南京工业大学课程设计全预应力混凝土梁设计.doc

南京工业大学课程设计用纸全预应力混凝土梁设计一 设计题目预应力混凝土简支T梁设计二 设计资料1.桥梁跨径与桥宽 标准跨径：40m（墩中心距离） 主梁全长：39.96m 计算跨径：39.0m 桥面净空：净 14+21.75m=17.5m2.设计荷载：城A级车辆荷载，人群荷载3.0kN/m，结构重要性指数。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 强度设计值 强度模量 （2）预应力钢筋采用17标准型15.21860IIGB/T52241995钢绞线，其强度指标为： 抗拉强度标准值 抗拉强度设计值 弹性模量 相对界限受压区高度 （3）预应力锚具采用OVM锚具 （4）普通钢筋 1）纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为 抗拉强度标准值 抗拉强度设计值 弹性模量 相对界限受压区高度 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 抗拉强度设计值 弹性模量 4.主要结构构造尺寸 主梁高度，主梁间距，其中主梁上翼缘预制部分宽为，现浇段宽为，全桥由7片梁组成，设7道横隔梁。5.内力计算结果摘录 预制主梁（包括横隔梁）的自重 主梁现浇部分的自重 二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆）(1)恒载内力：恒载内力计算结果 表 1截面位置距支点截面的距离x（mm）预置梁自重现浇段自重二期恒载弯矩剪力弯矩剪力弯矩剪力(kNm)(kN)(kNm)(kN)(kNm)(kN)支点00.00476.970.0080.730.00159.12变截面2000905.02428.05153.1872.45301.92142.80L/497503487.84238.49590.3440.371163.5779.56跨中195004650.460787.1201551.420（2）活载内力：活载内力计算结果 表 2截面位置距支点截面的距离x（mm）A级车道荷载人群荷载最大弯矩最大剪力最大弯矩最大剪力(kNm)对应V(kN)(kN)对应M(kNm)(kNm)对应V(kN)(kN)对应M(kNm)支点00251.93251.930032.6932.690变截面2000472.44235.79215.711335.6559.8632.5637.13135.65L/497501762.50173.23175.321675.25230.6732.4617.74183.68跨中195002427.6621.6890.431724.75307.5714.267.89155.26（3）内力计算组合：1）基本组合 =1.2(+)+1.4+1.12 =1.2(+)+1.4+1.122)短期组合=(+)+0.7+3）长期组合=(+)+0.4(+)荷载内力计算结果 表 3截面位置项目基本组合短期组合长期组合(kNm)(kN)(kNm)(kN)(kNm)(kN)支点最大弯矩0.001249.500.00907.140.00819.97最大剪力0.001249.500.00907.140.00819.97变截面最大弯矩2360.601138.531715.57823.391552.97740.63最大剪力3653.981115.542331.45815.391891.91735.27L/4最大弯矩9015.95708.986572.16499.265964.16433.34最大剪力8841.17695.426473.58485.855914.17428.20跨中最大弯矩12130.0046.328815.4827.827979.9813.46最大剪力10975.34135.448223.3864.477667.7535.49设计内容：（一） 预应力钢筋数量的确定及布置首先，根据跨中截面正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为 为短期效应弯矩组合设计值，由表3查得 = 8815.48 kNm；估算钢筋数量时，可近似采用毛截面几何性质。按跨中截面尺寸图给定的截面尺寸计算：，为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离，假设则由此得到拟采用钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积，抗拉强度标准值，张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制力的估算。取48根。采用4束预应力钢筋束,OVM-12型锚具，供给的预应力筋截面面积，采用金属波纹管成孔，预留管道直径为。 预应力筋束曲线要素表 表4 钢束编号起弯点距跨中（mm）曲线水平长度（mm）曲线方程 1 0 19980 2 4000 15980 3、4 12000 7980 各计算截面预应力钢筋束的位置和倾角 计算截面 截面距离跨中（mm）锚固截面 19980 支点截面 19500 变截面点 17500 L/4截面 9750 跨中截面 0钢束到梁底的距离（mm） 1号束 2170 2078.9 1722.9 638.8 250 2号束 1800 1652.4 1277.6 313.6 1003、4号束 600 497.5 331.9 100 100 合力点 1292.5 1181.6 916.8 288.1 137.5钢束与水平线夹角（度） 1号束 12.0879 11.8042 10.6171 5.9533 0 2号束 12.9645 12.5853 10.9958 4.7218 0 3、4号束 7.1497 6.7229 4.9386 0 0 平均值 9.8380 9.4588 7.8725 2.6688 0累计角度 （度） 1号束 0 0.2837 1.4708 6.1346 12.0879 2号束 0 0.3792 1.9687 8.2427 12.96453、4号束 0 0.4268 2.2111 7.1497 7.1497（2） 截面几何性质计算 部分预应力各阶段截面几何性质 表6阶段截面A()() ()IW()阶段1：钢束灌浆、锚固前支点1.432301010.741289.26107.660.730560.566650.722800.67858变截面0.991831083.951216.05299.250.642660.528480.592890.21476L/40.81105926.681373.321084.970.543920.396060.586960.51386跨中0.81105926.931373.071235.570.534520.389290.576810.43261阶段2：现浇600mm连接段支点1.478121021.281278.7297.120.760220.594520.744380.78276变截面1.037511096.841203.16286.360.675120.561120.615510.23576L/40.85674992.831307.171019.090.612650.468680.617070.60119跨中0.85674992.751307.251169.750.613240.469120.617720.52452阶段3：二期荷载、活载支点1.61313937.581362.42180.820.874520.641890.868750.48364变截面1.17251979.791320.21403.410.801920.607420.818461.98785L/40.99174874.831425.171137.070.721430.506210.824650.63446跨中0.99174867.851432.151294.650.726300.507130.836900.56100 （3） 承载能力极限状态计算1. 跨中截面正截面承载力计算上翼板厚度为150，考虑承托影响，其平均厚度为上翼缘有效宽度取下列数值较小者（1）（2）（3） 因承托坡度故不计承托影响，按上翼缘平均厚度计算综上，取2260首先按公式判断截面类型，代入数据计算得因为84067208692140.8,满足上式要求，属于第一类T型，应按宽度为的矩形截面计算其承载力。由的条件，计算混凝土受压区高度 将代入下式计算截面承载能力计算结果表明，跨中截面的抗弯承载力满足要求。2. 斜截面抗剪承载力计算(1）距支点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 为验算截面处剪力组合设计值，按内插法得距支点处，为1192.4预应力取1.25；验算截面距支点1150处的截面腹板宽度，取求得：1336.8斜截面抗剪承载力计算，说明截面抗剪承载力是足够的。（2）变截面点处斜截面抗剪承载力计算首先进行抗剪强度上、下限复核：其中仍取2125求得：计算表明，承载尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋.斜截面抗剪承载力按下式计算说明截面抗剪承载力满足要求。(4) 预应力损失计算1. 摩阻损失 摩擦损失计算表 表7截面 钢束号 1 2 3 4 总计 支点 x(mm) 0.48 0.48 0.48 0.48 (弧度） 0.00425 0.00475 0.00571 0.00571 2.48 2.65 2.99 2.99 11.11 变截面 x(mm) 2.48 2.48 2.48 2.48 (弧度） 0.2196 0.0245 0.02949 0.02949 12.79 13.67 15.39 15.39 14.31 L/4截面 x(mm) 10.23 10.23 10.23 10.23 (弧度） 0.09061 0.1012 0.1216 0.1216 52.01 55.56 62.38 62.38 58.08 跨中 x(mm) 19.98 19.98 19.98 19.98 (弧度）0.1770 0.1976 0.2376 0.2376 99.79 106.44 119.26 119.26 111.192. 锚具变形损失 反摩擦的影响长度计算表 表8钢束号123413951395139513951295.211288.561275.741275.740.0049940.0053270.0059690.005969（mm）1249.7512100.611431.311431.3锚具变形损失计算表 表9 截面 钢束号1234总计支点x（mm）480480480480（MPa）124.83128.92136.47136.47（MPa）120.04123.81130.07130.07505.32变截面x（mm）2480248024802480（MPa）124.83128.92136.47136.47（MPa）100.06102.50106.86106.86416.28L/4x（mm）10230102301023010230（MPa）124.83128.92136.47136.47（MPa）22.6519.9314.3414.3471.28跨中x（mm）19980199801998019980（MPa）124.83128.92136.47136.47（MPa）0.000.000.000.000.003. 分批张拉损失 预应力钢筋束的张拉顺序为：4321.为张拉控制力减去摩擦损失和锚具变形损失后的张拉力。预应力分批张拉损失的计算见表。分批张拉损失计算表 表10截面张拉束号有效张拉力张拉钢束偏心距计算钢束偏心距个各钢束应力损失（MPa）支点32130.800.00.0791.760.00.0791.760.00.018.4422115.920.0-363.14-363.140.0791.76791.760.03.643.6412122.50-789.6-789.64-789.64-363791.76791.7613.08-1.89-1.89总计13.081.7520.49变截面32122.950.00.0884.150.00.0884.150.00.026.6822133.090.0-61.55-61.550.0884.15884.150.011.1311.1312138.63-506.8-506.85-506.85-61884.15884.1512.773.763.76总计12.7714.9941.67L/432198.890.00.01273.320.00.01273.320.00.052.3522200.940.01059.721059.720.01273.31273.30.041.0141.0112202.33734.52734.52734.5210591273.31273.333.1536.7436.74总计33.1577.75130.1跨中32127.930.00.01273.070.00.01273.070.00.051.2822149.320.01273.071273.070.01273.01273.00.051.7951.7912160.411123.11123.071123.0711231273.01273.043.8543.8543.85总计43.8595.64146.924. 钢筋应力松弛损失 钢筋应力松弛损失计算表 表11钢束（MPa）（MPa）截面12341234支点1272.51255.51223.51204.8136.5534.2830.1227.77变截面1282.21266.11221.81195.137.8835.6927.1726.57L/41320.31286.41240.51152.243.2238.4532.3121.47跨中1259.21208.71180.11048.834.7728.2524.7510.455. 混凝土收缩、徐变损失， 混凝土收缩、徐变损失计算表 表12截面（mm）（kNm）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）支点106.70.004141.0218568.20.005.990.005.9967.1变截面299.90.005691.1328505.51260.128.58-0.827.7674.9L/41085.20.006732.6199473.45241.7510.46-8.22.2637.4跨中1198.10.006732.9203290.66989.0010.32-3.72-2.4916.876.预应力损失组合 应力损失组合 表13截面=+（MPa） = +（MPa） 1 2 3 4平均 1 2 3 4平均支点122.52140.26135.48154.22138.12105.44103.1799.01196.66101.07变截面112.85128.94137.24163.92135.74160.47158.28149.73149.16154.41L/474.66108.64154.47206.82136.15161.84157.07150.93140.09152.48跨中136.15150.29214.90266.18191.88152.19145.67142.17127.87141.98(5） 正常使用极限状态计算1. 全预应力混凝土构件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。在荷载短期效应组合作用下应满足： 为在荷载短期荷载效应组合作用下，截面受拉边的应力：由表 6查得弯矩设计值由表1和2查得：将上述数值代入公式得： 为截面下边缘的有效预应压力： 得 计算结果表明，正截面抗裂性满足要求。（2） 斜截面抗裂性验算斜截面抗裂性验算以主拉应力控制，一般取变截面点分别计算截面上梗肋、形心轴和下肋处在荷载短期效应组合作用下的主拉应力，应满足的要求。为荷载短期效应组合作用下的主拉应力上述公式中车辆荷载和人群荷载产生的内力值，按最大剪力布置荷载，即取最大剪力对应的弯矩值，其数值由表3差得。恒载内力值： ， 活载内力值： 截面点处的主要截面几何性质由表6差得： 计算点几何性质 表14计算点受力阶段（）（mm）d（mm）（）上梗肋处阶段10.4450001008.95933.950.31277阶段20.3100001021.84946.840.31677阶段30.310000904.79829.790.40263形心位置阶段10.49679920.841000.45746阶段20.49937804.79850.40189阶段30.61096846.8400.51739下梗肋处阶段10.193751016.05816.050.19686阶段20.25011003.16803.160.25089阶段30.25011120.2920.210.28016变截面处的有效预应力预应力筋弯起角度分别为： 将上述数值代入，分别计算上梗肋、形心轴和下梗肋处的主拉应力。a) 上梗肋 b)形心轴处 C)下梗肋处 变截面处不同计算点主应力汇总表 表15计算点位置正应力（MPa）剪应力（MPa）主压应力（MPa）上梗肋处6.08-0.63-0.06形心位置7.47-1.55-0.31下梗肋处8.9-0.4-0.02计算结果表明，形心处主拉应力最大，其数值为，小于限制值2. 变形计算（1） 使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期影响系数，对C50混凝土，=1.425，刚度 荷载短期效