混凝土结构课程设计(35m预应力混凝土T梁)

课程设计(论文)题目名称预应力混凝土简支T梁设计课程名称预应力混凝土结构设计原理课程设计学生姓名张斌学号1241001265系、专业城建系土木工程专业路桥方向二班指导教师李斌2014年11月23日1目录一、设计背景................................................1二、时间安排：..............................................2三、主梁毛截面几何特性计算..................................2四、钢筋面积的估算及钢束的布置..............................3五、主梁截面几何特性计算....................................8六、钢束布置位置（束界）的校核..............................9七、钢束预应力损失估算.....................................10八、预加应力阶段的正截面应力验算（短暂状态的正应力验算）...14九、使用阶段的正应力验算...................................15十、使用阶段的主应力验算...................................16十一、持久状况截面承载能力极限状态计算（截面强度计算）.....18十二、锚固区局部承压验算...................................21十一、主梁变形（挠度）计算.................................22十二、参考资料：...........................................241一、设计背景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MmaxVmaxMmaxVmaxVmaxkN．mkNkN．mkNkN标准值效应组合75001156800450845短期效应组合6200625400390634基本组合89001357500520956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。（1）简支T型梁跨径35M;计算跨径34.2m。（2）设计荷载：汽超－20级，挂车－120；无人群荷载；结构重要系数取01.1；1212212122251.0;245.3;20.0;50;2200;208;475QGGGGGGVKNVKNVKNVKNMKNmMKNmMKNm（3）环境：高速公路上，Ⅰ类环境条件（4）材料：预应力钢筋采用s5㎜的高强钢丝，抗拉强度标准值pkf=1570Mpa，弹性模量pE=2.05105MPa,普通松弛级，锚具采用墩头锚。非预应力钢筋：普通钢筋用HRB335级钢筋，抗拉强度设计值sdf=280Mpa，弹性模量均为sE=2.0105Mpa;箍筋采用R235级钢筋，抗拉强度设计值sdf=195Mpa。混凝土：采用C50，cE=3.45104MPa,抗压强度标准值ckf=32.4MPa,抗压强度设计值cdf=22.4MPa:抗拉强度标准制tkf=2.65MPa,抗拉强度设计值tdf=1.83MPa（5)设计要求：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)》要求，按A类预应力混凝土构件设计此板。（6）施工方法：采用后张法施工，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型，钢丝采用YCL型千斤顶两端同时张拉。2二、时间安排：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。三、主梁毛截面几何特性计算1）受压翼缘有效宽度'fb的计算按《公路桥规》规定，T型截面梁受压翼缘有效宽度'fb，取下列三者中的最小值：（1）、简支梁计算跨径的/3l,即/3l=34200/3=11400㎜；（2)、相邻两梁的平均间距，对于中梁为2000㎜；(3)、(212')hfbbh，式中b为梁腹板宽度，hb为承托长，这里hb=0，'fh为受压区翼缘悬出板厚度，'fh可取跨中截面翼缘板厚度的平均值，即'fh=（910×100+100×710/2）/910=139㎜，故(212')hfbbh=180+2×0+12×139=1850㎜所以，受压翼缘有效宽度'fb=1850㎜翼缘悬出板厚度'fh=143㎜2）全截面几何特性计算将主梁截面分割成如下几部分，求得几何特性如下表：跨中与L/4截面的全截面几何特性分块号分块面积Ai（cm2)iy（cm)iiiSAy(cm2)uiyy（cm）2()xiuiIAyy（cm4)iI（cm4)12×83.5×10=16705835087.4612774914.0213916.67271×10=71013.339466.6666779.134445586.23944.444318×195=351097.5342225-5.0489079.231111223133其中iA——分块面积uy——分块面积的重心至梁顶边的距离ASiyu/=694391.667/7510=92.46㎝cmyhyub54.132I=iIIx=49689051.81cm4四、钢筋面积的估算及钢束的布置1）预应力钢筋截面积估算按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量对于A类部分预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂要求，由式可得跨中截面所需420×13.5=270188.3350850-95.872481640.2826000545×30=1350210283500-117.5418650408.47101250合计iA7510uy92.46iS694391.667xI38441628.2iI11247424by132.54I=iIIx=49689051.814的有效预应力为：/0.71//stkpepMWfNAeW式中的sM为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯矩值。由所给的资料可得：sM=MG1+MG2+MQS=2200+683+0.7×1685=4062.5KN·m设与预力钢筋的重心离截面下缘为pa=100㎜.则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离为ep=1325-100=1225㎜,由表可得，跨中截面全截面面积A=751000㎜2。全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩为：W=I/Yb=496890518100/1325=374904.9629×103㎜3.tkf=2.51aMP所以有效预应力合力为：/0.71//stkpepMWfNAeW=1.952811610N预应力钢筋的张拉控制应力为con=0.75pkf=0.751570=1177.5aMP，预应力损失按张拉控制应力的20%估算，则可得到需要预应力钢筋的面积为：6p21.95281110A2073.05(10.2)0.81177.5peconNmm采用3束36¢5㎜的高强钢丝。pA=336×19.63=2120.042mm施工方法：镦头锚具，后张法施工。2）预应力钢筋的布置（1）预应力筋的布置如下图所示：全部3束预应力钢筋均锚固于梁端，这样布置符合均匀分散的原则，不仅能满足张拉要求，而且N1、N2在梁端均弯起较高，可以提供较大的预剪力。5（2）其它截面钢束位置及倾角计算①钢束弯起形状、弯起角及弯曲半径采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲；N1的弯起角取90，N2、N3的弯起角取60；各钢束的弯曲半径为：1NR=50000㎜;2NR=35000㎜;3NR=20000㎜②钢束各控制点位置的确定以N3号钢束为例，其弯起布置如图见CAD详图如下：由cotcLd确定导线点距锚固点的水平距离cotcLd=400×cot6o=3806㎜由02tan2bLR确定弯起点至导线点的水平距离602tan2bLR=20000×tan30=1048㎜所以弯起点至锚固点的水平距离2wdbLLL=3806+1048=4854㎜则弯起点至跨中截面的水平距离为kX=(34200/2+199)--wL=12445㎜由圆弧切线性质，弯止点至导线的水平距离为：120cosbbLL=1048×cos6o=1042故弯止点至跨中截面的水平距离为：(12kbbxLL)=12445+1042+1048=17299㎜同理可得N1、N2的控制点位置，将钢束的控制参数汇总于下表中各钢束弯曲控制要素（mm）钢束号升高值（mm）弯起角弯起半径R(mm)支点至锚固点的水平距离d(mm)弯起点至跨中距离Xk(mm)弯止点至跨中水平距离LdLb2LwLb1N119509050000479008722123123935162473887N2910603500014567531724586581834104921824N3400602000019912445172993806104848541042③各截面钢束位置及其倾角计算计算钢束任一点i离梁底距离iiaac及该点处钢束的倾角i，式中a为钢束弯起前其重心至梁底的距离，a=100；ic为i点所在计算截面处钢束位置的升高值。a.当()0ikxx时，i点位于直线段还未弯起，ic=0，i=100㎜，i=0；b.当120()()ikbbxxLL时，i点位于圆弧段，于是有：2()iikcRRxx1()sinikixxRC.当12()()ikbbxxLL时，i点位于靠近锚固端的直线段，此时0i20()taniikbcxxL各截面钢束位置及倾角计算值详见上表7④钢束平弯段的位置及平弯角根据《公路桥规》预应力筋的布置构造要求，N1、N2、N3三束预应力钢绞线在跨中截面布置在同一水平面上，而在锚固端三束钢绞线都在肋板中线上，为实现此种布筋方式，N2、N3必须从两侧平弯到肋板中线上。弯转半径R=8000㎜,长度l=2750㎜,l=125㎜。由几何关系,解得=3.085o钢束平弯示意图如下所示：3）非预应力钢筋截面积估算及布置：构件按承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量:设预应力钢筋与非预应力钢筋的合力作用点到截面底边的距离a=80㎜,则有h0=h-a=2250-80=2170㎜假定为第一类T形截面，由公式0'(/2)dcdfoMfbxhx计算受压区高度x，即1.1×5698×106=22.4×1850x（2170-x/2）求得x=70.9㎜'fh=143㎜则根据正截面承载能力计算需要的非预应力钢筋面积为：'22.4185070.921201070280cdfpdpsdfbxfAAsf=2385.5㎜2取5Φ25的HRB335级钢筋，实际钢筋截面面积As=2454㎜2，在梁底布置成一排，其间距2tantan2lRl8S=（50-2×50）/4=87.5㎜，钢筋重心到底边的距离sa=45㎜五、主梁截面几何特性计算后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性应根据不同的受力阶段分别计算。T形梁从施工到运营经历了如下三阶段：（1）主梁预制并张拉预应力钢筋主梁混凝土达到设计强度的90%后，进行预应力的张拉，此时管道尚未压浆，故其截面特性计入非预应力钢筋影响（将非预应力钢筋换算为混凝土）的净截面，该截面的截面特性计算中应扣除预应力管道的影响，T梁翼缘板宽度'fb=1600㎜。（2）灌浆封锚，主梁吊装就位并现浇湿接缝预应力钢筋张拉完成并进行管道压浆、封锚后，预应力钢筋能够参与截面受力。主梁吊装就位后现浇湿接缝，但接缝还未参与截面受力，故此时的截面特性计算采用计