结构设计原理课程设计_40m预应力_混凝土T形梁

1、.钢筋混凝土T形梁设计课程设计说明书课程名称:题目:专业:学生姓名:学号:指导教师:开始时间:年月日完成时间:年月日课程设计成绩：学习态度及平时技术水平与实际能说明书撰写质量（总 分等级成绩（ 30）创新（ 5）45）力（ 20）（ 100）指导教师签名：年月日.下载可编辑 .目录（一）设计题目-3（二）设计资料-3（三）设计容-4（四）资料参考-4（五）主梁尺寸-4（六）主梁全截面几何特征值 -8（七）钢筋面积的估算及钢束布置 -14（八）主梁截面几何特性计算 -22（九）持久状况截面承载能力极限状态计算-28（十）钢束预应力损失估算 -31（十一）应力验算-36（十二）抗裂性验算 -41（

2、十三）主梁变形计算 -43.下载可编辑 .（一）设计题目 ：40m预应力混凝土装配式T 形梁设计。（二）基本资料 ：（ 1）、简支梁跨径：标准跨径 Lb =40m，计算跨径 L=38.88m。（ 2）、设计荷载：公路一级，人群荷载为 3.0KN/m2，结构重要性系数 r 0 =1.0（ 3）、环境：桥址位于野外一般地区，一类环境，年平均相对湿度75。（ 4）、材料：预应力钢筋采用 ASTM A41697a 标准的低松弛钢绞线（ 17 标准型），抗拉强度标准值 f pk=1860MPa，抗拉强度设计值f pd=1260 MPa，公称直径 15.24mm，公称面积25140mm。弹性模量 Ep=1

3、.95 10 MPa，锚具采用夹片式群锚。非预应力钢筋：受力钢筋采用 HRB335级钢筋。抗拉强度标准值 f sk=335MPa，抗拉强度设计值 f sd=280MPa。钢筋弹性模量为 Es=2.0 105 MPa。构造钢筋采用 R235 级钢筋，抗拉强度标准值 f sk =235MPa，抗拉强度设计值 f sd=195MPa。钢筋弹性模量为 Es=2.1 105MPa。混凝土：主梁采用 C60，Ec=3.6 104MPa，抗压强度标准值 f ck =38.5MPa，抗压强度设计值.下载可编辑 .f cd=26.5MPa，抗压强度标准值f tk =2.85MPa，抗拉强度设计值f td =1.

4、96MPa。（ 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（JTG D62 2004）要求，按 A 类预应力混凝土构件设计此梁。（ 6）、施工方法：采用后法施工，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型。钢绞线采用千斤顶两端同时拉；主梁安装就位后现浇 400mm宽的湿接缝，最后施工 80mm厚的沥青桥面铺装层。（三）设计容 ：1、根据资料给定的构件截面尺寸，型式，估计预应力钢筋的数量，并进行合理布局。2、计算主梁的截面几何特性，确定预应力钢筋拉控制应力，估算预应力损失及计算各阶段相应有效应力。3、进行强度计算。4、进行施工和使用阶段应力验算。5、抗裂性验算。6、主梁的反拱度和

5、挠度计算。7、绘制施工图，整理说明书。（四）主要资料参考 ：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规结构设计原理叶见曙主编人民交通（五）主梁尺寸主梁各部分尺寸如图所示.下载可编辑 .半纵剖面支座轴线跨径中线.下载可编辑 .变化点截面支点截面.下载可编辑 .图一主梁各部分尺寸图（尺寸单位：mm）主梁力组合序号荷载类型跨中截面四分点截面支点截面M m axQmaxM m axQmaxQmax（KN.m)(KN)（ KN.m)(KN)(KN)1第一期恒载313802387222.12444.232第二期恒载1080081075.38150.753人群140.940.01103.7210.2216.34

6、4公路一级2366.72150.862213.6210.68270.5不计冲击系数冲击系数（ 1+u） =1.104（六）主梁全截面几何特征值1 ）受压翼缘有效宽度 b f 的计算按公路桥规规定， T 形截面梁受压翼缘有效宽度b f ，取下列三者中的最小值 :(1) 简支梁计算跨径的 L/3, 即 L/3=38880/3=12960mm；(2) 相邻两梁的平均间距，对于中梁为 1980mm；(3) (b212 )式中b为梁腹板宽度，bh 为承托长度， 这里承托长度 bh等于为受压区bhh f,0，h f翼 缘 悬 出 板 的 厚 度 ， hf可取跨中截面翼板厚度的平均值，即(710200)80

7、710120 0.5127mm, 所以有hf910(b 6bh 12hf ) 160 12 127 1684mm所以，受压板翼缘的有效宽度 bf =1684mm。2）全截面几何特性的计算在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式为全截面面积：A =i全截面重心至梁顶的距离：yuAiyi式中i 分块面积； y 分块面积AAiA.下载可编辑 .的重心至梁顶边的距离。且iiiuSiIxIiSA y；则 y； IA式中 Ii 分块面积 Ai 对其自身重心轴的惯性矩；Ix Ai 对 x-x （重心）轴的惯性矩。主梁跨中（ I I ）截面的全截面几何特性如下表所示。根据图一可知变化点处的

8、截面几何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同。为A=A =664800mm， uSi94，Ixi=445.48710mmii i=580078iy=873mm IISA yA3310 mm跨中截面分块示意图 ( 带湿接缝 ).下载可编辑 .分块分块面积3 yi x=A（i24（mm）Yi （mm） Si =Ai yi （mm） yuyuyi ）mm I i4号2 ）（mm）Ai （mm145600405824103833101.030 1090.078 109852001201022410375348.309 1090.068 1093232001010326432 1031376. 1091

9、09.89 10910000198719870103111412.410 1090.0056 1091008002160217728 1031287166.962 1090.659 109合计 A=664800 yu =873S=580078 334.777 109110.71 109yb =1427103 =445.487109跨中截面（不带湿接缝）.下载可编辑 .34分 块分块面积Yi （mm） Si =Ayi（imm） y u yix =Ai （ yu yi ）Ii （mm）号2）（ mm）24A （mmmmi11360040454410387586.975 1090.061 10985

10、2001201022410379553.849 1090.068 1093232001010326432 952.917 109109.899 10310910000198719870103 107211.492 1090.006 1091008002160217728 1245156.243 1090.659 109103合 计 A=632800yu =915S=578798=311.476 109=110.693 yb =1385103109=422.169 109支点截面全截面几何特性（不带湿接缝）截面分块示意图.下载可编辑 .分 块分块面积Yi （mm）Si =Ai yiyu yi x

11、=Ai （ yu号2）324Ai （ mm（ mm）（mm） yi ） mm9760040390410393585.32491062830114716310386146.5771094I i （ mm）0.0529100. 109 828001150952200 17525.358 365.01103109109合 计 A=988430y =975S=963267=157.259=365.uyb=1325 103109109=522.358 109支点截面（带湿接缝）.下载可编辑 .分 块分块面积 A3 y =A （ y y ）I i（mm）Y （mm） S =A y（mm） yiiii iu

12、ixiui4号2）（ mm）24（mmmm129600405184103905106.146 1090.069 10962830114716310383143.388 1090. 109 828001150952200 20534.797 109365. 109103合 计 A=1020430yu=945S=964547=184.331 109=365.116 yb=1355103109 =549.447109变化点截面全截面几何特性（不带湿接缝）截面分块示意图.下载可编辑 .变化点截面（不带湿接缝）分 块分 块 面 积Yi （mm）2）号Ai （mm34S =Ay（mm） y y =A （

13、y y）uiI i （mm）ii ixiui（mm）24mm 113600404544 103967106.226 1090.0606 109 852001201022410388767.033 1090.0682 109 262400820215168 1879.176 10958.8126 109103 100001610161001036033.636 1090.0056 109 2376001970468072 963220.343 1098.6249 109103合 计 A=708800u=714108 99y =1007=406.414 10=67.572 10yb=1293103

14、 =473.986109变化点截面（带湿接缝）分 块分块面积3y =A（ y y ）I i（mm）Y （mm） S =Ay （mm） yiii iuixiui4号2）（mm）24Ai （mmmm.下载可编辑 .129600405184103961119.688 1090.069 10973200120878410388156.815 1090. 109262400820215168 1031818.596 10958.813109100001607160701036063.672 1090.006 1092376001970468072 103969223. 1098.625 109合 计 A

15、=712800 yu =1001S=713278 =411.868109=67.572 yb =1299103109=479.440 109（七）钢筋面积的估算及钢束布置1 ）预应力钢筋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 （ 13-123 ）可得跨中截面所需的有效预加力为Ms /W0.7 ftkNpe式中的 Ms 为正常使用极限状态按作用 （或荷载）短期效应组合计算的弯矩( 1ep )AW值有：M sM G 1M G 2M Qs31381080(2366.720.7140.94)6015.644KNm设预应力钢筋截面重心

16、距截面下缘为ap100mm，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离为 epybamm ；钢筋估算时，截面性质近似取用全截面的性质来计算，由表一可得跨中截面全截面面积3A=664800mm2 ，全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩为.下载可编辑 .WI445.487 109312.184106 mm2；所以有效预加力为yb1427M s0.7 f tk6015.64410660.7 2.856N peW312.184 103.001706 10N预加力钢筋的拉控1ep11327AW664800 312.184 106制应力con0.75 f pk0.75 1860139

17、5MPa ，预应力损失按拉控制应力的20%估算，则可得需要预应力钢筋的面积为ApN pe3.0017061062(10.2) con2689.7mm0.8 1395采用3束7j15.24 钢绞线，预应力钢筋的截面积为 Ap 2940mm2 。采用夹片式锚群，70金属波纹管成孔。2）预应力钢筋布置（1）跨中截面预应力钢筋的布置后法预应力混凝土构件的预应力管道布置应符合公路桥规中的有关构造要求。参考已有的设计图纸并按公路桥规中的构造要求，对夸那个截面预应力钢筋进行初步布置（如图）（2）锚固面钢筋束布置为施工方便，全部3 束预应力钢筋均锚于梁端（图） 。这样布置符合均匀分散的原则，不仅能满足拉的要求

18、，而且N1，N2在梁端均弯起较高可以提供较大的预剪力.下载可编辑 .下载可编辑 .（3）其他截面钢束位置及倾角计算1、钢束弯起形状、弯起脚及弯曲半径。采用直线段中接圆弧曲线的方式弯曲；为使预应力钢筋的预加力垂作用于锚垫板，N1 、N2 和 N3 弯起脚均取08 ；各钢束的弯曲半径为 RN1=60000mm；RN2=40000mm，RN3=20000mm2、钢束各控制点位置的确定：以N3 号钢束为例，其弯起布置如图所示。20026708004063120直线段直线段弯止点导线点弯起点062422980LzLb1Lb201LdLwXk38880/2跨中截面中心线.下载可编辑 .由 Ldc ?cot

19、0 导线点距锚固点的水平距离Ldc ? cot 0 =4269mm由 Lb 2R ? tan弯起点至导线点的水平距离Lb2R ? tan=1399mm22所以弯起点至锚固点的水平距离为： LwLdLb 2 =4269+1399=5668mm则弯起点至跨中截面的水平距离为 Xk=（38880/2+298）-5668=14070mm根据圆弧切线的性质，弯起点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点水平距离相等，所弯止点至导线点的水平距离为Lb1Lb 2 ? cos 0 =1385mm故弯止点至跨中截面的水平距离为xkLb1Lb 2 =14070+1385+1399=16854mm。同理，可以计算

20、N1、N2 的控制点位置，将各钢束的控制参数汇于下表：钢束升 高 值c弯起角 0弯起半径R支点至锚弯起点距弯 止点 距号（mm）（）（mm）固点的水跨中截面跨 中截 面平距离d水平距离水 平距 离（mm）xk（ mm）（mm）N12200860000873898740N21300840000214831913886N320082000029814070168543、各截面钢束位置及其倾角计算仍以 N 号钢束为例，计算钢束上任一点i 离梁底距离 aa c 及该点处钢束的倾角i，3ii式中 a 为钢束弯起前其重心至梁底的距离，a100mm； ci为 i 点所在计算截面处钢束位置的升高值。计算时，首

21、先应判断出 i点所在处的区段，然后计算 c 及i，即当 ( xx ) 0 时，i 点位iik于直线段还未弯起， c0, 故 aa 100mm;0ii当0 ( xi xk ) (Lb1 Lb 2)时， i点位于圆弧弯曲段， c 及按下式计算，即iiciRR2( x ix k )2, isin1 ( xixk )R当 ( xixk)(Lb1Lb2) 时， i点位于靠近锚固端的直线段此时io8 , c按下式计算，即ic ix ix kL b 2tan0.下载可编辑 .各截面钢束位置ai 及其倾角见下表：计算截钢xL +L （ mm）（xx ）（mm）cia =a+cb1b2ikii面束（ mm（）（

22、mm） （ mm）编）号跨中截N3898351为负值，钢束尚未弯001001面 xi =0283195567起NN3140727840L/4 截N13898351xi xkLb1+ L b28722822面N831955670 xx L + Lb22.007251252ikb1xi =972314072784负值未弯起00100N0mm0变化点N13898351xi xkLb1+ L b28722822截 面N2831955670 xi xkLb1+ L b22.00725125x=972N314072784负值未弯起00100i0mm0支点截N13898351xi xkLb1+ L b282

23、0882188面N283195567xi xkLb1+ L b2811701270xi =194314072784ikb1b28558658Nxx L + L40mm0.下载可编辑 .4、钢束平弯段的位置及平弯角N3钢束平弯示意图跨中截N2钢束平弯示意图面中心线N1、N2、N3三束预应力钢绞线在跨中截面布置在同一条水平面上，而在锚固端三束钢绞线则都在肋板中心线上，为实现钢束的这种布筋方式， N2、N3在主梁肋板中必须从两侧平弯到肋板中心线上，为了便于施工中布置预应力管道， N2、N3 在梁中的平弯采用相同的形式，其平弯位置如图所示。平弯段有两段曲线弧，每段曲线弧的弯曲角为86318010000

24、4.9453) 非预应力钢筋截面积估算及布置按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量：在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。设 预 应 力 钢 筋 和 非 预 应 力钢 筋 的 合 力 点 到 截 面 底 边 的 距 离 为 a80mm ， 则 有h0ha2300 802220mm 。 先 假 定 为 第 一 类 T 形 梁 截 面 ， 由 公 式xh0h022 0Md 其中 fcd26.5MPabf 1684mm 计算受压区高度 X，求得 x=91.5mmfcdbf 。d=1.2 恒+1.4 汽 +0.8=8877.456 ；则根据正截面承载力计算

25、需要的非预应力钢筋截hf=127mm M面积为Asfcd bf xf pd Ap 26.5 1684 91.5 126029402f sd2801353mm.下载可编辑 .采用 5 根直径为 20 的 HRB335钢筋，提供给的钢筋截面面积为As1570mm2 。在梁底布置成一排其间距为 65mm，钢筋重心到底边的距离为as45mm.( 八) 主梁截面几何特性计算后法预应力混凝土梁主梁截面几何应根据不同的受力阶段分别计算。（ 1）主梁预制并拉预应力根据主梁混凝土达到设计强度的90%后，进行预应力的拉，此时管道尚未压浆，所以其截面特性为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，

26、该截面的截面特性计算中应扣除预应力管道的影响，T 梁翼板宽度为 1580mm（2）桥面、栏杆及人行道施工和运营阶段此时主梁即为全截面参与工作，此时截面特性计算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面， T 梁翼板宽度为 1580mm。.下载可编辑 .第一阶段跨中截面几何特性计算表分 块 名分块面积 AiYi （mm）Si =Ai yi4yu yix=Ai （yu = i + x（ mm）称23（mm）244（mm）（mm）yi ） mm（mm）混 凝 土 632.8 103915579.012422.168.40. 109全截面1069109非 预 应（ ES 1 ）225516.130 0-1348.413.005 109力 钢 筋 AS=7.153106换算面 103积预留管 32200 25.3990-1293.4-19.313 道面积702 /4=10610911.545 103净 截 面 An=628.408yun=906.=569.743422.16-6.263 109415.906 面积10361069109109.下载可编辑 .第一阶段变化点截面（ L/4截面）几何特性计算表分块名称分 块 面Y （mm）S =A y34y y =A （