结构设计原理毕业课程设计B类

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)本科课程设计预应力混凝土简支梁设计学院专业课程名称结构设计原理设计名称工程结构设计年级班别学号学生姓名指导教师2008年12月29日1广东工业大学课程设计任务书题目名称学生学院专业班级姓名学号结构设计原理课程设计预应力混凝土简支梁设计建设学院一、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预应力钢筋及普通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；4预应力损失计算；5正常使用极限状态计算；6持久状况应力验算；7荷载短期效应作用下的应力验算；8短

2、暂状况应力验算；9绘制主梁施工图。二、课程设计的要求与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桥面净空：净14+21.02设计荷载：公路 级荷载，人群荷载3.5 ，结构重要性系数 =1.03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=32.4， =2.652强度设计值=22.4 ， =1.83弹性模量=3.45其强度指标为：抗拉强度标准值=1860抗拉强度设计值=1260弹性模量=1.95相对界限受压区高度=0.4 ， =0.2563

3、（ 3）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=400抗拉强度设计值=330弹性模量=2.0相对界限受压区高度=0.53 ， =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=335抗拉强度设计值=280弹性模量=2.04主要结构尺寸图 1主梁跨中截面尺寸（尺寸单位： ）主梁标准跨径 =25，梁全长 24.96 ，计算跨径 =24.3 。主梁高度 =1400，主梁间距 =1600，其中主梁上翼缘预制部分宽为1580，现浇段宽为 20，全桥由 9 片梁组成。主梁跨中截面尺寸如图1 所示。（二）内力计算结果摘录1恒载内力（1

4、）预制主梁的自重=11.45（2）二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆）=6.51恒载内力计算结果见表1。2活载内力汽车荷载按公路 级荷载计算， 冲击系数 =1.193 ，人群荷载按 3.5 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）M d1.2(M G1kM G2k ) 1.4M Q1k 1.12M Q2kVd1.2(VG1kVG2k ) 1.4VQ1k 1.12VQ2k3（2）短期组合（用于正常使用极限状态计算）M Q1kM S(M G1k M G2k ) 0.7M Q2k1（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）M l

5、(M G1kM Q1k)M G2k ) 0.4(M Q2k1各种情况下的组合结果见表3。表 1恒载内力计算结果预制梁自重二期恒载截面位置距支点截面弯矩剪力弯矩剪力距离（ kN.m）（ kN）（ kN.m）（ kN）支点0.00.0138.690.079.1变截面1.3170.65123.8597.3370.646.075631.969.34360.439.55跨中12.15842.560.0480.510.0表 2活载内力计算结果公路 级人群荷载截面位距支点弯矩剪力弯矩剪力截面距对应置对应对应对应离(kN.m(kN.m(kN.m)（ kN） （ kN） (kN.m)（kN）)（ kN）)支点0

6、.00.0351.1398.00.00.036.4736.470.043变截面1.3377.91285.5324.6421.6739.2528.5128.637.1546.0751003.6111.8173.51054.3104.29.412.8778.1843514跨中12.151342.973.81106.91299.1139.40.05.7469.742378注：车辆荷载内力、中已计入冲击系数=1.193 。表 3荷载内力计算结果截面位项目基本组合短期组合长期组合4置（kN.m）（kN）（ kN.m）（ kN）（ kN.m）（ kN）最大弯793.790.0460.290.0350.11

7、0.0矩支点最大剪859.440.0487.810.0365.830.0力最大弯894.61665.02528.97390.52410.39301.62矩变截面最大剪719.92552.55413.57451.51335.79953.52力最大弯297.761685.43183.911370.51150.152712.61矩最大剪388.051689.10223.591377.07172.232754.36力最大弯103.332250.5243.311829.1324.753623.99矩跨中最大剪156.132155.1168.481786.5638.153484.63力（三）施工方法要点后

8、张法施工，金属波纹管成孔，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，构件暴露在类环境中。（四）设计要求1方案一：按全预应力混凝土设计预应力混凝土T 形主梁。2方案二：按部分预应力混凝土A 类构件设计预应力混凝土T 形主梁。3方案三：按部分预应力混凝土B 类构件（允许裂缝宽度为0.1 ）设计预应力混凝土 T 形主梁。学生应按指导教师要求选择其中一个方案进行设计。三、课程设计应完成的工作1编制计算说明书；2绘制施工图（主要包括：主梁支点横断面图、主梁跨中横断面图、主梁钢束布置图、主梁混凝土数量表、主梁钢束数量表）。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期51布置任务，收集资

9、料，预应力钢筋及普通钢教 2-21312.22-23筋数量的确定及布置2截面几何性质计算，承载能力极限状态计算教 2-21312.243预应力损失计算，正常使用极限状态计算教 2-21312.254持久状况应力验算，短暂状况应力验算教 2-21312.265绘制主要构造图，整理计算说明书，上交设教 2-21312.27-28计成果五、应收集的资料及主要参考文献1 张树仁，郑绍硅，黄侨，鲍卫刚钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理北京 : 人民交通出版社 ,20042 中华人民共和国行业标准 . 公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范 (JTG3 白宝玉主编 . 桥梁工程 . 北京 : 高等教育出

10、版社 ,20054 易建国主编 . 混凝土简支梁 ( 板) 桥(第三版 ). 北京 : 人民交通出版社 ,20065 胡兆同 , 陈万春 . 桥梁通用构造及简支梁桥 . 北京：人民交通出版社 ,2001发出任务书日期： 2008年 12月 13日指导教师签名： 禹智涛计划完成日期：2008年 12月 28日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：方案三部分预应力混凝土 B 类梁设计一 预应力钢筋数量的确定及布置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荷载短期效应弯矩组合设计值，由附表 3 查得 2250.52 KNm ；为混凝土允许名义拉应力。根据容许

11、裂缝宽度=0.1mm ，查得 =5.0MPa 。计入高度修正系数 =0.7，并假设普通钢筋的配筋率为 1.5。则修正后的名义拉应力为N5.00.71.54.09.5 mpct估算钢筋数量时，可近似采用毛截面几何性质。按图1 给定的截面尺寸计算： 0.4566×， 894.64mm ， 505.36mm， 0.1096×， 0.1226×。为预应力钢筋重心到毛截面重心的距离，为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离，。假设 120mm ，则 894.6 120 774.64mmN pe2250.52 106 /(0.1226 109 )9.51774.641225677.

12、16 N所以9 )0.85 (0.122645660010拟采用15.2 钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积139，抗拉强度标准值6 1860MPa ，张拉控制应力取 0.75 0.75× 18601395 MPa ，预应力损失按张拉控制应力的 25估算。所需预应力钢绞线的根数为：npN pe1224376.7s AP8.42 ，取9根。con1 0.25 1395 139采用 3 束 315.2 预应力钢筋束， OVM15-5型锚具，供给的预应力筋截面面积9× 139 1251，采用 45 金属波纹管成孔，预留管道直径为55mm 。预应力筋束的布置见图索界范围：预应力钢筋合

13、力作用点至截面上核心点的距离e2M s2250. 52 610 2161. 960. 8 N5 pe0. 851224376. 7预应力钢筋合力作用点至截面下核心点的距离e1M G1K842.56106688.15mmN pe1224376.7跨中断面锚固断面图 1 预应力筋束布置（尺寸单位：mm）预应力筋束的曲线要素及有关计算参数列于表1和表 2。预应力筋束曲线要素表表 1钢束编号起弯点距跨中（ mm） 曲线水平长度（ mm）曲线方程1012300y 200+ 3.9658×2、 390003300y 120+ 3.4894 ×注：表中所示曲线方程以截面底边线为x 坐标，

14、以过跨中垂线为y 坐标。各计算截面预应力筋束的位置和倾角表 2计算截面锚固截面支点截面变截面点L4 截面跨中截面截面距离跨中（ mm）123001215010850607507钢束到梁底距离1 号束800785.4666.9346.42002、3 号束500466.2131.9120120（ mm）合力点600572.6310.2195.5146.7钢束与水平线夹角1 号束5.57215.50464.91892.758902、3 号束12.969312.39817.356700（度）平均值10.503610.10036.54410.91960累计角度1 号束00.06750.65332.813

15、25.5721（度）2、3 号束00.57125.612612.969312.96931. 普通钢筋数量的确定及布置设预应力筋束和普通钢筋的合力点到截面底边的距离为=110mm, 则h0h aps1400110 1290mm=140mm, h ph a p 1400 1401260mmb=160mm, 上翼缘厚度为80mm ，如考虑承托影响，其平均厚度为'8 01100 710 /1 6 0 0 1 6 0mm 1 3 0h f22上翼缘有效宽度取下列数值中较小者：'243002 b f L / 338100，因承托坡度，故不计承托影响，按上翼缘平均厚度计算：mm综上所述，取

16、=1600mm由公式得：6x1.0 3623.991022.41600 x 12902x=81mm所以f cdbf' xf pd Ap22.4 1600 80.91251 12604009.68mmAsf sd330采用 5 根 32mm 的 HRB400钢筋，提供钢筋截面面积=4021mm在梁底布置成一排，其间距为75mm ，钢筋重心到截面底边=45如图：8二 . 截面几何性质计算截面几何性质的计算需根据不同的受力阶段分别计算。本算例中，主梁从施工到运营经历了如下几个阶段：1.主梁混凝土浇筑，预应力筋束张拉（阶段1 净截面）混凝土浇注并达到设计强度后，进行预应力筋束的张拉，但此时管道

17、尚未灌浆，因此，其截面几何性质为计入了普通钢筋的换算截面，但应扣除预应力预留管道的影响。该阶段顶板的宽度为 1600mm 。2.二期恒载及活载作用（阶段2 换算截面）该阶段主梁截面全部参与工作，顶板的宽度为2200mm ，截面几何性质为计入了普通钢筋和预应力钢筋的换算截面性质。各阶段截面几何性质的计算结果列于表3。全预应力构件各阶段截面几何性质表 3阶段截面A=J=J=J阶段支点571.0828.9256.40.13930.24410.16810.5433（净0.6674121：变截截面）钢束面0.471532.8867.25570.11990.22500.13830.2153灌浆、L40.4

18、10531.3868.7728.70.12010.22610.13830.1649锚固跨中0.471530.7869.4729.30.11190.21080.12870.153前4阶段支点0.68072581.1818.9245.60.14210.22450.17350.5767变截2：0.48331548.2850.8540.50.12560.22870.14750.2324（换面算截面）二期L40.4833549.9848.5654.20.12580.2280.14810.192416荷载、0.48330.126活载跨中552.2848.8705.50.22910.14870.179312

19、三 .承载能力极限状态计算91.预应力筋束和普通筋束合力点到截面底的距离40213 3 04 5125112601 40mm97a ps9 6.5mm84021 330 1251 1260所以h0haps14009 71 mm303首先按公式判断截面类型。代入数据计算得：1260 125133040212903190 N22.4 16001294623360 N所以属于第一类T 形，应按宽度为的矩形截面计算其承载力。由 0 的条件，计算混凝土受压区高度：xf p dA p f s d s1260 1251 330 4021 '1 3 0mmfc db'A22. 4 16008

20、1 hffbho0. 413025 2 0mm.8将 81 mm 代入下式计算截面承载能力 22.4× 1600× 81×（ 1302） 3694.1kNm> 3623.99kNm所以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选取距支点h2 和变截面点处进行斜截面抗剪承载力复核。截面尺寸如示图1，预应力筋束的位置及弯起角度按表2 采用。箍筋采用HRB335 钢筋，直径为10mm ，双肢箍，间距200mm；距支点相当于一倍梁高范围内，箍筋间距100mm。（ 1） 距支点 h2 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：0.5&#

21、215; 2 ftd bhooVd 0.51 10 3fcu ,k bho为验算截面处剪力组合设计值，按内插法得距支点h2 700mm 处的为 859.44 784.31 kN预应力提高系数取1.25；验算截面（距支点h2 700mm ）处的截面腹板宽度，b 267.69 mm；（内插法，支点和变截面之间）为计算截面处纵向钢筋合力作用点至截面上边缘的距离。在本方案中，所有预应力钢筋均弯曲，只有纵向构造钢筋沿全梁通过，此处的近似按跨中截面的有效梁高取值，取1400 97 1303 mm 。0.5× 0.5×× 1.25× 1.83× 1263.3

22、× 252.3 364.5 kN 0.51×× 1263.3× 252.3 1149.4 kN364.5 kN < 784.31 kN < 1149.4 kN计算结果表明，截面尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋。斜截面抗剪承载力按下式计算：为斜截面受压端正截面处的设计剪力，比值应按重新进行补插，m 为剪跨比，因为m 越大对受剪承载力的影响就越不明显，从有利因素出发，取a =1.7得：10xh0.6mh027000.61.713032029.1 mm719.9 2388. 0586 7kN0. （8相7应 m 1.7）719. 924775705.

23、为混凝土和箍筋共同的抗剪承载力Vc s12 30.45130b ho2 0.p 6fc u, ks v f , s dv式中：异号变矩影响系数，对简支梁，1.0；预应力提高系数，1.25；受压翼缘影响系数，取1.1；b斜截面受压端正截面处截面腹板宽度，距支点的距离为 （） 14002+0.6 × 1.7× 1303 2029.1mm，内插得 b 160mm ；p 斜截面纵向受拉钢筋配筋百分率，p100，当 p>2.5 时，取 p2.5，p 100 100× 2.531箍筋配筋率，0.00491。 1.0× 1.25× 1.1×

24、0.45×× 160× 1302×(20.62.5)500.00491280 751.86 kN为预应力弯起钢筋的抗剪承载力 0.75××式中：在斜截面受压区端正截面处的预应力弯起钢筋切线与水平线的夹角，其数值可由表 1给出的曲线方程计算，5.189， 9.703。（求导） 0.75×× 1260×1251sin 5.189 2sin 9.704 157.3 kN3该截面的抗剪承载力为 751.87+157.3 909.17kN > 784.3kN说明截面抗剪承载力是足够的。（ 2） 变截面点处斜截

25、面抗剪承载力计算首先进行抗剪强度上、下限复核：0.5×2 ftd bhooVd0.51 10 3f cu,k bho其中， 719.92 kN ， b 160 mm，仍取 1303 mm 。0.5× 0.5×× 1.25× 1.83× 160× 1303 238.45kN 0.51×× 160× 1303 751.83 kN238.45 kN< 719.92 kN < 751.83 kN计算结果表明，截面尺寸满足要求，但需配置抗剪钢筋。斜截面抗剪承载力按下式计算：Vc s1230.

26、4 5130b ho20.p 6fc u, ks v f , s d v式中，P 100 100× 2.53，取 p=2.511 0.00491 1.0× 1.25× 1.1× 0.45×× 160× 1303×(20.62.5)500.00491280 752.45 kNVp b0. 7 5130f p dA p d s i n p式中：在变截面处预应力钢筋的切线与水平线的夹角，表1 查得， 4.92，7.36。 0.75×× 1260× 134.7kN 752.45+134.7 8

27、87.2kN > 719.5 kN说明截面抗剪承载力满足要求。四 . 预应力损失计算.1 摩阻损失：式中：张拉控制应力，0.75 0.75× 1860 1395 MPa ；摩擦系数，取0.25；局部偏差影响系数，取k 0.0015。各截面摩阻损失得计算见表4钢 束 号23总计截面1（ MPa ）0.150.150.15支点（弧度）0.001180.009960.00996（ MPa ）0.733.783.788.291.451.451.45变截面（弧度）0.01140.097960.09796（ MPa ）6.9936.7036.7080.396.2256.2256.225L4

28、 截面（弧度）0.049100.22640.02264（ MPa ）29.7289.0189.01207.7212.312.312.3跨中（弧度）0.097250.22640.2264（ MPa ）58.40100.85100.85260.1.2 锚具变形损失反摩擦影响长度，式中：张拉端锚下控制张拉应力；锚具变形值，OVM 夹片锚有顶压时取4mm ；扣除沿途管道摩擦损失后锚固端预拉应力；张拉端到锚固端之间的距离，本方案中12370 mm。当时，离张拉端x 处由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的、考虑反摩擦后的预拉力损12失为，当时，表示该截面不受反摩擦的影响。当时，预应力钢筋的全长均处于反摩阻

29、影响长度以内，锚具变形损失的计算见表5、表 6。反摩擦影响长度计算表表 5钢束号123（ MPa ）139513951395（ MPa ）1336.61294.51294.5（ MPamm ）0.0047480.008200.00820（ mm）12817.29753.69753.6锚具变形损失计算表表 6钢束号123总计截面150150150支点121.71159.95159.95123.58157.48157.48438.54145014501450变截面121.7159.98159.98111.2136.20136.20383.64622562256225L4 截面121.8159.98

30、159.9865.8857.8557.85181.68123001230012300跨中121.73159.98159.988.200.000.008.203.分批张拉损失式中：在计算截面先张法的钢筋重心处，由后张拉的各批钢筋产生的混凝土法向应力；预应力钢筋预混凝土弹性模量之比，1.95×3.45× 5.65。本方案中预应力筋束的张拉顺序为：1 2 3。有效张拉力为张拉控制力减去了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表见表7。分批张拉损失计算表表 7张拉束有效张拉力张拉钢束偏心矩计算钢束偏心矩各钢束应力损失（ mm）（ mm）（ MPa ）截面（

31、15; N）号1212122387.39110.710-213.602.9800支点3387.39110.710-213.6110.712.983.33130总计5.963.33变截2380.76173.650-16.304.3603380.76173.65173.65-16.3173.654.365.03面总计8.725.032393.73317.080520.208.580L43393.73317.08317.08520.20317.088.587.07总计17.167.072562.52358.70770.3016.070跨中3562.52358.7358.7770.3358.716.0

32、711.2总计32.1411.204 钢筋应力松弛损失式中：超张拉系数，本方案中1.0；钢筋松弛系数，本方案采用低松弛钢绞线，取0.3；传力锚固时的钢筋应力，。钢筋应力松弛损失的计算表见表8。钢筋应力松弛损失计算表表 8钢（ MPa ）（ MPa ）束123123截面支点1249.941232.71238.733.5431.3032.07变截面1255.31310.311315.3434.2541.7942.51L41277.211251.871258.9437.1933.7930.10跨中1285.221337.761348.9638.2945.7547.40.5 混凝土收缩、徐变损失0.

33、9 E p c s t t , oE pptc t ,o1 1 5ps式中：构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处，由预加力（扣除相应阶段的应力损失）和结构自重产生的混凝土法向应力；预应力筋传力锚固龄期为，计算龄期为时的混凝土收缩应变；加载龄期为，计算龄期为时的混凝土徐变系数；构件受拉区全部纵向钢筋配筋率，。设混凝土传力锚固龄期及加载龄期均为28 天，计算时间，桥梁所处环境的年平均相对湿度为 75，以跨中截面计算其理论厚度h=2=2456600100221580280710(1400290180)1002190360查表得： 0.225×， 1.697 。14混凝土收缩、徐变损失的计算见表

34、9。 （换算截面下）混凝土收缩、徐变损失计算表表 9截面（ mm）（ kN ）（ kNm ）(MPa(MPa(MPa(MPa)支点394.60.0071.61551.807.0504.1662.96850变截面434.510.0091.71618.3267.989.52-0.914.8364.24385L4511.650.0122.01579.6992.311.85-5.162.6844.74190跨中523.090.0122.11645.01323.0712.71-7.181.2735.66144.6 预应力损失组合上述各项预应力损失组合情况列于表10。应力损失组合表 10截面（ MPa ）

35、（ MPa ）123平均123平均支点145.0159.6156.3153.6896.595.5495.0395.696630变截面139.7174.7169.7161.4298.4106.7106.7103.7696955L4117.7143.1136.0132.3381.978.5374.8478.439363跨中109.757.2446.0471.0273.981.4183.0679.4785五 . 正常使用极限状态计算1.裂缝宽度计算部分预应力混凝土B 类构件在荷载短期效应作用下的裂缝宽度按下式计算ss30 dwf c1c 2c 3Es0.28 10为钢筋表面形状系数，对于带肋钢筋，=

36、1.0 ；为作用（或荷载）长期效应系数，=1+0.5= ；为与构件受力性质有关的系数，=1.0；d 为纵向受拉钢筋直径，用预应力钢筋和普通钢筋的等效直径的 HRB400 钢筋的等效直径截面配筋率为：ApAs1251 402116 00.204 02 07bh0 (b f1 6 012903 6 0b)h f15取 =0.02为短期效应组合作用下，受拉防金的应力，其数值可按下列近似公式计算：M sN p0 zd 0M p2ssApAszh2z 0.870.12 1'0h0fe为混凝土法向应力为零时的预应力=p0Ap l 6 AspeEppcAp l 6 As=（ +）作用点到净截面重心距

37、离为ep 0np 0 Ap y pnl 6 As ysnp0 Apl 6 As为在预应力筋及普通钢筋的合力作用下，预应力筋重心处的混凝土预压应力= （ +）作用点到净截面重心的距离为pe Ap ysn apl 6 As ysn asepnl 6 Aspe Ap为作用点到纵向受拉预应力钢筋和普通钢筋的合力之间的距离。代入数据得：=（ (1024.2 125143.634021)100 =1351.2MPaepnpe Apysna pl 6 Asysnaspe Apl 6 As1024.21251729.343.634021821.3=1024.2125143.634021=717.20mm133

38、1. 021331. 020. 7170. 729p c, p0.4 7 00./100011188=9.11MPa=1258.0MPa=1399.2MPa16p 0 A p ypnl 6 As ysnep0 np 0 Apl 6 As1255.41251729.243.634021821.3=1255.4125143.634021=752.12mmap 0 ysna p se p o n8 6 9. 39 87 1 7. 6 3 mm5 3. 7e ap0 M Nsp 02250. 52100053. 71 6 6 2m.1m21399.2=z 0. 8 7 0. 1 2 1 ' h20hfe02=0.870.12 10.899130213021662.12= 1123.15mm对于静定结构=0，1063=2250.521399.21123.1553.710125140211123.15=127.36MPawfc1c 2css30d3Es0.28 10127.363030.15=1.