预应力混凝土简支小箱梁大作业指导书.doc

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1、预应力混凝土简支小箱梁课程大作业指导书东南大学 交通学院桥梁工程系2012年11月一、课程作业学习总体要求（一）目的与教学要求预应力混凝土简支梁（板）课程作业是结构设计原理课程的组成部分。学习的主要目的是：1）进一步巩固结构设计原理课程中关于预应力混凝土受弯构件设计和计算、构造等重要知识，并且深化知识。2）对预应力混凝土受弯构件的设计计算中的方法有所认识。3）进一步训练工程计算的动手能力。为了使同学们能够在要求的时间期限内完成课程作业，教学要求如下：1）预应力混凝土简支梁课程作业内容比较多，也是同学们工程学习初步训练的重要环节，要求同学们以认真学习、勤于思考的态度来对待。2）课程作业要求在规定

2、的时间内和教师的指导下，完成预应力混凝土简支梁计算书1份，做为给予课程大作业成绩的依据。3）课程大作业完成的过程中，要求同学们在教师指导下，独立完成工作，提倡同学们相互讨论、交流，但不得互相抄袭。一旦发现有抄袭的现象，抄袭者与被抄袭者都将被要求重作大作业，最高可得及格成绩。4）要求同学在课程作业进行前，仔细阅读指导书及教材中的计算示例，仔细阅读课程作业提供的技术资料，然后根据个人的情况安排好课程作业完成的时间，要求在教师规定的期限内完成设计。（二）课程设计作业的内容预应力混凝土受弯构件是桥梁工程领域中应用最广泛、最基本的构件。因此，本课程作业以目前高速公路桥梁上应用较多的后张法预应力混凝土简支

3、小箱梁的设计计算为主要内容。二、课程作业指导（一）参考资料本课程大作业中采用的计算原则、计算公式、计算符号等均以结构设计原理教材或交通行业标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）和公路桥涵设计通用设计规范（JTG D60-2004）为基准。因而，同学应在已学的结构设计原理中预应力混凝土结构知识基础上，参照公路桥涵设计的相关资料，理解和学习公路桥涵预应力混凝土小箱梁的设计、计算方法，参考资料有：1）叶见曙，结构设计原理，人民交通出版杜，2014；2）张树仁，钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理，人民交通出版社，2004；3）交通部标准，公路桥涵设计通用设计规范

4、（JTG D60-2004），人民交通出版社，2004；4）交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)，人民交通出版杜，2004；5）胡明义，梁桥（上）公路桥涵设计手册，人民交通出版社，1998。（二）计算书与图纸要求1）计算书要求有计算基本资料以及各部分计算详细过程。对于计算的每部分内容，需要计算图式时，必须给出计算图式及计算简图（必须用铅笔画或CAD制图）并标明计算尺寸、单位及图形编号，简图等必须用直尺画线条，不得徒手画。进行公式计算时，必须先将原公式列出，然后代入相关数值。应说明所有参数取值理由，最后给出计算结果，并注明单位（可参照结构设计原理例题）

5、。2）各部分计算应该详尽，计算符号及相应代入数值齐全，应达到可以让别人进行独立复核检查的程度。3）计算书可采用手写或打字排版的形式，完成后需装订成册，按时交给教师审查并给出成绩。三、基本设计资料（一）桥梁总体尺寸及设计荷载计算跨径：L=39m桥面净空：净-12.5+20.5m主梁间距：2.8m（全桥由5片梁组成），其中翼缘预制部分宽1.8m，现浇段为1.0m箱型主梁高度：1.7m设计荷载：公路-级荷载，结构重要性系数0=1.0（二）主要材料规格：C50混凝土： ， ，预应力筋：标准型钢绞线 ， ， 普通钢筋：采用HRB335钢筋 ， ， 箍筋及构造钢筋采用HRB235钢筋 ， ，（三）桥梁中梁

6、横断面尺寸桥梁中梁主要横断面尺寸如图1所示。 跨中 支点 梁端图1 箱梁横断面图（单位：mm）（四）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两端张拉，张拉顺序与钢束序号相同。构件暴露在I类环境中，相对湿度为75%。计算过程分为三个阶段：阶段一为预加应力阶段，承担的荷载为预制梁（包括横隔梁）的自重及偏心预压力，受力构件按预制梁的净截面计算；阶段二为安装阶段，施工内容包括现浇翼缘板之间的后浇带混凝土以形成结构的整体化，但不考虑现浇混凝土的承受荷载能力，施工荷载除上述荷载之外还应包括现浇混凝土板的自重，受力构件按预制梁灌浆后的换算截面计算；阶段三为使用阶段，荷载除阶段一、二

7、的荷载之外，还应包括二期恒载以及活载，受力构件按现浇后的换算截面计算。（五）内力计算结果此项内容由桥梁工程课程解决，在此仅给出中梁的计算结果。（1）自重、恒载内力自重、恒载内力见表1。表1 自重、恒载内力计算结果截面位置距支点距离(mm)预制梁现浇二期M(kNm)V(kN)M(kNm)V(kN)M(kNm)V(kN)支点00498.7079.80195变截面54802074350.534759.2849145L/497503519226.359238.8144995跨中1950046030777019000注： 预制主梁（包括横隔板）的自重：； 现浇板的自重：； 二期恒载（包括桥面铺装、人行道

8、、栏杆）：。（2）活载内力活载内力计算结果见表2。表2 活载内力计算结果截面位置距支点截面距离(mm)公路I级荷载最大弯矩最大剪力MQ1k(kNm)对应V(kN)VQ1k(kN)对应M(kNm)支点00231.53576.940变截面54802575.40469.34472.782433.12L/497503717.86404.24414.793408.19跨中195005293.55163.43226.394236.82注：表中荷载值已计入冲击系数（3）内力组合中梁的内力组合计算结果见表3。同学可对表中的部分内容进行复核计算。 基本组合（用于承载能力极限状态） 短期组合（用于正常使用极限状态

9、） 长期组合：（用于正常使用极限状态） 表3 荷载内力组合计算结果截面位置项 目基本组合短期组合长期组合支点Mmax01250.4980926.9750861.200Vmax101731.32001155.9380992.036变截面Mmax7509.0801318.9824977.181865.8154245.532732.480Vmax17311.0121323.7744882.863868.0974191.636733.784L/4Mmax11847.430994.8368024.490628.0606968.280513.220Vmax111416.3501009.5217819.21

10、5635.0536850.980517.216跨中Mmax16104.860227.49710788.980108.3329285.13261.904Vmax114633.900315.13910088.530150.0668884.87285.752注：表中弯矩单位：kNm；剪力单位：kN。（4）其他相关资料主梁跨中截面预应力钢束配置为8束7的预应力（低松弛）钢绞线，对称布置。预应力束的布置如图2所示。单根钢绞线的公称截面面积为，提供给的预应力钢筋总的截面面积为，跨中截面。采用OVM.M15-7型锚具，金属波纹管成孔，预留孔道直径，各束张拉锚固端到跨中的距离见表4。跨中截面 变截面 L/4截

11、面 支点截面图2 各控制断面预应力钢束的布置形式（单位：mm）主梁跨中截面非预应力钢筋选用14根直径为18mm的HRB335钢筋，提供钢筋截面面积，钢筋重心到截面底边距离。预应力钢筋的曲线要素及有关计算参数见表4和表5。表4 预应力筋束曲线要素表钢束编号起弯点距跨中(mm)锚固点距跨中(mm)曲线半径(mm)111791.5198035000023723.5197813191119759498.51967590000表5 各计算截面预应力筋束的位置和倾角计算截面锚固截面支点截面变截面点L/4截面跨中截面距跨中(mm)19500190001450097500钢束到梁底距离(mm)15284721

12、6390902846792477211903116411127974672104147914321117786330合力点987952638.5388.5180钢束与水平线夹角(度)14.0004.0004.0000024.0004.0004.0002.3034.0004.0004.0003.75044.0004.0004.0004.0000合力点4.04.04.02.5130各阶段截面几何性质的计算结果见表6。同学可对其中部分几何特性值进行复核计算。表6 预应力混凝土构件各阶段截面几何性质阶段截面阶段一支点1.26870.84150.8585-0.12850.3920变截面0.86770.8

13、4620.85380.21480.3313L/40.86770.83610.86390.47590.3271跨中0.86770.82760.87240.72240.3207阶段二支点1.30790.84210.8579-0.12910.3967变截面0.90490.85510.84490.20590.3329L/40.90490.85560.84440.45640.3352跨中0.89530.84980.85020.70020.3346阶段三支点2.06720.65381.12620.13920.9732变截面1.21270.71291.06710.42810.5352L/41.21270.7

14、1331.06670.67870.5362跨中1.21270.70721.07280.92280.5356注：表中阶段一为净截面几何性质；阶段二和阶段三均为换算截面几何性质。OVM.M15-7型锚固体系构造图见图3，锚具参数见表7。图3 OVM15-7型锚固体系构造图表7 OVM15-7型锚具参数表（单位：mm）型 号锚 垫 板波纹管锚 板螺 旋 筋ABC安装孔孔距D (内径)EFGHINOVM.M15-7210160108145701265220012504四、课程大作业要求按部分预应力混凝土A类构件设计预应力混凝土箱形主梁的配筋。持久状况下的跨中截面尺寸见图1。设计、计算的内容要求如下：l 根据小箱梁截面形式分阶段将其简化并换算为等效工字形截面，确定中梁截面计算宽度；l 按正常使用极限状态设计预应力钢筋，按承载能力极限状态设计非预应力钢筋。（补充计算过程）；l 按持久状况承载能力极限状态验算截面尺寸及抗弯、抗剪承载力；l 按照施工工艺要求，进行主梁预应力损失估算；l 持久状况下正常使用极限状态主梁的正应力、主应力、抗裂性和变形验算；l 短暂状况的应力验算；l 锚固区局部承压验算。