預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、 目的 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使每個(gè)學(xué)生掌握橋梁工程中常遇的小箱梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和設(shè)計(jì)步驟，鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的有關(guān)橋梁內(nèi)力計(jì)算和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的配筋計(jì)算的基本理論，并熟悉與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種設(shè)計(jì)依據(jù)，了解有關(guān)設(shè)計(jì)的參考資料。 二、 設(shè)計(jì)資料及依據(jù) （一）設(shè)計(jì)資料 1、 結(jié)構(gòu)形式：標(biāo)準(zhǔn)跨徑 (30+x )m 預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支小箱梁橋，100nxm，其中 n 為各個(gè)同學(xué)準(zhǔn)考證號(hào)的最后兩位數(shù)。 2、 設(shè)計(jì)荷 載：公路 ，人群荷載為 側(cè)欄桿重量的作用分別為 m，人行道的自重為 面鋪裝采用平均為 10鋼筋混凝土。 3、 橋面凈寬：凈 見(jiàn)橋梁橫斷面圖。 4、 跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑： (30+x )m；計(jì)算跨徑： l =(29.4+x )m；主梁全長(zhǎng)： L =(x ) m。 5、 上部結(jié)構(gòu)材料：混凝土標(biāo)號(hào)為 50 號(hào)；預(yù)應(yīng)力筋采用 j 強(qiáng)度低松弛鋼絞線，面積 2 ，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度： 1860性模量105張法施工；其它鋼筋直徑 12用 鋼，其余用 I 級(jí)鋼。 （二）設(shè)計(jì)依據(jù) 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 61 2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì) 62 2004 三、設(shè)計(jì)要求： 第二部分 設(shè) 計(jì)指導(dǎo)書(shū) 一、設(shè)計(jì)計(jì)算參照文獻(xiàn) 5、 6。 二、計(jì)劃進(jìn)度 內(nèi) 容 進(jìn) 度（ 第 日 ） 1 2 3 4 5 6 7 2 計(jì) 算 書(shū) 計(jì)算書(shū)整理 參考資料 1 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（ 60人民交通出版社， 2004 年。 2 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（ 62人民交通出版社， 2004年。 3 姚玲森主編，橋梁工程，人民交通出版社， 1995 年 3 月第 1 版。 4 李國(guó) 平主編，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，人民交通出版社， 2000 年 10 月第 1 版。 5 易建國(guó)主編，混凝土簡(jiǎn)支梁（板）橋，人民交通出版社， 2004 年 6 月第 2 版。 6 張樹(shù)仁等編著，鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，人民交通出版社， 2004年 9 月第 1 版。 腹板和頂、底板距端部 位置漸變 155 155 155 155 155 155 155 155 65 1240 65 180 750 180 人行道 人行道 3 橋梁橫斷面圖（單位：厘米） 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 一、 設(shè)計(jì)資料及構(gòu)造布置 （二） 設(shè)計(jì)資料 1、 橋梁跨徑及橋?qū)?標(biāo)準(zhǔn)跨徑： 梁長(zhǎng)： 算跨徑： 面凈寬：凈 、 設(shè)計(jì)荷載 公路 -級(jí)，人群荷載為 側(cè)欄桿重量的作用分別為 3.6 km/行道的自重為 7.5 km/面鋪裝采用平均為 10 3、 材料及工藝 根據(jù)本橋在線路的使用任務(wù)、性質(zhì)、將來(lái)的發(fā)展等具體情況確定。 混凝土：標(biāo)號(hào)為 筋： （ 1） 預(yù)應(yīng)力鋼筋： 860的低松弛鋼絞線。 （ 2） 錨具：與鋼絞線配套的 （ 3） 非預(yù)應(yīng)力鋼筋：直徑大于或等于 12采用級(jí) 鋼筋。直徑小于 12熱軋光面鋼筋。 4、 設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 （ 2）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計(jì) （二）主梁構(gòu)造布置及尺寸擬定 1、截面形式 :由于跨度較大，擬采用抗彎剛度和抗扭剛度都較大的箱型截面。按單箱單室截面設(shè)計(jì)，為減小下部結(jié)構(gòu)的工程量，采用斜腹式。 2、主梁間距：參照較大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土 m。在保證 4 行車道板使用性能 撓度和裂縫控制的前提下，將預(yù)制箱梁控制在可以吊裝的范圍 內(nèi)，橫橋向接 4片預(yù)制箱梁布置，行車道板的跨度取為 間距為 3、主梁梁高： h=251151內(nèi) 4、板寬度及厚度：頂板寬度在橋面寬度和主梁片數(shù)確定以后就已經(jīng)確定 5、底板：寬度取 100度取 18 6、腰板厚度 :除了要滿足抗彎及施工要求外，腹板厚度選取時(shí)還應(yīng)考慮到預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置和彎起，中梁取 258 7、橫隔：僅在梁端設(shè)隔梁，并沿跨度方向等間距設(shè)。 8、橋面鋪裝：采用厚度為 10 二、主梁毛截面幾何特性計(jì)算 （一）計(jì)算截面幾何特性 可以采用分塊面積法，計(jì)算結(jié)果列于表 表 跨中截面幾何特性 分 塊 名 稱 分塊面積分塊面積形心至上緣距離（ 分塊面積對(duì)上緣靜矩（ 分塊面積的自身慣矩 （ 分塊面積對(duì)截面形心慣矩2（ 21 （ （ 1） (2) (3)=(1) (2) (4) (5) (6)=(1)(5)2 (7)=(4)+(6） 翼板 1890 9 17010 51030 392564 4443594 頂板 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）檢驗(yàn)截面效率指標(biāo) 以跨中截面為例 上核心矩： 0 3 7 6 8 2 5 下核心矩： 1 663 8 0 37 6 8 2 截面效率指標(biāo)： ( H S根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般截面效率在 且較大者亦較經(jīng)濟(jì)、較合理。 三、主梁內(nèi)力計(jì)算 （一）荷載橫向分布系數(shù) 鑒于橋的對(duì)稱性，只需計(jì)算 1號(hào)和 2號(hào)梁即可。 按修正偏心壓力法計(jì)算 鑒于本橋的橫向連接剛度比較大，而且寬跨比接近于 可接修正壓力法計(jì)算。下面先按偏心壓力法計(jì)算。對(duì)于邊主梁再乘以 n=4 222412 (255.1 i（ 1） 1號(hào)梁 由于橫向影響線為直線，故只需求兩點(diǎn)坐標(biāo)即可。 1號(hào)梁的01 1124122111 8 )1124122114 車荷載： 6 經(jīng)比較，以兩列車為最不利 121 41 11 按 5 8 9 4 人群： 2） 2號(hào)梁 1124122222 1 過(guò)比較，以兩列車最為不利。 汽車荷載： 121 41 人群： 3604.0） 主梁內(nèi)力計(jì)算 1、 恒載內(nèi)力 （ 1） 荷載集度 1） 主梁預(yù)制時(shí)的自重（第一期恒載） 1g 1號(hào)梁 : 2號(hào)梁： 2 7 2） 欄桿、人行道、橋面鋪裝（第二期恒載） 2g 橋面鋪裝： 人行道： 1號(hào)梁： 2號(hào)梁 : 荷載 梁 第一期恒載 第二期恒載 總恒重 1號(hào)梁 29 號(hào)梁 2） 恒 載內(nèi)力 用分布荷載乘以影響線的面積表 目 Mq=a（ 1g/2 (） q=（ 1 g/2 ( 支點(diǎn) 1/4L 跨中 支點(diǎn) 1/4L 跨中 a 0 .5 a（ 1（ 1+號(hào)梁 0 2號(hào)梁 0 2、 活載內(nèi)力 采用等代荷載計(jì)算 1( 沖擊系數(shù) 1 1 545( )1 從前 面的計(jì)算我們看出 1號(hào)梁的恒載內(nèi)力比 2號(hào)梁的要大，而且荷載橫向分布系數(shù)也大，所以活載內(nèi)力也必然大。因此可以等到這樣的結(jié)論，即 1號(hào)梁總的荷載效應(yīng)比 2號(hào)梁大，據(jù)此將 1號(hào)梁的內(nèi)力作為控制內(nèi)力，只需計(jì)算 1號(hào)梁就行了。 8 （ 1） 跨中截面活載內(nèi)力 由于按照公路級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值 車道荷載的 取 )()( 8 2） 跨中彎矩 )1(2m a x 2） 跨中剪力 1( 人群荷載 跨中彎矩影響線 9 跨中剪力影響線 （ 2） 支點(diǎn)截面活載內(nèi)力 汽車荷載： )(875.7 )(2） 支點(diǎn)彎矩 0)M 2） 支點(diǎn)剪力 )(人群荷載 0M )(支點(diǎn)彎矩影響線 10 支點(diǎn)剪力影響線 （ 3） 1/4汽車荷載： )(875.7 )(1） 1/42） 支點(diǎn)剪力 人群荷載： 1/4 11 1/4序號(hào) 荷載類別 彎矩 M（ m） 剪力 Q（ 支點(diǎn) L/4 跨中 支點(diǎn) L/4 跨中 (1) 恒載 0 (2) 汽車荷載 0 3) 人群荷載 0 4) 汽 +人 0 5) 0 (6) 汽 +人） 0 7) 5） +（ 6） 0 制設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)力 0 、預(yù)應(yīng)力鋼筋面積的估算及其布置 （一）估算鋼束面積 25.1 160h 76.0a y 40 11 y 140 抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度： M P 4 8 81 8 6 預(yù)應(yīng)力鋼筋根數(shù)： 1 n 根 暫定為 8 個(gè)孔道共 50 根鋼絞線，其中 1 6 號(hào)孔各布置 6 根鋼絞線， 7 8 號(hào)各布置 7根。 （二） 預(yù)應(yīng)力鋼筋布置 12 按照“公橋規(guī)”的要求布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，跨中截面見(jiàn)圖 余數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1 號(hào)、 2 號(hào)預(yù)應(yīng)力筋在豎平面內(nèi)彎起，其余預(yù)應(yīng)力鋼筋的彎起曲線采用在腹板平面內(nèi)的圓弧形，需要說(shuō)明的是表 9均是豎直方向的升高值，腹板平面與豎直平面之間夾角的余弦 0意 1面內(nèi)彎起， 5 表 筋束 升高值C （ （） 0 0 0 錨固點(diǎn)在支點(diǎn)外的距離 d（ 起彎點(diǎn) 1 4 15 7318 600 5 6 40 3061 400 7 8 80 159 200 為了下面的計(jì)算所需，先計(jì)算各截面預(yù)應(yīng)力鋼筋位置及其傾角，并將計(jì)算過(guò)程列于表 算截面 鋼筋編號(hào) （ R( ii 跨中截面 14 0 0 1 0 56 78 13 平均傾角 0 0 1 鋼束截面重心 L/4 截面4 0 0 1 0 56 3061 78 159 豎直方向平均傾角（末 )+1 6號(hào) 束截面重心 支點(diǎn)截面475 14 675 17318 56 1075 13061 78 1275 9159 豎直方向平均傾角 束截面重心 五、主梁截面幾何特性計(jì)算及束界校核 （一）截面幾何特性計(jì)算 5 （二）預(yù)應(yīng)力鋼筋布置位置 (束界 )的校核 根據(jù)張拉階段和使用階段的受力要求，可得出布置鋼束重心的限制值 21 y 111 x y )( 212 7 7 6 各截面鋼束位置的校核見(jiàn)表 算截面 A （ xy( ye( I (106W(105ss xx yy 14 跨中 凈截面 10262 算截面 11064 ， 盡管有些截面不滿足，但由于預(yù)應(yīng)力損失只是粗略計(jì)算，所以需要在后面的驗(yàn)算過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整。 六、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算 （一）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力 按“公橋規(guī)”的規(guī)定 M P aR 4 8 81 8 6 （二）預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力損失 1、預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁間摩擦引起的應(yīng)力損失1s按“公橋規(guī)”的公式： e 1 )(1跨中截面的管道壁摩阻損失計(jì)算列于表 表 束編號(hào) 0 X （ m） k （ 1s(0 4 1488 6 488 8 488 均值 理，可算出其他控制截面處的1s值，各截面摩擦力損失值的平均值的計(jì)算結(jié)果列于表 表 面 跨中 L/4 支點(diǎn) 平均值（ 、錨具變形、鋼絲回縮引起的應(yīng)力損失2s 15 由于采用兩端張拉，所以單位長(zhǎng)度的預(yù)應(yīng)力損失為 4 及摩阻影響長(zhǎng)度為： 支點(diǎn)處（ x=0） M P 3)06 1 4 22 L/4截面（ x=: M P 7 4 22 跨中 2 3、分批張拉時(shí)混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失4s21 41 4 8 8()( M P ( 262201 M P 42 1 0 14 4、預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失5s考慮采用低松弛鋼絞線： M P 8 80 2 5、混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失6s設(shè)張拉時(shí)為 7 天，達(dá)到 80%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，理論厚度 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取跨中與 L/4截面的平均值計(jì)算： 4(210 46660 1 40 11064 10 6 2 A M P (),(將各截面鋼束應(yīng)力損失平均值及有效預(yù)應(yīng)力分別匯總于表 表 作階段 預(yù)加應(yīng)力階段 使用階段 17 計(jì)算截面 1s 2s 4s 2s 5s 6s 2s 跨中 53 L/4 53 支點(diǎn)截面 53 表 算截面 有效預(yù)應(yīng)力 跨中 L/4 支點(diǎn)截面 預(yù)加應(yīng)力階段 )(2 用階段 )(22222 、正截面 應(yīng)力驗(yàn)算 （一）施工階段正截面應(yīng)力驗(yàn)算 因?yàn)?1 號(hào)梁控制設(shè)計(jì)，故僅需驗(yàn)算 1 號(hào)梁即可。一般驗(yàn)算截面為 L/2、 L/4 幾個(gè)截面（即尺寸變化截面）。另外，由于中間沒(méi)有多片橫隔板，梁的畸變變形很小，所以此處可以將因扭轉(zhuǎn)而引起的畸變正應(yīng)力忽略不計(jì)。 1、施工階段構(gòu)件在預(yù)加力和自重作用下的應(yīng)力限制值 對(duì)于 50 號(hào)混凝土張拉時(shí)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 80%，即相當(dāng)于 40 號(hào)混凝土。 8/ M P aR M P aR 2、跨中截面上下緣混凝土正應(yīng)力 上緣： 下緣： 其中 18 9 8 64 7 9 6 02 7 66 (壓 ) 6 8 62 7 6 6 02 7 66 均滿足要求 （二）使用階段的正應(yīng)力驗(yàn)算 對(duì)于等截面預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的正應(yīng)力，由于配設(shè)曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的關(guān)系，應(yīng)取跨中、 L/4處分別進(jìn)行驗(yàn)算，在此僅以跨中截面為例。 1、使用階段的應(yīng)力限制值 荷載組合： M 2 0 91 8 6 荷載組合： M 50號(hào)混凝土： 荷載組合： M P aR 0 全預(yù)應(yīng)力