预应力混凝土结构设计原理课程设计任务书

1 预应力混凝土结构设计原理课程设计任务书 第一部分 设计任务书 一、 目的 通过课程设计，使每个学生掌握桥梁工程中常遇的小箱梁桥的设计计算方法和设计步骤，巩固和加强所学的有关桥梁内力计算和预应力混凝土结构的配筋计算的基本理论，并熟悉与设计相关的各种设计依据，了解有关设计的参考资料。 二、 设计资料及依据 （一）设计资料 1、 结构形式：标准跨径 (30+x )m 预应力简支小箱梁桥，100nxm，其中 n 为各个同学准考证号的最后两位数。 2、 设计荷 载：公路 ，人群荷载为 侧栏杆重量的作用分别为 m，人行道的自重为 面铺装采用平均为 10钢筋混凝土。 3、 桥面净宽：净 见桥梁横断面图。 4、 跨径：标准跨径： (30+x )m；计算跨径： l =(29.4+x )m；主梁全长： L =(x ) m。 5、 上部结构材料：混凝土标号为 50 号；预应力筋采用 j 强度低松弛钢绞线，面积 2 ，标准强度： 1860性模量105张法施工；其它钢筋直径 12用 钢，其余用 I 级钢。 （二）设计依据 公路桥涵设计通用规范 61 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 62 2004 三、设计要求： 第二部分 设 计指导书 一、设计计算参照文献 5、 6。 二、计划进度 内 容 进 度（ 第 日 ） 1 2 3 4 5 6 7 2 计 算 书 计算书整理 参考资料 1 公路桥涵设计通用规范（ 60人民交通出版社， 2004 年。 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ 62人民交通出版社， 2004年。 3 姚玲森主编，桥梁工程，人民交通出版社， 1995 年 3 月第 1 版。 4 李国 平主编，预应力混凝土结构设计原理，人民交通出版社， 2000 年 10 月第 1 版。 5 易建国主编，混凝土简支梁（板）桥，人民交通出版社， 2004 年 6 月第 2 版。 6 张树仁等编著，钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理，人民交通出版社， 2004年 9 月第 1 版。 腹板和顶、底板距端部 位置渐变 155 155 155 155 155 155 155 155 65 1240 65 180 750 180 人行道 人行道 3 桥梁横断面图（单位：厘米） 预应力混凝土结构设计原理 一、 设计资料及构造布置 （二） 设计资料 1、 桥梁跨径及桥宽 标准跨径： 梁长： 算跨径： 面净宽：净 、 设计荷载 公路 -级，人群荷载为 侧栏杆重量的作用分别为 3.6 km/行道的自重为 7.5 km/面铺装采用平均为 10 3、 材料及工艺 根据本桥在线路的使用任务、性质、将来的发展等具体情况确定。 混凝土：标号为 筋： （ 1） 预应力钢筋： 860的低松弛钢绞线。 （ 2） 锚具：与钢绞线配套的 （ 3） 非预应力钢筋：直径大于或等于 12采用级 钢筋。直径小于 12热轧光面钢筋。 4、 设计依据 （ 1）公路桥涵设计通用规范 （ 2）公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计 （二）主梁构造布置及尺寸拟定 1、截面形式 :由于跨度较大，拟采用抗弯刚度和抗扭刚度都较大的箱型截面。按单箱单室截面设计，为减小下部结构的工程量，采用斜腹式。 2、主梁间距：参照较大跨度预应力混凝土 m。在保证 4 行车道板使用性能 挠度和裂缝控制的前提下，将预制箱梁控制在可以吊装的范围 内，横桥向接 4片预制箱梁布置，行车道板的跨度取为 间距为 3、主梁梁高： h=251151内 4、板宽度及厚度：顶板宽度在桥面宽度和主梁片数确定以后就已经确定 5、底板：宽度取 100度取 18 6、腰板厚度 :除了要满足抗弯及施工要求外，腹板厚度选取时还应考虑到预应力钢筋的布置和弯起，中梁取 258 7、横隔：仅在梁端设隔梁，并沿跨度方向等间距设。 8、桥面铺装：采用厚度为 10 二、主梁毛截面几何特性计算 （一）计算截面几何特性 可以采用分块面积法，计算结果列于表 表 跨中截面几何特性 分 块 名 称 分块面积分块面积形心至上缘距离（ 分块面积对上缘静矩（ 分块面积的自身惯矩 （ 分块面积对截面形心惯矩2（ 21 （ （ 1） (2) (3)=(1) (2) (4) (5) (6)=(1)(5)2 (7)=(4)+(6） 翼板 1890 9 17010 51030 392564 4443594 顶板 3690 9 33210 99630 575957 8675587 三角承托 910 329 28401 328730 腹板 4464 80 357120 5719872 318734 8038606 下三角 81 148 11988 729 67683 668412 底板 1800 151 271800 48600 5834153 15882753 696038 38037682 （二）检验截面效率指标 以跨中截面为例 上核心矩： 0 3 7 6 8 2 5 下核心矩： 1 663 8 0 37 6 8 2 截面效率指标： ( H S根据设计经验，一般截面效率在 且较大者亦较经济、较合理。 三、主梁内力计算 （一）荷载横向分布系数 鉴于桥的对称性，只需计算 1号和 2号梁即可。 按修正偏心压力法计算 鉴于本桥的横向连接刚度比较大，而且宽跨比接近于 可接修正压力法计算。下面先按偏心压力法计算。对于边主梁再乘以 n=4 222412 (255.1 i（ 1） 1号梁 由于横向影响线为直线，故只需求两点坐标即可。 1号梁的01 1124122111 8 )1124122114 车荷载： 6 经比较，以两列车为最不利 121 41 11 按 5 8 9 4 人群： 2） 2号梁 1124122222 1 过比较，以两列车最为不利。 汽车荷载： 121 41 人群： 3604.0） 主梁内力计算 1、 恒载内力 （ 1） 荷载集度 1） 主梁预制时的自重（第一期恒载） 1g 1号梁 : 2号梁： 2 7 2） 栏杆、人行道、桥面铺装（第二期恒载） 2g 桥面铺装： 人行道： 1号梁： 2号梁 : 荷载 梁 第一期恒载 第二期恒载 总恒重 1号梁 29 号梁 2） 恒 载内力 用分布荷载乘以影响线的面积表 目 Mq=a（ 1g/2 (） q=（ 1 g/2 ( 支点 1/4L 跨中 支点 1/4L 跨中 a 0 .5 a（ 1（ 1+号梁 0 2号梁 0 2、 活载内力 采用等代荷载计算 1( 冲击系数 1 1 545( )1 从前 面的计算我们看出 1号梁的恒载内力比 2号梁的要大，而且荷载横向分布系数也大，所以活载内力也必然大。因此可以等到这样的结论，即 1号梁总的荷载效应比 2号梁大，据此将 1号梁的内力作为控制内力，只需计算 1号梁就行了。 8 （ 1） 跨中截面活载内力 由于按照公路级车道荷载的均布荷载标准值 车道荷载的 取 )()( 8 2） 跨中弯矩 )1(2m a x 2） 跨中剪力 1( 人群荷载 跨中弯矩影响线 9 跨中剪力影响线 （ 2） 支点截面活载内力 汽车荷载： )(875.7 )(2） 支点弯矩 0)M 2） 支点剪力 )(人群荷载 0M )(支点弯矩影响线 10 支点剪力影响线 （ 3） 1/4汽车荷载： )(875.7 )(1） 1/42） 支点剪力 人群荷载： 1/4 11 1/4序号 荷载类别 弯矩 M（ m） 剪力 Q（ 支点 L/4 跨中 支点 L/4 跨中 (1) 恒载 0 (2) 汽车荷载 0 3) 人群荷载 0 4) 汽 +人 0 5) 0 (6) 汽 +人） 0 7) 5） +（ 6） 0 制设计的计算内力 0 、预应力钢筋面积的估算及其布置 （一）估算钢束面积 25.1 160h 76.0a y 40 11 y 140 抗拉设计强度： M P 4 8 81 8 6 预应力钢筋根数： 1 n 根 暂定为 8 个孔道共 50 根钢绞线，其中 1 6 号孔各布置 6 根钢绞线， 7 8 号各布置 7根。 （二） 预应力钢筋布置 12 按照“公桥规”的要求布置预应力钢筋，跨中截面见图 余数据见表 1 号、 2 号预应力筋在竖平面内弯起，其余预应力钢筋的弯起曲线采用在腹板平面内的圆弧形，需要说明的是表 9均是竖直方向的升高值，腹板平面与竖直平面之间夹角的余弦 0意 1面内弯起， 5 表 筋束 升高值C （ （） 0 0 0 锚固点在支点外的距离 d（ 起弯点 1 4 15 7318 600 5 6 40 3061 400 7 8 80 159 200 为了下面的计算所需，先计算各截面预应力钢筋位置及其倾角，并将计算过程列于表 算截面 钢筋编号 （ R( ii 跨中截面 14 0 0 1 0 56 78 13 平均倾角 0 0 1 钢束截面重心 L/4 截面4 0 0 1 0 56 3061 78 159 竖直方向平均倾角（末 )+1 6号 束截面重心 支点截面475 14 675 17318 56 1075 13061 78 1275 9159 竖直方向平均倾角 束截面重心 五、主梁截面几何特性计算及束界校核 （一）截面几何特性计算 5 （二）预应力钢筋布置位置 (束界 )的校核 根据张拉阶段和使用阶段的受力要求，可得出布置钢束重心的限制值 21 y 111 x y )( 212 7 7 6 各截面钢束位置的校核见表 算截面 A （ xy( ye( I (106W(105ss xx yy 14 跨中 净截面 10262 算截面 11064 ， 尽管有些截面不满足，但由于预应力损失只是粗略计算，所以需要在后面的验算过程中进行调整。 六、预应力损失计算 （一）预应力钢筋张拉控制应力 按“公桥规”的规定 M P aR 4 8 81 8 6 （二）预应力钢筋预应力损失 1、预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失1s按“公桥规”的公式： e 1 )(1跨中截面的管道壁摩阻损失计算列于表 表 束编号 0 X （ m） k （ 1s(0 4 1488 6 488 8 488 均值 理，可算出其他控制截面处的1s值，各截面摩擦力损失值的平均值的计算结果列于表 表 面 跨中 L/4 支点 平均值（ 、锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失2s 15 由于采用两端张拉，所以单位长度的预应力损失为 4 及摩阻影响长度为： 支点处（ x=0） M P 3)06 1 4 22 L/4截面（ x=: M P 7 4 22 跨中 2 3、分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失4s21 41 4 8 8()( M P ( 262201 M P 42 1 0 14 4、预应力钢筋松弛引起的预应力损失5s考虑采用低松弛钢绞线： M P 8 80 2 5、混凝土收缩、徐变引起的预应力损失6s设张拉时为 7 天，达到 80%的设计强度，理论厚度 A 查表得： ,(),( 5 0 8 0,(),( 0,( t 跨中截面： 1 031488()( 16 M P ,()180,()(2032121 L/4截面： NN M P ,()180,()(2032121 M P 0 0 5 1 7 86 7 0/ 43.5)(11002022取跨中与 L/4截面的平均值计算： 4(210 46660 1 40 11064 10 6 2 A M P (),(将各截面钢束应力损失平均值及有效预应力分别汇总于表 表 作阶段 预加应力阶段 使用阶段 17 计算截面 1s 2s 4s 2s 5s 6s 2s 跨中 53 L/4 53 支点截面 53 表 算截面 有效预应力 跨中 L/4 支点截面 预加应力阶段 )(2 用阶段 )(22222 、正截面 应力验算 （一）施工阶段正截面应力验算 因为 1 号梁控制设计，故仅需验算 1 号梁即可。一般验算截面为 L/2、 L/4 几个截面（即尺寸变化截面）。另外，由于中间没有多片横隔板，梁的畸变变形很小，所以此处可以将因扭转而引起的畸变正应力忽略不计。 1、施工阶段构件在预加力和自重作用下的应力限制值 对于 50 号混凝土张拉时设计强度的 80%，即相当于 40 号混凝土。 8/ M P aR M P aR 2、跨中截面上下缘混凝土正应力 上缘： 下缘： 其中 18 9 8 64 7 9 6 02 7 66 (压 ) 6 8 62 7 6 6 02 7 66 均满足要求 （二）使用阶段的正应力验算 对于等截面预应力混凝土简支梁的正应力，由于配设曲线预应力钢筋的关系，应取跨中、 L/4处分别进行验算，在此仅以跨中截面为例。 1、使用阶段的应力限制值 荷载组合： M 2 0 91 8 6 荷载组合： M 50号混凝土： 荷载组合： M P aR 0 全预应力