预应力混凝土A类结构设计原理课程设计.docx

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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

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--------------------------------------------7

1.主梁全截面几何特性--------------------------------------------------------7

1.1受压翼缘有效宽度的计算-----------------------------------------------7

1.2全截面几何特性的计算-------------------------------------------------7

2.预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置-----------------------------------8

2.1预应力钢筋数量的确定-------------------------------------------------8

2.2普通钢筋数量的确定---------------------------------------------------9

2.3预应力钢筋及普通钢筋的布置------------------------------------------10

3.主梁截面几何特性计算-----------------------------------------------------11

4.承载能力极限状态计算-----------------------------------------------------11

4.1正截面承载力计算----------------------------------------------------11

4.2斜截面承载力计算----------------------------------------------------12

5.钢束预应力损失估算-------------------------------------------------------13

5.1预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失------------------------------13

5.2锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失------------------------------------14

5.3预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失--------------------15

5.4.钢筋松弛引起的预应力损失-------------------------------------------16

5.5混凝土收缩、徐变引起的损失------------------------------------------16

5.6预应力收缩组合------------------------------------------------------17

6.应力验算-----------------------------------------------------------------17

6.1短暂状况的正应力验算------------------------------------------------17

6.2持久状况的正应力验算------------------------------------------------18

6.2.1跨中截面混凝土正应力验算--------------------------------------18

6.2.2持久状况下预应力钢筋的应力验算--------------------------------18

6.3持久状况下的混凝土主应力验算----------------------------------------19

7．抗裂性验算---------------------------------------------------------------20

7.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂性验算----------------------------20

8.主梁变形（挠度）计算-----------------------------------------------------21

8.1使用阶段的挠度计算--------------------------------------------------21

8.2预加力引起的反拱计算及预拱度的设置----------------------------------22

9锚固区局部承压计算--------------------------------------------------------22

9.1局部受压区尺寸要求--------------------------------------------------22

9.2局部抗压承载力计算--------------------------------------------------23

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

1.0

2．设计荷载：

公路—Ⅰ级荷载，人群荷载3.5

，结构重要性系数

=1.0

3．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

=32.4

，

=2.65

强度设计值

=22.4

，

=1.83

弹性模量

=3.45

（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

=1860

抗拉强度设计值

=1260

弹性模量

=1.95

相对界限受压区高度

=0.4，

=0.2563

公称直径为15.24

，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

=400

抗拉强度设计值

=330

弹性模量

=2.0

相对界限受压区高度

=0.53，

=0.1985

2）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

=335

抗拉强度设计值

=280

弹性模量

=2.0

图1主梁跨中截面尺寸（尺寸单位：

）

5．主要结构尺寸

主梁标准跨径

=25

，梁全长24.96

，计算跨径

=24.3

。

主梁高度

=1400

，主梁间距

=1600

，其中主梁上翼缘预制部分宽为1580

，现浇段宽为20

，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

=11.45

（2）二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆）

=6.51

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

=1.193，人群荷载按3.5

计算。

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）

（2）短期组合（用于正常使用极限状态计算）

（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）

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

预制梁自重

二期恒载

弯矩

剪力

弯矩

剪力

（kN.m）

（kN）

（kN.m）

（kN）

支点

0.0

0.0

138.69

0.0

79.1

变截面

1.3

170.65

123.85

97.33

70.64

6.075

631.9

69.34

360.4

39.55

跨中

12.15

842.56

0.0

480.51

0.0

表2活载内力计算结果

截面位置

距支点截面距离

公路—Ⅰ级

人群荷载

弯矩

剪力

弯矩

剪力

（kN.m）

对应

（kN）

（kN）

对应

（kN.m）

（kN.m）

对应

（kN）

（kN）

对应

（kN.m）

支点

0.0

0.0

351.14

398.03

0.0

0.0

36.47

36.47

0.0

变截面

1.3

377.91

285.5

324.64

421.67

39.25

28.51

28.6

37.15

6.075

1003.64

111.83

173.55

1054.31

104.24

9.4

12.87

78.18

跨中

12.15

1342.92

73.81

106.93

1299.17

139.48

0.0

5.74

69.74

注：

车辆荷载内力

、

中已计入冲击系数

=1.193。

表3荷载内力计算结果

截面位置

项目

基本组合

短期组合

长期组合

（kN.m）

（kN）

（kN.m）

（kN）

（kN.m）

（kN）

支点

最大弯矩

0.0

793.79

0.0

460.29

0.0

350.11

最大剪力

0.0

859.44

0.0

487.81

0.0

365.83

变截面

最大弯矩

894.61

665.02

528.97

390.52

410.39

301.62

最大剪力

953.52

719.92

552.55

413.57

451.51

335.79

最大弯矩

2712.61

297.76

1685.43

183.91

1370.51

150.15

最大剪力

2754.36

388.05

1689.10

223.59

1377.07

172.23

跨中

最大弯矩

3623.99

103.33

2250.52

43.31

1829.13

24.75

最大剪力

3484.63

156.13

2155.11

68.48

1786.56

38.15

（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。