预应力混凝土A类结构设计原理课程设计

郑州大学本科课程设计预应力混凝土简支梁设计姓名：张亮亮日期：2013.7.1-1-目录部分混凝土A类简支梁设计--------------------------------------------11.主梁全截面几何特性--------------------------------------------------------11.1受压翼缘有效宽度的计算-----------------------------------------------11.2全截面几何特性的计算-------------------------------------------------12.预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置-----------------------------------12.1预应力钢筋数量的确定-------------------------------------------------12.2普通钢筋数量的确定---------------------------------------------------22.3预应力钢筋及普通钢筋的布置------------------------------------------33.主梁截面几何特性计算-----------------------------------------------------54.承载能力极限状态计算-----------------------------------------------------54.1正截面承载力计算----------------------------------------------------54.2斜截面承载力计算----------------------------------------------------65.钢束预应力损失估算-------------------------------------------------------75.1预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失------------------------------75.2锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失------------------------------------85.3预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失--------------------95.4.钢筋松弛引起的预应力损失-------------------------------------------105.5混凝土收缩、徐变引起的损失------------------------------------------105.6预应力收缩组合------------------------------------------------------116.应力验算-----------------------------------------------------------------116.1短暂状况的正应力验算------------------------------------------------116.2持久状况的正应力验算------------------------------------------------126.2.1跨中截面混凝土正应力验算--------------------------------------126.2.2持久状况下预应力钢筋的应力验算--------------------------------126.3持久状况下的混凝土主应力验算----------------------------------------137．抗裂性验算---------------------------------------------------------------147.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂性验算----------------------------148.主梁变形（挠度）计算-----------------------------------------------------158.1使用阶段的挠度计算--------------------------------------------------158.2预加力引起的反拱计算及预拱度的设置----------------------------------169锚固区局部承压计算--------------------------------------------------------169.1局部受压区尺寸要求--------------------------------------------------169.2局部抗压承载力计算--------------------------------------------------17-2-课程设计任务书一、课程设计的目的课程设计是学生学完课程学习内容后进行的一次基本技能训练，是一项综合性的教学环节，它是培养高级技术人才的一个重要环节。通过课程设计达到下述目的：1、巩固、提高、充实和运用所学过的专业理论与专业知识，尤其是无法在考试中实现的大量设计计算问题；2、培养和锻炼学生独立工作能力以及分析和解决实际工程技术问题的能力；3、提高学生理解和贯彻执行国家基本建设有关方针政策的水平；4、培养学生树立正确的设计思想、观点和方法；5、在设计过程中，进一步提高学生计算、绘图、运用科技资料与编写技术文件等方面的能力。二、课程设计的要求学生对课程设计工作要严肃认真，独立思考，刻苦专研，自觉培养良好的学风与工作态度，按时完成一份完整的课程设计。1、要以独立思考为主，同时要尊重指导教师的意见；2、设计必须符合2004年新颁布的《公路桥梁规范》有关要求；3、设计应体现技术上先进、经济上合理、安全上可靠；4、设计说明书由本人亲自编写，严禁从现有书刊文献中成段抄写。书写文字力求工整，语言简明、扼要、通顺，计算部分必须写出公式与完整的计算过程，并要说明式中符号意义；5；说明书一律手写（A4纸），不得复印。插图随文章绘制，插图要完整且大致符合比例；6；绘制的图纸要求大小统一，图面清晰整洁，要求正确标注尺寸、符号及图例。三、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。-3-四、课程设计的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．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=1.02．环境标准:Ⅱ类环境3．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-4-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）4．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。-5-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，-6-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