(完整word版)部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類梁設(shè)計-廣工課程設(shè)計

廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書

題目名稱《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程設(shè)計——預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計學(xué)生學(xué)院土木與交通工程學(xué)院專業(yè)班級道路與橋梁工程09（2）姓名崔樹堅學(xué)號3109003726一、課程設(shè)計的內(nèi)容根據(jù)給定的橋梁基本設(shè)計資料（主要結(jié)構(gòu)尺寸、計算內(nèi)力等）設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T形主梁。主要內(nèi)容包括：1．預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定及布置；2．截面幾何性質(zhì)計算；3．承載能力極限狀態(tài)計算（正截面與斜截面承載力計算）；4．預(yù)應(yīng)力損失估算；5．應(yīng)力驗算（短暫狀況和持久狀況的應(yīng)力驗算）；6．抗裂驗算（正截面與斜截面抗裂驗算）或裂縫寬度計算；7．主梁變形（撓度）計算；8．錨固局部承壓計算與錨固區(qū)設(shè)計；9．繪制主梁施工圖。二、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)通過預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T形梁橋的一片主梁設(shè)計，要求掌握設(shè)計過程的數(shù)值計算方法及有關(guān)構(gòu)造要求規(guī)定，并繪制施工圖。要求：設(shè)計合理、計算無誤、繪圖規(guī)范。（一）基本設(shè)計資料1．橋面寬度（橋面凈空）：凈14+21.0。2．設(shè)計荷載：公路—Ⅰ級荷載，人群荷載3.5，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.0。3．環(huán)境標(biāo)準:Ⅱ類環(huán)境。4．設(shè)計安全等級：二級。5．材料性能參數(shù)（1）混凝土強度等級為C50，主要強度指標(biāo)為：強度標(biāo)準值=32.4，=2.65強度設(shè)計值=22.4，=1.83彈性模量=3.45（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋采用ASTMA416—97a標(biāo)準的低松弛鋼絞線（17標(biāo)準型），其強度指標(biāo)為：抗拉強度標(biāo)準值=1860抗拉強度設(shè)計值=1260彈性模量=1.95相對界限受壓區(qū)高度=0.4，=0.2563公稱直徑為15.24，公稱面積為140mm2（3）非預(yù)應(yīng)力鋼筋1）縱向抗拉非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用HRB400鋼筋，其強度指標(biāo)為：抗拉強度標(biāo)準值=400抗拉強度設(shè)計值=330彈性模量=2.0相對界限受壓區(qū)高度=0.53，=0.19852）箍筋及構(gòu)造鋼筋采用HRB335鋼筋，其強度指標(biāo)為：抗拉強度標(biāo)準值=335抗拉強度設(shè)計值=280彈性模量=2.0圖1主梁跨中截面尺寸（尺寸單位：）（4）錨具錨具采用夾片式群錨。6．主要結(jié)構(gòu)尺寸主梁標(biāo)準跨徑25（墩中心距），主梁全長24.96，主梁計算跨徑=24.3。主梁高度=1400，主梁間距=1800，其中主梁上翼緣預(yù)制部分寬為1580，現(xiàn)澆段寬為220，全橋由九片梁組成。主梁跨中截面尺寸如圖1所示。主梁支點截面或錨固截面的梁肋寬度為360mm。（二）施工方法要點采用后張法施工，預(yù)制主梁時，預(yù)留孔道采用預(yù)埋金屬波紋管成型，鋼絞線采用TD雙作用千斤頂兩端同時張拉，當(dāng)混凝土達到設(shè)計強度時進行張拉，張拉順序與鋼束序號相同；主梁安裝就位后現(xiàn)澆220寬的濕接縫。（三）內(nèi)力計算結(jié)果摘錄1．恒載內(nèi)力（1）預(yù)制主梁的自重=11.45（2）二期恒載（包括橋面鋪裝、人行道及欄桿）=6.51恒載內(nèi)力計算結(jié)果見表1。2．活載內(nèi)力汽車荷載按公路—Ⅰ級荷載計算，沖擊系數(shù)=1.193，人群荷載按3.5計算。活載內(nèi)力以2號梁為準?；钶d內(nèi)力計算結(jié)果見表2。3．內(nèi)力組合（1）基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計算）（2）短期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算）（3）長期組合（用于正常使用極限狀態(tài)計算）各種情況下的組合結(jié)果見表3。表1恒載內(nèi)力計算結(jié)果截面位置距支點截面距離預(yù)制梁自重二期恒載彎矩剪力彎矩剪力（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）支點0.00.0138.690.079.1變截面1.3170.65123.8597.3370.646.075631.969.34360.439.55跨中12.15842.560.0480.510.0表2活載內(nèi)力計算結(jié)果截面位置距支點截面距離公路—Ⅰ級人群荷載彎矩剪力彎矩剪力(kN.m)對應(yīng)（kN）（kN）對應(yīng)(kN.m)(kN.m)對應(yīng)（kN）（kN）對應(yīng)(kN.m)支點0.00.0351.14398.030.00.036.4736.470.0變截面1.3377.91285.5324.64421.6739.2528.5128.637.156.0751003.64111.83173.551054.31104.249.412.8778.18跨中12.151342.9273.81106.931299.17139.480.05.7469.74注：車輛荷載內(nèi)力、中已計入沖擊系數(shù)=1.193。表3荷載內(nèi)力計算結(jié)果截面位置項目基本組合短期組合長期組合（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）（kN.m）（kN）支點最大彎矩0.0793.790.0460.290.0350.11最大剪力0.0859.440.0487.810.0365.83變截面最大彎矩894.61665.02528.97390.52410.39301.62最大剪力953.52719.92552.55413.57451.51335.79最大彎矩2712.61297.761685.43183.911370.51150.15最大剪力2754.36388.051689.10223.591377.07172.23跨中最大彎矩3623.99103.332250.5243.311829.1324.75最大剪力3484.63156.132155.1168.481786.5638.15（四）設(shè)計依據(jù)與要求根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計規(guī)范(JTGD62-2004)》要求，按預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計此梁。要求學(xué)生按指導(dǎo)教師的安排選擇以下三個方案的一個方案進行設(shè)計。1．方案一：按全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土T形主梁。2．方案二：按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土T形主梁。3．方案三：按部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件（允許裂縫寬度為0.1）設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土T形主梁。三、課程設(shè)計應(yīng)完成的工作1．編制計算說明書；2．繪制施工圖（主要包括：主梁支點橫斷面圖、主梁跨中橫斷面圖、主梁鋼束布置圖、主梁混凝土數(shù)量表、主梁鋼束數(shù)量表）。四、課程設(shè)計進程安排序號設(shè)計各階段內(nèi)容地點起止日期1布置任務(wù)，收集資料，預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定及布置教4-10612.19-202截面幾何性質(zhì)計算，承載能力極限狀態(tài)計算教4-10612.213預(yù)應(yīng)力損失計算，應(yīng)力驗算教4-10612.224抗裂驗算或裂縫寬度計算，變形（撓度）計算教4-10612.235繪制主要構(gòu)造圖，整理計算說明書，上交設(shè)計成果教4-10612.24-25五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計規(guī)范(JTGD62-2004).北京:人民交通出版社,2004[2]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理(第二版).北京:人民交通出版社,2005[3]張樹仁等.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原理.北京:人民交通出版社,2004[4]閆志剛主編.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2009[5]易建國主編.混凝土簡支梁(板)橋(第三版).北京:人民交通出版社,2006[6]胡兆同,陳萬春.橋梁通用構(gòu)造及簡支梁橋.北京:人民交通出版社,2001[7]邵旭東主編.橋梁工程(第二版).北京:人民交通出版社,2007發(fā)出任務(wù)書日期：2011年12月16日指導(dǎo)教師簽名：禹智濤計劃完成日期：2011年12月25日基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：主管院長簽章：正文按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類梁設(shè)計主梁全截面幾何特性1)受壓翼緣有效寬度的計算按《公路橋規(guī)》規(guī)定，T形截面梁受壓翼緣有效寬度，取下列三者中最小值：（1）簡支梁計算跨徑的l/3，即l/3=24300/3=8100mm（2）相鄰兩梁的平均間距，對于中梁為1800mm（3）（+2+12），式中=0，≈（820×80＋0.5×710×100）/820=123mm，故（+2+12）=160+0+12×123=1636mm所以，受壓翼緣的有效寬度取=1636mm2）全截面幾何特征特性計算在工程設(shè)計中，主梁幾何特性多采用分塊數(shù)值求和法進行，其計算式為全截面面積：A=∑Ai全截面重心至梁頂?shù)木嚯x=∑Aiyi/A表一：跨中全截面幾何特性分塊號分塊面積（mm）(mm)(mm)（）(mm)(mm)(mm)13120040524800044826.332×0.070×②7100011380230003759.984×0.039×③193600605117128000-1172.650×23．621×④10000117711770000-6894.747×0.006×⑤68400130589262000-81745.656×0.206×合計A==474200=48823143189.36923.942912I=113.311預(yù)應(yīng)力混凝土及普通鋼筋數(shù)量的確定及布置預(yù)應(yīng)力鋼筋的確定與布置首先，根據(jù)跨中截面正截面抗裂要求，確定預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量。為滿足抗裂要求，所需的有效預(yù)加力為Ms為短期效應(yīng)彎矩組合設(shè)計值，有表3查得Ms=2250.52KN.m；A、W為估算鋼筋數(shù)量時近似采用毛截面幾何性質(zhì)，按圖1給定的截面尺寸計算：Ac=474200mm=912mm=488mmJc=113.311mm，Wx=1.2425為預(yù)應(yīng)力鋼筋重心與毛截面重心的距離，，假設(shè)，=812mm，擬采用ASTMA416-97a鋼絞線，單根鋼絞線的公稱截面積，抗拉強度標(biāo)準值，張拉控制應(yīng)力取，預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的20%估算。采用3束5預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋束布置如圖1，供給的預(yù)應(yīng)力筋截面積為采用HWM15-6型錨具，70金屬波紋管成孔，預(yù)留孔道直徑為70mm。其它截面鋼束位置及傾角計算鋼束彎起形狀、彎起角及其彎曲半徑采用直線段中接圓弧曲線段的方式彎曲；為使預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)加力垂直作用于錨墊板，N1、N2和N3彎起角均取8°；各鋼束的彎曲半徑為：RN1=30000mm;RN2=20000mm;RN3=15000mm.表二：各鋼束彎曲控制要素表鋼束號升高值C彎起角度°彎起半徑R支點至錨固點的水平距離d(mm)彎起點距離跨中截面水平距離xk彎止中距跨中截面水平距離(mm)N1111083000010022546430N260082000012566079391N3300815000175914110229表三：各截面鋼束位置及傾角計算表計算截面Xi=0鋼束編號Xk(mm)(Ll+L2)(mm)(Xi-Xk)(mm)傾角°彎起高度cai=a+c(mm)ap(mm)跨中截面Xi=0mmN122544176為負，鋼束未彎起00100100N251952784N391412088l/4截面Xi=6075mmN12254417638217.317244344188N2519527848802.52219119N391412088-306600100變化點截面Xi=10850mmN122544176859616.6519131013636N251952754565516.424598698N39141208817096.54298198支點截面Xi=12150mmN122544176989619.26110961196817N251952784695520.350781881N391412088300911.572275375普通鋼筋數(shù)量的確定及布置由前面確定翼緣的有效寬度：設(shè)預(yù)應(yīng)力筋束和普通鋼筋的合力點到截面底邊的距離為120mm，則由公式式中：；；代入公式得：解得則采用5根直徑為18mm的HRB400鋼筋，提供鋼筋截面面積鋼筋重心到截面底邊距離主梁截面幾何性質(zhì)計算后張法預(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算。本設(shè)計的T形梁從施工到運營經(jīng)歷了如下三個階段。主梁預(yù)制并張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋主梁預(yù)應(yīng)力達到設(shè)計強度的90%后，進行預(yù)應(yīng)力的張拉，此時管道尚未壓漿，所以其截面特性為計入非預(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算中應(yīng)扣除預(yù)應(yīng)力管道的影響，T梁翼板寬度為1580mm。灌漿封錨，主梁吊裝就位并現(xiàn)澆220mm濕接縫預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成并進行管道壓漿、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220mm濕接縫，但濕接縫還沒參與截面受力，所以此時的截面特性計算采用計入非預(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1580mm。橋面、欄桿及人行道施工和營運階段橋面濕接縫結(jié)硬后，主梁即為全截面參與工作，此時截面特性計算采用計入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響的換算截面，T梁翼板的有效寬度為1800mm.截面幾何特性的計算可以列表進行，列表如下：表四：第一階段跨中截面幾何特性計算表分塊名稱分塊面積Ai（mm2）Ai重心至梁頂距離yi(mm)對梁頂?shù)拿娣e矩Si=Aiyi自身慣性矩Ii(mm4)(yu-yi)(mm)Ix=Ai(yu-yi)2(mm4)截面慣性矩I=Ii+Ix(mm4)混泥土全截面456600505.4230.766×10?61.0957×10?11-8.30.031×10?9非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積(aes-1)As=610213558.268×10?60-857.94.491×10?9預(yù)留管道面積-115451280-14.778×10?60-782.9-7.076×10?9凈截面面積An=451157ynu=∑Si/An=497.1224.256×10?61.0957×10?11-2.554×10?9104.016×10?9表五：各控制截面不同階段的截面幾何特性匯總表受力階段計算截面A（mm2）yu(mm)yb(mm)ep(mm)I(mm4)×10?9W(mm3)×10?8Wu=I/yuWb=I/ybWp=I/ep階段1：孔道壓漿前跨中截面451157497.1902.9802.9104.0162.0921.1521.296L/4截面451157498.8901.2801.2108.2312.1701.2011.351變化點截面451157510.3889.7789.7113.1922.2181.2721.433支點截面683157537.1862.9762.9139.9242.6051.6221.834階段2：管道結(jié)硬后至濕接縫結(jié)硬前跨中截面474247535.7864.3764.3115.2752.1521.3341.508L/4截面474247533.5866.5766.5119.4042.2381.3781.558變化點截面474247522.6877.4777.4114.6462.1941.3061.475支點截面7.6247538.6861.4761.4140.6672.6121.6331.847階段3：濕接縫結(jié)硬后跨中截面491847517.8882.2782.2125.0732.4151.4181.599L/4截面491.847513.7886.3786.3123.5732.4061.3941.572變化點截面491.847505.2897.8794.8118.6312.3481.3261.493支點截面707847537.5862.5762.5141.007206231.6351.849承載能力極限狀態(tài)計算1、跨中截面正截面承載力計算跨中截面尺寸及配筋情況如上圖圖中預(yù)應(yīng)力束合力點到截面底邊距離，預(yù)應(yīng)力束和普通鋼筋合力點到截面底邊距離上翼緣厚度為80mm，若考慮承托影響，其平均厚度為130mm上緣工作寬度取1636mm因為：屬于第一類T形，按寬度為的矩形截面計算其承載力。計算受壓區(qū)高度截面承載力為：計算結(jié)果表明，跨中截面的抗彎承載力滿足要求。2、斜截面抗剪承載力計算*選取距支點h/2和變截面點處進行斜截面抗剪承載力復(fù)核。截面尺寸示于圖3，預(yù)應(yīng)力筋束的位置及彎起角度按表5采用。箍筋采用R335鋼筋，直徑為10mm雙肢箍，間距距支點相當(dāng)于一倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距（1）、距支點h/2截面斜截面抗剪承載力計算截面抗剪強度上、下限復(fù)核：為驗算截面處剪力組合設(shè)計值Vd=1.2×(123.85+70.64)+1.4×324.64+1.12×28.6=719.92KN計算結(jié)果表明，截面尺寸滿足要求，但需配置抗剪鋼筋。Vd=719.92KN混凝土和箍筋共同的承載力為：其中1.0；1.25；1.1；b=360mm；預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋的抗剪承載力為其中：采用全部3束預(yù)應(yīng)力鋼筋的平均值，為8.386°該截面的抗剪承載能力為說明該截面的抗剪承載力滿足要求變截面點處斜截面抗剪承載力計算截面抗剪強度上、下限復(fù)核：其中；；；計算結(jié)果表明，截面尺寸滿足要求，但需配置抗剪鋼筋。其中1.0；1.25；1.1；b=160mm;其中：采用全部3束預(yù)應(yīng)力鋼筋的平均值，為8.386°該截面的抗剪承載能力為說明該截面的抗剪承載力滿足要求預(yù)應(yīng)力損失計算摩阻損失式中k=0.0015表六：各截面摩阻損失的計算見表截面鋼束號123平均值支點0.1000.1250.1750.13960.21200.212047.9972.2674.4064.88變截面1.4001.4251.4750.13960.21200.212050.6474.7774.9166.77L/46.1756.2006.2500.13960.21200.212060.2684.2684.4076.31跨中12.25012.27512.3250.13960.21200.212072.4091.1296.2386.582、錨具變形損失反摩擦影響長度式中：；；當(dāng)時，當(dāng)時表示該截面不受反摩擦的影響錨具變形損失的計算見表7和表8表7反摩阻影響長度計算表（跨中截面）鋼束號1231395139513951322.601303.881298.770.0059100.0074230.00780811488102519995表8錨具變形損失計算表鋼鋼束號截面123平均支點100125175223.75459.66252.13127.77315.14203.33182.08變截面140014251475235.96304.65298.06134.68155.11148.24146.01L/4617562006250174.49205.92205.2653.9737.4036.4642.61跨中122501227512325135.79152.19156.08時,表示該截面不受反摩擦的影響03、分批張拉損失式中m是張拉次數(shù)，為3.=Np/A+Npep2/I,截面特性參數(shù)按表五第一階段取用；其中Np=（--）Ap=(1395-76.31-42.61)×2100=2679.768kN=2679768÷451157+2679768×801.2×801.2÷(108.231×10?9)=21.83Mpa=(3-1)/6×5.652×21.83=41.13Mpa801.2×801.24、鋼筋應(yīng)力松弛損失* 式中：；；=，這里仍采用L/截面的應(yīng)力值作為全梁的平均值計算，故有=1395-76.31-42.61-41.13=1234.95Mpa=0.95、混凝土收縮、徐變損失，設(shè)混凝土傳力錨固齡期及加載齡期均為28天，計算時間，橋梁所在環(huán)境的年平均相對濕度為75%，以跨中截面計算其理論厚度h：=156.6mm查表得：φNσ跨中截面：N σ同理可以求得l/4截面處，σ所以，平均值σpcρ=2100+1272，,取跨中與l/4截面的平均值計算，則有跨中截面：

e同理，求得l/4處e故平均值eAo=491847ρ代入上述各值，有σ6、預(yù)應(yīng)力收縮組合*上述各項預(yù)應(yīng)力損失組合情況列于表13表9預(yù)應(yīng)力損失組合表截面；=

σl1=

σl5鋼束有效預(yù)應(yīng)力（Mpa）σσσσσ預(yù)加力階段σ使用階段σ支點64.88182.0841.13288.0928.43111139.431106.91967.48變截面66.77146.0141.13253.9128.43111139.431141.091001.66L/476.3142.6141.13160.0528.43111139.431234.951095.52跨中86.58041.13127.7128.43111139.431267.291127.86（六）應(yīng)力驗算1）短暫狀況應(yīng)力驗算1、上緣混凝土拉應(yīng)力預(yù)拉區(qū)按構(gòu)造配置縱向鋼筋2、下邊緣混凝土壓應(yīng)力計算結(jié)果表明，在預(yù)施應(yīng)力階段，梁的上緣出現(xiàn)的微小拉應(yīng)力，下緣混凝土的壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。2）持久狀況應(yīng)力驗算1、跨中截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算2、跨中截面壓應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力驗算*σ故鋼筋應(yīng)力滿足要求.3、斜截面主應(yīng)力驗算1）截面面積矩計算表10：面積矩計算表截面類型第一階段凈截面對其重心軸（x=510.3mm）第二階段換算截面對其重心軸（x=522.6mm）第三階段換算截面對其重心軸（x=505.2mm）計算點位置a--axo--xob--ba--axo--xob--ba--axo--xob--b面積矩符號SSSSSSSSS面積矩mm0.93715×1.02441×0.73672×0.97103×1.06468×0.78890×0.92627×1.01087×0.71825×、為荷載標(biāo)準值效應(yīng)組合作用的主拉應(yīng)力、主壓應(yīng)力。*式中：正應(yīng)力剪應(yīng)力計算結(jié)果匯總于表11表11變截面處不同計算點主應(yīng)力匯總表計算位置主應(yīng)力剪應(yīng)力主壓應(yīng)力主拉應(yīng)力上梗肋a-a5.041.315.36-0.32形心軸o-o4.301.434.73-0.43下梗肋b-b2.941.033.26-0.32斜截面最大主壓應(yīng)力，最大主拉應(yīng)力，故箍筋可按構(gòu)造要求布置。計算結(jié)果表明，使用階段正截面混凝土法向應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力及斜面主應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。（七）、抗裂性計算（1）正截面