2022年结构方案课程方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用黑龙江高校课程名称：结构设计原理名师归纳总结 学院：建筑工程学院第 1 页,共 35 页专业：土木工程学号： 20224476 年级： 2022级同学姓名：李立恒指导老师：田春竹- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 目个人资料整理仅限学习使用录一设计资料 1梁尺二主寸 1截面性三主梁全质 1四主 梁 内 力 计算 3算及钢束布五钢筋面积的估置 3梁截面几何特性计六主算 9态计七持久状况截面承载力极限状算 10八钢束预应力损失估算 14应力验九算 名师归纳总结 裂20性验第 2 页,

2、共 35 页十抗- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用算 形24挠度）计十一主梁变算 26锚固区局部承压计十二算 名师归纳总结 28第 3 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一、设计资料1 简支梁跨径：标注跨径为 L=28.660m；2 设计荷载：大路级,人群荷载为 3.0kN/ , 结构重要性系数为 0=1.0 ；3 环境：桥址位于野外一般地区,类环境,年平均相对湿度为 75%；4 材料：预应力钢筋采纳ASTM A416-97a 标准的低放松钢绞

3、线 17 标准型）,抗拉强度标准值 f pk =1720MPa,抗拉强度设计值 f pd =1170MPa,公称面积 140 2,弹性模量 E =1.95 10 5 , 锚具采纳夹片式群锚；非预应力钢筋： 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 E =2.0 10 5 MPa ；混 凝 土 ： 主 梁 采 用 C45,E c =3.3510 4 MPa, 抗 拉 强 度 标 准 值f ck =29.6MPa,抗压强度设计值 f cd =20.5MPa,抗拉强度标准值 f tk =2.51MPa,抗拉强度设计值 f

4、=1.74MPa ；5 施工方法：采纳后张法施工,猜测主梁时,预留孔道采纳预埋金属波纹管成型,钢绞线采纳 TD 双作用千斤顶两端同时张拉,主梁安装就位后现浇 40 宽的湿接缝,最终施工 80 厚的沥青桥面铺装层；二、主梁尺寸主梁各部分尺寸如图 1 所示；三、主梁全截面性质1 受压翼缘板有效宽度 b 的运算按大路桥规规定,T 型截面梁受压翼缘有效宽度 fb 取以下三者中的最 小值：1）简支梁运算跨径的 /l 3,即 /l 3 =28660/3=9553 ；2）相邻两梁的平均间距,对于中梁为 2200 ；3）/1000=228 ； 所 以 有 b+6=200+60+12288=2936；所以,受压

5、翼缘的有效宽度取 b =2200 ；图 1 主梁各部分尺寸图 尺寸单位：）2 全截面几何性质的运算 在工程设计中,主梁几何性质多采纳分块数值求和法进行,其运算式为全截面面积：AiAyi全解面重心至梁顶的距离：y uA iA式中iA 分块面积；iy 分块面积的重心至梁顶边的距离；主梁跨中 I-I截面的全截面几何性质如表1-1 所示,依据图 1 可知变化点处的截面几何尺寸与跨中截面相同,故几何特性也相同,为名师归纳总结 AiA=8760002 ；S iA iy i=4761801033第 5 页,共 35 页y uS i/ A=544；IIxIi=301.348109 4式中iI 分块面积iA 对

6、其自身重心轴的惯性矩；xI iA 对x -x重心）轴的惯性矩；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 分分块面积个人资料整理仅限学习使用9表 1-1 II截面 Si=A iy i mm 3 y u-y i I x=A iy u-y i mm 4 2 I i 4 块A imm2mm mm号360000 90 32400 103454 74.202 1090.972 10996000 220 21120 103324 10.078 1090.077 109320000 800 256000 103-256 20.972 10968.267 10920000 15

7、33 30660 103-989 19.562 1090.044 10980000 1700 136000 103-1156 106.907 1090.267 109合A=A iyu=Si/ A =544 Si3I x=231.721 109Ii=69.627 10=876000 yb=1800-544=1256 =476180 10计I= I x+Ii=301.348 109四、主梁内力运算大路简支梁桥主梁的内力,由永久作用如结构恒载、结构附加恒载等）与可变作用 包括汽车荷载、人群荷载等）所产生；主梁各截面的最大内力,是考 虑了车道荷载对运算主梁的最不利荷载位置,并通过各主梁间的内力横向安排

8、而得；此处仅列出梁的运算结果,如表 1-2 所示；五、钢筋面积的估算及钢束布置1 预应力钢筋截面积估算按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用表 1-2 主梁作用效应组合值截面跨中截面L/4 截面变化点截面支点截面荷载、内力值、内力名称 III-III M max Q max M max Q max M max Q max Q max 一期恒载标准值G1 1946.92 0 1460.19 134.27 1021.06 185.19 268.54 二期恒载

9、标准值G2 953.48 0 715.11 65.76 500.06 90.69 131.52 人群荷载标准值Q2 264.275 6.797 198.207 15.294 53.043 29.173 35.211 大路二级汽车荷载标准值2151.14 141.53 1637.05 232.43 1121.56 270.37 331.46 不计冲击系数）大路二级汽车荷载标准值2807.24 184.70 2136.35 303.32 1463.64 352.83 432.56 计入冲击系数 =1.305）长久状态的应力运算的可变作用标3071.52 191.50 2334.56 318.61

10、1516.68 382.00 467.77 准值组合 汽+人）承载才能极限状态运算的基本组合7706.6 266.193 5823.24 681.81 3933.85 857.69 1125.09 1.0 1.2 恒+1.4 汽+0.8 1.4 人）正常使用极限状态按作用短期效应1770.07 105.87 1344.14 178.00 838.14 218.43 267.23 组合运算的可变荷载设计值0.7 汽+1.0 人）966.166 59.33 734.10 99.09 469.84 119.82 146.67 正常使用极限状态按作用长期效应组合运算的可变荷载设计值0.4 汽+0.4

11、人）注：冲击系数 1+ =1.305 对于 A 类部分预应力混凝土构件,依据跨中截面抗裂要求可得跨中截面所需的有效预应力为式中的NpeMs / W.07ftk1 Ae pWM 为正常使用极限状态按作用短期效应组合运算的弯矩值,由表1-2 有：MsMG1MG2MQS=1946.42+953.48+1770.07=4670.47kN m 设预应力钢筋截面重心距截面下缘为a =100 ,就预应力钢筋的合力作用点至截面重心的距离为 e = by-a =1156 ；钢筋估算时,截面性质近似取用全截面的性质来运算,由表 1-1 可得跨中截面面积 A=87600 2 ,全截面对抗裂验算边缘的弹性抗击矩为 W

12、=I/ y =301.34810 9 /1256=239.927 10 6 3 ；所以有效预加力合力为名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - NpeMs/ W0 7.ftk4670.个人资料整理仅限学习使用47106/239. 927106-07.2. 512 .971502106N111561 Ae pW106876000239.927预应力钢筋的张拉掌握应力为con=0.75fpk=0.751720=1290MPa,预应力缺失按张拉掌握应力的 20%估算,就可得预应力钢筋的面积为采纳 3 束 7A p1-Npecon

13、2 . 9715026 102879 mm 20.21-0.21290j 15.24 钢绞线,预应力钢筋的截面积为A =37140=29402 ；采纳夹片式群锚, 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 后张法预应力混凝土受弯构件的预应力管道布置应符合大路桥规中的 有关构造要求；参考已有的设计图纸并按大路桥规中的构造要求,对跨中名师归纳总结 截面的预应力钢筋进行初步布置,如图2；第 8 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2）锚固面钢束布置为施工便利,全部3 束预应力钢筋均锚于两端

14、 图 2a、b）；这样布置符合匀称分散的原就,不仅能满意张拉的要求,而且 N1、N2在梁端均弯起较高,可以供应较大的预剪力；3）其它截面钢束位置及倾角运算钢束弯起外形、弯起角 及其弯曲半径采纳直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲；为使预应力钢筋的预加力垂直作用 于 锚 垫 板 , N2、 N3 弯 起 角 均 取 0=8； 各 钢 束 的 弯 曲 半 径 为 ：RN 1 45000 mm；RN 2 30000 mm；RN 3 15000 mm；钢束各掌握点位置的确定以 N3号钢束为例,其弯起布置如图 3 所示；图 3 跨中截面的预应力钢筋进行初步布置由Ld2Ccot0确定导线点距锚固点的水平距离由L

15、bRtanLdCcot0=400cot8 =28460 2确定弯起点至导线点的水平距离Lb2Rtan0=15000tan4 =10492所以弯起点至锚固点的水平距离为名师归纳总结 LwL dLb2=2846+1049=3895第 9 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用就弯起点至跨中截面的水平距离为x =28660/2+312）-L =14882-3895=10747依据圆弧切线的性质,圆中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点的水平距离相等,所以弯止点至导线点的水平距离为L b1L b2cos0=104

16、9cos8 =1039故弯止点至跨中截面的水平距离为（x kL b 1L b2）=10747+1039+1049）=128351-3同理可以运算N1、N2 的掌握点位置,将各钢束的掌握参数汇总于表中；表 1-3 各钢束弯曲掌握要素表钢 束 号上升 值 c）弯起 角 0 支点至锚固点 的水平距离 d）弯起点距跨中 截面水平距离 x k ）弯止点距跨 中截面水平 距离）N1 1610 8 45000 156 595 6858 N2 900 8 30000 256 6796 10972 N3 500 8 15000 312 10747 12835 各截面钢束位置及其倾角运算仍以 N3号钢束为例,运算

17、钢束上任一点 i 离梁底距离 ia =a + ic 及该点处钢束的倾角 i,式中 a 为钢束弯起前其重心至梁底的距离,a =100 ；ic 为 i 点所在运算截面处钢束位置的上升值；运算时,第一应判定出 i 点所在处的区段,然后运算 ic 及 i,即当 x -x k）0 时,i 点位于直线段仍未弯起,ic =0,故 ia =a =100；i=0 当 0x -x k）L b 1L b2）时, i 点位于圆弧曲线段,ic 及i按下式计算,即名师归纳总结 c iRR2xi-xk2第 10 页,共 35 页isin1-x i-x kR- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - -

18、- - 个人资料整理 仅限学习使用当 L b 1 L b 2）时, i 点位于靠近锚固端的直线段,此时i= 0=8 ,ic 按下式运算,即ic x i-x k-L b2 tan 0各截面钢束位置 ia 及其倾角 i运算详见表 1-4 ；钢束平弯段的位置及平弯角N1、N2、N3 三束预应力钢绞线在跨中截面布置在同一水平面上,而在锚固端三束钢绞线就都在肋板中心线上,为实现钢束的这种布筋方式,N2、N3 在主梁肋板中必需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 在梁中的平弯采纳相同的形式,其平弯位置如图4 所示；平弯段有两段曲线弧,每段曲线弧的弯曲角为 =638180=4.

19、596 ；8000图 4 钢束平弯示意图 尺寸单位： mm）3 非预应力钢筋截面积估算及布置按构件承载才能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,非预应力钢筋依据正截面承载才能极限状态的 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 a =80,就有h =h- a =1800-80=1720 名师归纳总结 先假定为第一类T 型截面,由公式0Mdfcd b fxh0-x运算受压区高度第 11 页,共 35 页2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用x,即1 .077066.10620.52200

20、x1720-x2求得 x=102.4304,钢筋重心究竟边的距离为 as 4021 50 226 13054 mm；4021 226图 5 非预应力钢筋布置图 尺寸单位：）六、主梁截面几何特性运算后张法预应力混凝土主梁截面几何特性应依据不同的受力阶段分别运算；此设计的 T 型梁从施工到运营经受了如下三个阶段；1 主梁预制并张拉预应力钢筋主梁混凝土达到设计强度的90%后,进行预应力的张拉,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的净截面,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 1800 ；2 灌浆封锚,主梁吊装就位并现浇 400 湿接缝预应力钢筋张拉完成并进

21、行管道压浆、封锚后,预应力钢筋能够参加截面受力；吊装就位后现浇400 湿接缝,但湿接缝仍没有参加截面受力,所以此名师归纳总结 时的截面特性运算采纳计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面,T 梁第 12 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用翼板宽度仍为 1800 ；3 桥面、栏杆及人行道施工和营运阶段桥面湿接缝结硬后,主梁即为全截面参加工作,此时截面特性运算计入非预表 1-4 各截面钢束位置 ia ）及其倾角 i）运算表a iaci运算钢束x kLb 1Lb2（xi-xk）isin-（xi-xk）icR（mm

22、跨中截面N1 595 6263 为负值,钢束尚未弯0 0 100 ix =0 N2 6796 4176 起100 100 N3 10747 2088 581 L/4 截面ix = N1 595 6263 xi-xk8 481 Lb 1L b2102 7135 N2 6796 4176 0xi-xk0.705 2 369L b 1L b2100 N3 10747 2088 为负值,钢束尚未弯0 0 起1068 变化点截N1 595 6263 xi-xkLb28 968 面N2 6796 4176 Lb 1iL b27.342 246 346 ix = 0x-xk10630 mm 3834Lb 1

23、100 N3 10747 2088 0xi-xk0 0 Lb 1L b21588 支点截面N1 595 6263 xi-xk8 1488 ix = Lb 1L b2864 14330 mm N2 6796 4176 xi-xk8 764 Lb 1L b2456 N3 10747 2088 xi-xk8 356 Lb 1L b21-5 ,应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面,T 梁翼板有效宽度为2200 ；截面几何特性的运算可以列表进行,以第一阶段跨中截面为例列表同理可得其他受力阶段掌握截面几何特性如表1-6 所示；七、长久状况截面承载力极限状态运算1 正截面承载力运算名师归纳总结 - - - -

24、 - - -第 13 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用表 1-5 第一阶段跨中截面几何特性运算表分块名称分块面积 Ai Ai 重心至梁对梁顶边的自身惯性矩yu-yi Ix=A iyu-y i2截面惯矩I=Ii +I xmm 4 mm mm混凝土804103584.2 469.697 106285.024 14.3 9 0.164 10298.974 全截面（ES-1）A s1746 36.885 1069 10-1147.5 9 27.794 10非预应力0钢筋换算21.108 103面积-3702/41700 -19.627 106

25、0-1101.5 -14.008 109预留管道面积=-11.545 103净截面A n813.563 y nuS / i A n285.024 9 13.950 10iS486.925 面积6 1010 9103=598.5 9 10注：ESEsE c2. 01053. 451045. 794一般取弯矩最大的跨中截面进行正截面承载力运算；1）求受压区高度 x 先按第一类T 型截面梁,略去构造钢筋影响,运算混凝土受压区高度x,即xfpdA pbfsdA s117029402804247102 6.h180 mmfcdf20 . 52200fT 型截面梁；受压区全部位于翼缘板内,说明的确是第一类

26、2）正截面承载力运算跨中截面预应力钢筋和非预应力钢筋的布置见图 非预应力钢筋的合力作用点到截面底边距离 a 为2 和图 5,预应力钢筋和f pd A p a p f sd A s a s 1170 2940 100 280 4247 54a 88 . 2 mmf pd A p f sd A s 1170 2940 280 4247所以 h = h -a =1800-88.2=1711.8 由表 1-2 知,梁跨中截面弯矩组合设计值 M d =7706.6kN m；截面抗弯承载力有名师归纳总结 M =fsdb xh 0-x02200102.4 1711.8-51.2 ）第 14 页,共 35 页

27、2 =20.5 = 7669kNmM d7706 . 6 kN- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由于 7706.6-7669 ）/7706.6 100%=0.49%5%,故可以认为跨中截面承载力满意要求；受力阶表 1-6 各掌握截面不同阶段的截面几何特性汇总表Wu=I/W Wb=I/段mmmmmmyuy bep阶段跨中截面813.563 3 10598.5 1201.5 1101.5 298.974 9104.995 8102.488 8102.714 810L/4 截面813.563 3 10600.8 1199.2 938

28、.2 302.767 9105.039 8102.525 8103.227108 一：孔道压浆变化点截面813.563 3 10604.3 1195.7 691.0 307.350 9105.086 8102.570 8104.448 810前阶段支点截面1065.563 3 10672.3 1127.7 158.4 359.153 9105.342 8103.185 81022.674 810跨中截面839.72103632.8 1167.2 1067.2 329.722 9105.211 8102.825 8103.090 810L/4 截面839.72103630.0 1170.0 90

29、9.0 325.074 9105.160 8102.778 8103.576 810二：管道结硬后至湿变化点截面839.72103625.8 1174.2 669.5 319.452 9105.105 8102.721 8104.772 810接结缝硬化前阶段支点截面1091.72 3 10676.1 1123.9 154.6 359.793 9105.322 8103.201 81023.273 810跨中截面911.72103590.4 1209.6 1109.6 338.997 9106.250 8103.051 8103.325 810L/4 截面911.72103587.8 1212

30、.2 951.2 364.150 9106.195 8103.004 8103.828 810三：湿接缝结变化点截面911.72103583.9 1216.1 711.4 358.229 9106.135 8102.946 8105.036 810硬后支点截面1175.72 3 10635.6 1164.4 195.1 385.298 9106.062 8103.309 81019.749 8102 斜截面承载力运算（1）斜截面抗剪承载力运算预应力混凝土简支梁应对按规定需要验算的各个截面进行斜截面抗剪承载力验算,以下以变节点截面- ）处的斜截面抗剪承载力验算；第一,依据下式进行截面抗剪强度上、

31、下限复核,即名师归纳总结 式中的05.10-32fcdbh00 Vd0.5110-3fcu,kbh0fcu,为混凝第 15 页,共 35 页V 为验算截面处剪力组合设计值,这里V =837.69kN；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 土强度等级,这里fcu个人资料整理仅限学习使用,=45MPa；b=200 ；h 为相应于剪力组合设计值处的截面有效高度,即自纵向受拉钢筋合力点至混凝土受压边缘的距离,这里纵向受拉钢筋合力点距截面下缘距离为a f pd A p a p f sd A s a s 1170 2940 504 . 7 4247 54 388 .9 mmf pd A p f sd A s 1170 29