2022年结构设计方案原理课程设计方案B类.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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 号同学姓名指导老师2022 年 12 月 29 日1 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 广东工业高校课程设计任务书题目名称同学学院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专业班级 姓 名 学 号一、课程设计的内容依据给定的桥梁基本设计资料主要结构尺寸、运算内力等）设计预应力混凝土简支 T 形主梁；主要内容包括：1预应力钢筋及一般钢筋数量的确定及布

2、置；2截面几何性质运算；3承载才能极限状态运算；4预应力缺失运算；5正常使用极限状态运算；6长久状况应力验算；7荷载短期效应作用下的应力验算；8短暂状况应力验算；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,要求把握设计过程的数值运算方法及有关构造要求规定,并绘制施工图；要求：设计合理、运算无 误、绘图规范；一）基本设计资料 1桥面净空：净 14+2 1.0 m2设计荷载：大路 级荷载,人群荷载3.5kN/m2,结构重要性系数0=1.0 3材料性能参数 1）混凝土2 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 33 页精选学习资料

3、 - - - - - - - - - 强度等级为 C50,主要强度指标为：强度标准值fck=32.4 MPa ,ftk=2.65 MPa强度设计值fcd=22.4 MPa ,ftd=1.83 MPa弹性模量E =3.45104MPa2）预应力钢筋采纳 1 其强度指标为：7 标准型 -15.2-1860- -GB/T 5224 1995 钢绞线,抗拉强度标准值 f pk =1860MPa抗拉强度设计值 f pd =1260MPa弹性模量 E =1.95 10 5MPa相对界限受压区高度 b=0.4,pu=0.2563 3）一般钢筋1）纵向抗拉一般钢筋采纳 指标为：HRB400钢筋,其强度抗拉强度

4、标准值fsdfsk=400MPa抗拉强度设计值=330MPa弹性模量E =2.0105MPa相对界限受压区高度b=0.53,pu=0.1985 2）箍筋及构造钢筋采纳 标为：HRB335钢筋,其强度指抗拉强度标准值fsk=335MPaMPa图 1 主梁跨中截面抗拉强度设计值fsd=280MPa弹性模量E =2.01054主要结构尺寸尺寸 尺寸单位： mm）主梁标准跨径L =25m ,梁全长 24.96 m,运算跨径fL =24.3 m ；主梁高度 h =1400mm,主梁间距 S =1600mm ,其中主梁上翼缘预制部分宽 为 1580mm,现浇段宽为 20 mm,全桥由 9 片梁组成；主梁跨

5、中截面尺寸如图 1 所示；二）内力运算结果摘录 1恒载内力1）预制主梁的自重g1p=11.45 kN/mg2p=6.51 kN/m2）二期恒载 包括桥面铺装、人行道及栏杆）恒载内力运算结果见表1；2活载内力3 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 汽车荷载按大路 级荷载运算,冲击系数1=1.193 ,人群荷载按3.5kN/m2运算；2；活载内力以 2 号梁为准；活载内力运算结果见表3内力组合 1）基本组合 用于承载才能极限状态运算）Md1 2. MG1kMG2k1 4.MQ1k1 . 12 MQ2kV d1

6、2. V G1kV G2k.14 V Q1k.112 V Q2k2）短期组合 用于正常使用极限状态运算）MSMG1kMG2k0 . 7MQ1kMQ2k13）长期组合 用于正常使用极限状态运算）MlMG1kMG2k0 4. MQ1kMQ2k1各种情形下的组合结果见表3；表 1 恒载内力运算结果截面位置距支点截面预制梁自重剪力二期恒载剪力弯矩弯矩距离xmMG1kV G1kMG2kV G2k支点0.0 kN.m）kN）kN.m） kN） kN.m kN） 0.0 0.0 351.14 398.03 0.0 0.0 36.47 36.47 0.0 变截面1.3 377.91 285.5 324.64

7、421.67 39.25 28.51 28.6 37.15 L/46.075 1003.64 111.83 173.55 1054.31 104.24 9.4 12.87 78.18 跨中12.15 1342.92 73.81 106.93 1299.17 139.48 0.0 5.74 69.74 注：车辆荷载内力MQ1k、V Q1k中已计入冲击系数 1=1.193；4 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 3 荷载内力运算结果截面位项目基本组合S d短期组合S s长期组合lSMdV dMsV sMll

8、V置kN.m）kN）kN.m）kN）kN.m）kN）支点最大弯矩0.0 793.79 0.0 460.29 0.0 350.11 最大剪力0.0 859.44 0.0 487.81 0.0 365.83 变截面最大弯矩894.61 665.02 528.97 390.52 410.39 301.62 最大剪力953.52 719.92 552.55 413.57 451.51 335.79 L/4最大弯矩2712.61 297.76 1685.43 183.91 1370.51 150.15 最大剪力2754.36 388.05 1689.10 223.59 1377.07 172.23 跨中

9、最大弯矩3623.99 103.33 2250.52 43.31 1829.13 24.75 最大剪力3484.63 156.13 2155.11 68.48 1786.56 38.15 三）施工方法要点后张法施工,金属波纹管成孔,当混凝土达到设计强度时进行张拉,张拉次序与钢束序号相同,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 预应力混凝土 T 形主梁；B 类构件 答应裂缝宽度为 0.1 mm ）设计同学应按指导老师要求挑选其中一个方案进行设计；三

10、、课程设计应完成的工作 1编制运算说明书；2绘制施工图 .北京: 人民交通出版社 ,2004 3 白宝玉主编 . 桥梁工程 . 北京 : 高等训练出版社 ,2005 4 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 ,2006 5 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： 2022 年 12 月 13 日方案完成日期： 2022 年 12 月 28 日指导老师签名： 禹智涛基层教案单位责任人签章：主管院长签章：6 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 33 页精选学习资料 - -

11、 - - - - - - - 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依据跨中截面正截面抗裂要求,确定预应力钢筋数量；为满意抗裂要求,所需的有效预加力为NpeMs/WN3 查得M 2250.52 KNm；N为混ct0.851 Ae pWM 为荷载短期效应弯矩组合设计值,由附表 凝土答应名义拉应力；依据容许裂缝宽度ct=0.1mm,查得N=5.0MPa ；计入高度修ct正系数 =0.7,并假设一般钢筋的配筋率为1.5；就修正后的名义拉应力为Nct 5.0 0.7 1.5 4.0 9.5 mp 估算钢筋数量时,可近似采纳毛截面几何性质；按图 1 给定的截面尺寸运算：A 6 2

12、 12 40.456610 mm ,y cx 894.64mm,y cs505.36mm ,cJ 0.109610 mm ,W J c0.122610 mm ；9 3 a 为预应力钢筋重心到毛截面重心的距离,e 为预应力钢筋重y cx心至毛截面重心的距离,e y cxa ；假设 a 120mm,就 p pe 894.6120774.64mm 2250.52 10 /0.1226 6 10 9 9.5所以 N pe0.85 456600 10.1226 774.6410 9 1225677.16 N拟采纳 s 15.2 钢绞线,单根钢绞线的公称截面面积 A 139 p 1 mm ,抗拉强度标准值

13、 2f pk1860MPa,张拉掌握应力取 con0.75 f pk0.75 1860 1395 MPa,预应力缺失按张拉掌握应力的 25估算；所需预应力钢绞线的根数为：n p N pe 1224376.7 8.42, 取 9 根；con s A P 1 0.25 1395 139采纳 3 束 3 s 15.2 预应力钢筋束,OVM15-5 型锚具,供应的预应力筋截面面积 A 921391251 mm ,采纳 45 金属波纹管成孔,预留管道直径为 55mm；预应力筋束的布置7 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - -

14、 - 见图e 2索界范畴：预应力钢筋合力作用点至截面上核心点的距离e 21eMspe6 2250.52 102161.960.85 N0.85 1224376.7e 1预应力钢筋合力作用点至截面下核心点的距离MG K6 842.56 10688.15mmNpe1224376.7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运算参数列于表 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106x21 0 12300 y200+ 3.96582、3 9000 3300 y120+ 3.48946102 x注

15、：表中所示曲线方程以截面底边线为x 坐标,以过跨中垂线为y 坐标；8 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 各运算截面预应力筋束的位置和倾角 表 2运算截面锚固截面支点截面变截面点L/ 4 截面跨中截面截面距离跨中 mm）12300 12150 10850 6075 0 钢束到梁底距离1 号束800 785.4 666.9 346.4 200 2、3 号束 500 466.2 131.9 120 120 mm ）合力点600 572.6 310.2 195.5 146.7 钢束与水平线夹角1 号束5.5721

16、 5.5046 4.9189 2.7589 0 2、3 号束12.9693 12.3981 7.3567 0 0 度）平均值10.5036 10.1003 6.5441 0.9196 0 累计角度1 号束0 0.0675 0.6533 2.8132 5.5721 度）2、3 号束0 0.5712 5.6126 12.9693 12.9693 1.一般钢筋数量的确定及布置=110mm,就设预应力筋束和一般钢筋的合力点到截面底边的距离为apsh0haps1400 1101290 mma =140mm, hphap14001401260mmb=160mm, 上翼缘厚度为80mm,如考虑承托影响,其平

17、均厚度为h f8021100710 / 1600160130mm2上翼缘有效宽度取以下数值中较小者：1 b f S 1600 mm 243002 b f L / 33 8100 1003 b f b 12 h f,因承托坡度 h b h710 0.141 1/ 3,故不计承托影响,fh 按上翼缘平均厚度运算：fh 180 12 130 1740mm 综上所述,取 fb=1600mm 由公式 o M d f cd b f h 02 x 得：6 x 1.0 3623.99 10 22.4 1600 x 12902 x=81mm h f 130 mm所以9 / 33 名师归纳总结 - - - - -

18、 - -第 9 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - A sfcd b xfpdAp22.4 1600 80.9 1251 12604009.68 mmf330sd采纳 5 根 32mm 的 HRB400 钢筋,供应钢筋截面面积 A=4021mm 在梁底布置成一排,其间距为 75mm,钢筋重心到截面底边 sa=45 如图：二 . 截面几何性质运算 截面几何性质的运算需依据不同的受力阶段分别运算；本算例中,主梁从施工到运营经受 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,但此时管道尚未灌浆,因

19、此,其 截面几何性质为计入了一般钢筋的换算截面,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 和预应力钢筋的换算截面性质；2200mm,截面几何性质为计入了一般钢筋各阶段截面几何性质的运算结果列于表 3；全预应力构件各阶段截面几何性质 表 3 10 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 阶段截面A syyxpeJ4W =J/W109mm3W =J/e p12 10 mm6 2 10mmmmmmmmxyW

20、 =J/sy阶段支点 0.66741 571.02 828.9 256.4 0.1393 0.2441 0.1681 0.5433 1：净截 面） 钢变截面0.471 532.8 867.2 557 0.1199 0.2250 0.1383 0.2153 L/4 0.410 531.3 868.7 728.7 0.1201 0.2261 0.1383 0.1649 束灌跨中0.471 530.7 869.4 729.3 0.1119 0.2108 0.1287 0.1534 浆、锚固前阶段支点0.68072 581.1 818.9 245.6 0.1421 0.2245 0.1735 0.57

21、67 2：换变截面0.48331 548.2 850.8 540.5 0.1256 0.2287 0.1475 0.2324 算截面）L/4 0.48331 549.9 848.5 654.2 0.1258 0.2286 0.1481 0.1924 二期荷载、活跨中0.48331 552.2 848.8 705.5 0.1262 0.2291 0.1487 0.1793 载三.承载才能极限状态运算 1.预应力筋束和一般筋束合力点到截面底的距离apsN4021 330 45 1251 1260 140a ps4021 330 1251 1260所以h 0 h a ps 1400 97 1303

22、mm96.58 mm97 mm第一按公式fpdA pfsdAs f b h cd f判定截面类型；代入数据运算得：f1260125133040212903190N22.416001294623360所以属于第一类T 形,应按宽度为 fb 的矩形截面运算其承载力；由x 0 的条件,运算混凝土受压区高度：xfpdApfsdAs1260 1251330402181h130mmf bf22.41600fbh o0.41302520.8mm将 x 81 mm 代入下式运算截面承载才能Mdufcd b x h ox22.4 1600 81 oMd3623.99 kNm 所以跨中截面的抗弯承载力满意要求；2

23、 ；斜截面抗剪承载力运算选取距支点 h/2 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 采纳；箍筋采纳 HRB335 钢筋,直径为 10mm,双肢箍,间距 vs200mm；距支点相当于一倍梁高范畴内,箍筋间距 vs 100mm；11 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1） 距支点 h/2 截面斜截面抗剪承载力运算第一,进行截面抗剪强度上、下限复核： 0.51032f bh oo V d0.51 103fcu kbh oh/2700mm 处的V 为V 为验

24、算截面处剪力组合设计值,按内插法得距支点V 859.44859.44 719.921.30.7784.31 kN b267.69 mm；内插法,支点预应力提高系数2取 1.25；验算截面 距支点h/2 700mm）处的截面腹板宽度,和变截面之间）oh 为运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,全部预应力钢筋均弯曲,只有纵向构造钢筋沿全梁通过,此处的 oh 近似按跨中截面的有效梁高取值,取oh 1400971303 mm；3 30.510 2 f bh 0.510 1.25 1.83 1263.3 252.3364.5 kN 0.51 10 3f cu k bh 0.5110

25、 350 1263.3 252.3 1149.4 kN 364.5 kN o V 784.31 kN 1149.4 kN 运算结果说明,截面尺寸满意要求,但需配置抗剪钢筋；斜截面抗剪承载力按下式运算：o V dV csVpbm 为剪V 为斜截面受压端正截面处的设计剪力,比值应按xh0.6mh 重新进行补插,2跨比,mM dv h 0a,由于m 越大对受剪承载力的影响就越不明显,从有利因素出h0发,取 a =h,所以m14001.071.7,取 m=1.7 1303得：xh0.6mh 02029.1mm27000.6 1.7 130312 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 1

26、2 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - V 719.92719.92388.05705.8670.87 kN 相应 m1.7）4775V 为混凝土和箍筋共同的抗剪承载力3V cs 1 2 3 0.45 10 bh o 2 0.6 p f cu k sv f sd v式中：1异号变矩影响系数,对简支梁,11.0；2预应力提高系数,21.25；3受压翼缘影响系数,取 31.1； b 斜截面受压端正截面处截面腹板宽度,距支点的距离为 2.5时,取 p2.5,p 100 A pb A p1001251 40212.531 bh o 160 1302sv箍筋配筋率,sv A

27、 SV 2 78.50.00491；bs v 160 200V cs1.01.251.10.4510 316013022 0.6 2.5 50 0.00491 280751.86 kN V pb 为预应力弯起钢筋的抗剪承载力V pb0.7510 3f pd A pd sin p式中：p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V pb0.75103出的曲线方程运算,p5.189,p2,39.703；o V 784.3kN 说明截面抗剪承载力是足够的；2） 变截面点处斜截面抗剪承载力运算13 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共

28、 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一进行抗剪强度上、下限复核： 0.510 32 f bh o o V d 0.51 10 3f cu k bh o其中,V 719.92 kN ,b160 mm,oh 仍取 1303 mm；3 3 0.510 2 f bh 0.510 1.25 1.83 160 1303238.45kN 3 30.51 10 f cu k bh 0.5110 50 160 1303 751.83 kN 238.45 kN o V 719.92 kN oV 719.5 kN 说明截面抗剪承载力满意要求；四. 预应力缺失运算 .1 摩阻缺失l1：l1c

29、on1ekxfpk0.75 18601395 MPa；式中：con张拉掌握应力,con0.75摩擦系数,取0.25；k 局部偏差影响系数,取k0.0015；14 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 各截面摩阻缺失得运算见表 4 钢束号截面1 2 3 总计MPa）x m0.15 0.15 0.15 8.29 支点弧度）0.00118 0.00996 0.00996 lMPa ）0.73 3.78 3.78 x m1.45 1.45 1.45 80.39 变截面弧度）0.0114 0.09796 0.0979

30、6 lMPa ）6.99 36.70 36.70 x m6.225 6.225 6.225 207.72 L/4 截面弧度）0.04910 0.2264 0.02264 lMPa ）29.72 89.01 89.01 x m12.3 12.3 12.3 260.1 跨中弧度）0.09725 0.2264 0.2264 lMPa ）58.40 100.85 100.85 .2 锚具变形缺失l2反摩擦影响长度fl4mm；fll Ep/d,dol1式中：o张拉端锚下掌握张拉应力；l 锚具变形值,OVM 夹片锚有顶压时取1扣除沿途管道摩擦缺失后锚固端预拉应力；l 张拉端到锚固端之间的距离,本方案中 l

31、 12370 mm；当 fl l 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失当x为xlflfx,2dflflx 时,表示该截面不受反摩擦的影响；15 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 当LfL时,预应力钢筋的全长均处于反摩阻影响长度以内,2 xdx锚具变形缺失的运算见表5、表 6；表 5 3 反摩擦影响长度运算表钢束号1 2 oconMPa ）1395 1395 1395 lolMPa）1336.6 1294.5 1294.5 dol /L MPa/mm ）0.0

32、04748 0.00820 0.00820 flmm）12817.2 9753.6 9753.6 锚具变形缺失运算表表 6截面钢束号1 2 3 总计438.54 383.64 181.68 8.20 x mm150 150 150 支点lMPa121.71 159.95 159.95 2MPa123.58 157.48 157.48 x mm1450 1450 1450 MPa121.7 159.98 159.98 变截面l2MPa111.2 136.20 136.20 x mm6225 6225 6225 L/4 截面lMPa121.8 159.98 159.98 65.88 57.85 57.85 2MPax mm12300 12300 12300 跨中lMPa121.73 159.98 159.98 2MPa8.20 0.00 0.00