混凝土結(jié)構(gòu)原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、混凝土結(jié)構(gòu)原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 預(yù)應(yīng)力鋼絞線面積估算、布置及校核；2. 截面幾何參數(shù)的計(jì)算；3. 確定張拉控制應(yīng)力，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失估算；4. 承載能力極限狀態(tài)正截面、斜截面承載能力計(jì)算；5. 應(yīng)力驗(yàn)算；6. 正常使用極限狀態(tài)抗裂性驗(yàn)算；7. 變形驗(yàn)算及預(yù)拱度設(shè)置；8. 錨固區(qū)局部承壓設(shè)計(jì)計(jì)算 。9、圖紙繪制：預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖。二、設(shè)計(jì)步驟（一）準(zhǔn)備工作1、設(shè)計(jì)題目，設(shè)計(jì)用的原始數(shù)據(jù)和有關(guān)資料由指導(dǎo)教師以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式發(fā)給學(xué)生。2、學(xué)生接到設(shè)計(jì)任務(wù)書后，首先熟悉所給的原始資料, 明確設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)內(nèi)容。（二）預(yù)應(yīng)力鋼絞線面積估算、布置及校核預(yù)應(yīng)力混凝土梁鋼筋數(shù)量估算的一般方法:?

2、 根據(jù)構(gòu)件正截面抗裂性確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量。? 由構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)要求確定非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量。? 預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量估算時(shí)截面幾何特性可取構(gòu)件全截面幾何特性。（1）按構(gòu)件正截面抗裂性要求估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量全預(yù)應(yīng)力混凝土梁 按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合進(jìn)行正截面抗裂性驗(yàn)算，計(jì)算所得的正截面混凝土法向拉應(yīng)力應(yīng)滿足式（1）的要求，可得到 :（ 1）（ 2）Ms按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值；Npe使用階段預(yù)應(yīng)力鋼筋永存應(yīng)力的合力；A構(gòu)件混凝土全截面面積；W構(gòu)件全截面對抗裂驗(yàn)算邊緣彈性抵抗矩；ep預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點(diǎn)至截面重心軸的距離。A 類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 ，根據(jù)式（ 3）可以得到：（

3、 3）求得 Npe 的值后，再確定適當(dāng)?shù)膹埨刂茟?yīng)力con 并扣除相應(yīng)的應(yīng)力損失 l（對于配高強(qiáng)鋼絲或鋼鉸線的后張法構(gòu)件l 約為 0.2con ），估算出所需要的預(yù)應(yīng)力鋼筋的總面積 Ap = Npe/( 1-0.2) con。Ap 確定之后，則可按一束預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積Ap1 算出所需的預(yù)應(yīng)力鋼筋束數(shù)n1 為:n1 =A p/ A p1（ 2）按構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)要求估算非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量在確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量后，非預(yù)應(yīng)力鋼筋根據(jù)正截面承載能力極限狀態(tài)的要求來確定。對僅在受拉區(qū)配置預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，以 T 形截面梁為例：第一類 T 形截面 :（ 4）、（5）第二類 T 形

4、截面 :（ 6）、（7）估算時(shí)，先假定為第一類 T 形截面按式（ 6）計(jì)算受壓區(qū)高度 x。若計(jì)算所得 x 滿足 x hf，則由式（ 5）可得受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積為：若按式（ 6）計(jì)算所得的受壓區(qū)高度為 xhf ，則為第二類 T 形截面，須按式（ 8）重新計(jì)算受壓區(qū)高度 x。若所得 xbh0 且滿足的限值條件，則由式（ 7）可得受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積為：若按式（ 8）計(jì)算所得的受壓區(qū)高度 xhf 且 xbh0 ，則須修改截面面尺寸，增大梁高。公路橋規(guī)規(guī)定部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件中受拉普通鋼筋截面積不應(yīng)小于0.003bh0，其中 b 為截面寬度， h0 為受彎構(gòu)件截面有效高度。預(yù)應(yīng)力筋的布置

5、1）束界把由 E1 和 E2 兩條曲線所圍成的布置預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)的鋼筋重心界限，稱為束界（或索界）。圖 1 全預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的束界圖2）預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置原則（ 1）預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置應(yīng)使其重心線不超出束界范圍。（ 2）預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起的角度，應(yīng)與所承受的剪力變化規(guī)律相配合。（ 3）預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置應(yīng)符合構(gòu)造要求。3）預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起點(diǎn)的確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的彎起點(diǎn)，應(yīng)從兼顧剪力與彎矩兩方面的受力要求來考慮。（ 1）從受剪考慮，應(yīng)從主梁 Vd Vcs 的截面開始起彎，以提供一部分預(yù)剪力來抵抗作用產(chǎn)生的剪力。一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在主梁跨徑的三分點(diǎn)到四分點(diǎn)之間開始彎起。（ 2）從受彎考慮，應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起后的

6、正截面抗彎承載力的要求。（ 3）預(yù)應(yīng)力鋼筋的起彎點(diǎn)尚應(yīng)考慮滿足主梁斜截面抗彎承載力的要求。4）預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起角度彎起角度 p 不宜大于 20；對于彎出梁頂錨固的鋼筋，p 常在 25 30之間。p 角較大的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)注意采取減小摩擦系數(shù)值的措施，以減小由此而引起的摩擦應(yīng)力損失。5）預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起的曲線形狀預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起的曲線可采用圓弧線、拋物線或懸鏈線三種形式。公路橋梁中多采用圓弧線。后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的曲線形預(yù)應(yīng)力鋼筋，其曲率半徑應(yīng)符合下列要求：（ 1）鋼絲束、鋼絞線束的鋼絲直徑 d5mm時(shí)，不宜小于 4m；鋼絲直徑 d5mm 時(shí)，不宜小于 6m；（ 2）精軋螺紋鋼筋直徑 d25mm時(shí)，不宜小

7、于 12m；直徑 d25mm 時(shí)，不宜小于 15m；6）預(yù)應(yīng)力鋼筋布置的具體要求（ 1）后張法構(gòu)件后張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋管道的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定： 直線管道之間的水平凈距不應(yīng)小于 40mm，且不宜小于管道直徑的 0.6 倍；對于預(yù)埋的金屬或塑料波紋管和鐵皮管，在豎直方向可將兩管道疊置； 曲線形預(yù)應(yīng)力鋼筋管道在曲線平面內(nèi)相鄰管道間的最小距離為：圖 2 曲線形預(yù)應(yīng)力鋼筋彎曲平面內(nèi)凈距后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，其預(yù)應(yīng)力管道的混凝土保護(hù)層厚度：普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力直線形鋼筋的最小混凝土保護(hù)層厚度（鋼筋外緣或管道外緣至混凝土表面的距離）不應(yīng)小于鋼筋公稱直徑；后張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力直線形鋼筋不應(yīng)小于管道直徑的 1/2

8、且應(yīng)符合附表 1-7 的規(guī)定。非預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置預(yù)應(yīng)力混凝土 T 形、 I 形截面梁和箱形截面梁腹板內(nèi)應(yīng)分別設(shè)置直徑不小于 12mm 的箍筋，且應(yīng)采用帶肋鋼筋，間距不應(yīng)大于 250mm；10mm 和自支座中心起長度不小于一倍梁高范圍內(nèi)，應(yīng)采用閉合式箍筋，間距不應(yīng)大于100mm。在 T 形、 I 形截面梁下部的肋擴(kuò)大截面“馬蹄”內(nèi)，應(yīng)另設(shè)直徑不小于8mm 的閉合式箍筋，間距不應(yīng)大于200mm。肋擴(kuò)大截面“馬蹄”內(nèi)還應(yīng)設(shè)直徑不小于12mm 的定位鋼筋。（三）、截面幾何參數(shù)的計(jì)算；后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁主梁截面幾何特性應(yīng)根據(jù)不同的受力階段分別計(jì)算。T 形梁從施工到運(yùn)營經(jīng)歷了如下三個(gè)階段。階段一：主梁預(yù)

9、制并張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋主梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉，此時(shí)管道尚未壓漿，其截面特性為計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋影響（將非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算為混凝土）的凈截面。該截面的截面特性計(jì)算中應(yīng)扣除預(yù)應(yīng)力管道的影響，T 梁翼板寬度為 預(yù)制寬度 。階段二：灌漿封錨，主梁吊裝就位并現(xiàn)澆濕接縫預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成并進(jìn)行管道壓漿、封錨后，預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠參與截面受力。主梁吊裝就位后現(xiàn)澆濕接縫，但濕接縫還沒有參與截面受力，此時(shí)的截面特性計(jì)算采用計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面， T 梁翼板寬度仍為 預(yù)制寬度 。階段三：橋面、欄桿及人行道施工和運(yùn)營階段橋面濕接縫結(jié)硬后，主梁即為全截面參與工作。此時(shí)截面特性計(jì)

10、算采用計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面， T 梁翼板有效寬度為 成橋狀態(tài)主梁全寬 。（四）確定張拉控制應(yīng)力，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失估算；1）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉（錨下）控制應(yīng)力按公路橋規(guī)規(guī)定采用con =0.75fpk2）鋼束應(yīng)力損失計(jì)算（ 1）計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失 l1（ 2）計(jì)算錨具變形、鋼絲回縮引起的應(yīng)力損失 l2計(jì)算錨具變形、鋼筋回縮引起的應(yīng)力損失，后張法曲線布筋的構(gòu)件應(yīng)考慮錨固后反摩阻的影響。（ 3）預(yù)應(yīng)力鋼筋分批張拉時(shí)混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失l4 直接按簡化公式進(jìn)行計(jì)算，即 :（ 4）計(jì)算鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失 l5對于采用超張拉工藝的低松弛級鋼絞線，由鋼筋

11、松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失下式計(jì)算，即：（ 5）計(jì)算混凝土收縮、徐變引起的損失 l6（五）、承載能力極限狀態(tài)正截面、斜截面承載能力計(jì)算；1）正截面承載力計(jì)算一般取主梁彎矩最大的跨中截面進(jìn)行正截面抗彎承載力計(jì)算。（ 1）求受壓區(qū)高度xT 形截面類型判別計(jì)算結(jié)果，主梁截面受壓區(qū)全部位于翼緣板內(nèi)，說明確實(shí)是第一類T 形截面梁。（ 2）正截面承載力計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點(diǎn)到截面底邊距離a 為：計(jì)算的梁跨中截面抗彎承載力為2）斜截面承載力計(jì)算（ 1）斜截面抗剪承載力計(jì)算根據(jù)公式進(jìn)行截面抗剪計(jì)算的上、下限復(fù)核；斜截面抗剪承載力按下式計(jì)算，即（六）、應(yīng)力驗(yàn)算；1）短暫狀況的正應(yīng)力驗(yàn)算構(gòu)件在制作、運(yùn)

12、輸及安裝等施工階段，混凝土強(qiáng)度等級為 C45。在預(yù)加力和自重作用下的截面邊緣混凝土的法向壓應(yīng)力應(yīng)符合下式要求。短暫狀況下 (預(yù)加力階段 )梁跨中截面上、下緣的正應(yīng)力：截面特性取用第一階段的截面特性。2）持久狀況的正應(yīng)力驗(yàn)算（ 1）截面混凝土的正應(yīng)力驗(yàn)算對于預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的截面正應(yīng)力，由于已配設(shè)了曲線筋束，應(yīng)取跨中、l/4、l/8、支點(diǎn)及鋼束突然變化處（截?cái)嗷驈澇隽喉數(shù)龋┓謩e進(jìn)行驗(yàn)算。應(yīng)力計(jì)算的作用（或荷載）取標(biāo)準(zhǔn)值，汽車荷載計(jì)入沖擊系數(shù)。（ 2）持久狀況下預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力驗(yàn)算由二期恒載及活載作用產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力鋼筋截面重心處的混凝土應(yīng)力為：鋼束應(yīng)力為：3）持久狀況下的混凝土主應(yīng)力驗(yàn)算（七）、正

13、常使用極限狀態(tài)抗裂性驗(yàn)算；1）作用短期效應(yīng)組合作用下的正截面抗裂驗(yàn)算取跨中截面進(jìn)行。（ 1）預(yù)加力產(chǎn)生的構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土預(yù)壓應(yīng)力的計(jì)算：（2）由荷載產(chǎn)生的構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土法向拉應(yīng)力的計(jì)算：（ 3）正截面混凝土抗裂驗(yàn)算對于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，作用荷載短期效應(yīng)組合作用下的混凝土拉應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：對于預(yù)制構(gòu)件：對于 A 類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，作用荷載短期效應(yīng)組合作用下的混凝土拉應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：截面在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合作用下沒有消壓，計(jì)算結(jié)果滿足公路橋規(guī)中 A 類部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件按作用短期效應(yīng)組合計(jì)算的抗裂要求。同時(shí)，A 類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件還必須滿足作用長期效應(yīng)組合的抗裂要求。02）作用短期效應(yīng)組合作用下的斜截面抗裂性驗(yàn)算斜截面抗裂驗(yàn)算應(yīng)取剪力和彎矩均較大的最不利區(qū)段截面進(jìn)行。剪應(yīng)力和正應(yīng)力的計(jì)算分別用下式進(jìn)行計(jì)算：主應(yīng)力的計(jì)算：主拉應(yīng)力的限制值：作用短期效應(yīng)組合下抗裂驗(yàn)算的混凝土的主拉應(yīng)力限值為小于0.7ftk 。（八）、變形驗(yàn)算及預(yù)拱度設(shè)置；1）荷載短期效應(yīng)作用下主梁撓度計(jì)算（ 1）可變荷