评价及心得体会
通过课程设计，我们觉得有如下收获：
运用所学知识进行了实践，树立正确的设计思想，掌握了桥梁设计的一般方法和规律，提高了桥梁设计的能力；通过设计，熟悉了设计过程，学会准确使用资料、设计计算、分析设计结果、绘制图样，在桥梁设计基本技能的运用上得到训练；巩固了所学的知识，强化了创新意识，在设计实践中深刻领会到了桥梁设计的内涵；这次综合训练，也增强了我们的动手能力，进一步学会将理论运用于实际；在本次设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的参考文献。
通过这次设计首要一点就是将所学知识整理巩固了一遍，在大脑里形成了一个知识网络，有了这个网络，在遇到实际问题时，就能方便地、有条理地找到解决问题的思路。
增强了我们的创新能力，更给了我们一种创造的激情，总是希望不断改进，追求完美。
为了让自己的设计更加完善，更加符合工程要求，作为一名专业学生掌握一个或几个软件同样是必不可少的，虽然过去曾经学过并独立应用过一。
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