[结构设计原理课程设计(完整版).pdf
《[结构设计原理课程设计(完整版).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《[结构设计原理课程设计(完整版).pdf(22页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、-结构设计原理课程设计 设计题目:预应力混凝土等截面简支空心板设计(先张法)班级:6 班 姓名:于祥敏 学号:409629 指导老师:张弘强 -目 录 一、设计资料 2 二、主梁截面形式及尺寸 三、主梁内力计算 3 四、荷载组合 3 五、空心板换算成等效工字梁 3 六、全截面几何特性 4 七、钢筋面积的估算及布置 5 八、主梁截面几何特性 7 九、持久状况截面承载力极限状态计算 9 十、应力损失估算 10 十一、钢筋有效应力验算 3十二、应力验算 13 十三、抗裂性验算 19 十四、变形计算 2 预应力混凝土等截面简支空心板设计 一、设计资料 1、标跨m16,计算跨径m2.15、设计荷载:汽车
2、按公路级,人群按2/0.3mKN,10 3、环境:类,相对湿度%75-、材料:预应力钢筋:采用ASTMaA97416 标准的低松弛钢绞线(71标准型),抗拉强度标准值MPafpk1860,抗拉强度设计值MPafpd1260,公称直径mm24.15,公称面积2140mm,弹性模量MPaEp51095.1 非预应力钢筋:400HRB级钢筋,抗拉强度标准值MPafsk400,抗拉强度设计值MPafsd330,弹性模量MPaEs5100.2 箍筋:335HRB级钢筋,抗拉强度标准值MPafsk335,抗拉强度设计值MPafsd280,弹性模量MPaEs5100.2 混凝土:主梁采用50C混凝土,MPa
3、Ec41045.3,抗压强度标准值MPafck4.32,抗压强度设计值MPafcd4.22,抗拉强度标准值MPaftk65.2,抗拉强度设计值MPaftd83.1 5、设计要求:根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范要求,按 A 类预应力混凝土构件设计此梁 6、施工方法:先张法 二、主梁截面形式及尺寸(mm)主梁截面图(单位m)三、主梁的内力计算结果 一期恒载:跨中mKNMd 220 0dV 支点:0M KNV70 二期恒载:跨中mKNMd100 0dV 支点:0M KNV40 汽车荷载:跨中mKNMd 220KNVd0.20 支点:0M KNV150 人群:跨中mKNMd 70 KNV
4、d0.8 支点:0M KNV22 四、进行荷载组合 截 面 内 力-表 1 五、空心板换算成等效工字梁 上翼板厚度:120211kfhyh 下翼板厚度:120212kfhyh 腹板厚度:280kfbbb 等效工字梁如下图所示:跨中 支点 dM dV M V 一期恒载标准值1G 0 0 70 二期恒载标准值2G 10 0 0 40 人群荷载标准值2Q 8 0 22 汽车荷载标准值(不计冲击荷载)220 20 0 150 汽车荷载标准值(计冲击系数)28.21 0 1625 持久状态的应力计算的可变作用标准值组合(汽车+人)8.2.0 184.5 承载能力极限状态计算基本组合2.1(0.1恒+4.
5、1汽4.18.0人)796 3.0 384.正常使用极限状态按作用短期效应计算的可变荷载设计值(7.0汽+0.1人)224 22 0 17 正常使用极限状态按作用长期效应计算的可变荷载设计值(4.0汽+4.0人)16 11.2 0 68.8 备注:()表中单位)(mKNM,)(KNV(2)冲击系数083.0()考虑承载能力极限状态时,汽车荷载计入冲击系数 考虑正常使用极限状态时,汽车荷载不计入冲击系数 荷 载-六、全截面几何特性计算(1)受压翼缘有效宽度fb计算 计算跨径的31,即mml50673)102.15(33 相邻两梁的平均间距mm880 mmhbbfh1720120120228012
6、2 取三者中的最小者,因此受压翼缘有效宽度mmbf880(2)全截面几何特性的计算 在工程设计中,主梁几何特性多采用分块数值求和法进行,其计算式如下:全截面面积:iAA 全截面重心至梁顶距离:AyAyiii 式中:iA分块面积;iy-分块面积重心至梁顶边的距离;截面分块示意图:主梁全截面几何特性如下:-分块号 分块面积)(2mmAi)(mmyi)(3mmyASiii)(mmyyiu)()(42mmyyAIiuix)(1242mmbhIi 60120 2000 60 61032.4 27 9102488.5 71064.8 2 860=184800 330 7100984.6 0 0 91070
7、8.6 3 0120=7200 6 71032.4 270 9102488.5 71064.8 合计 328800iAA 330330660330biiuyyAy 810085.1iS 101005.1xI 910881.6iI 1010738.1ixIII 表 2 其中:iI分块面积iA对其自身重心轴的惯性矩 xI-分块面积iA对全截面重心轴的惯性矩 七、钢筋面积估算及钢束布置(1)预应力钢筋面积估算 按作用短期效应组合下正截面抗裂性要求,估算预应力钢筋数量。对于 A 类部分预应力混凝土构件,根据跨中截面抗裂性要求,可得跨中截面有效预加力为:WeAfWMNptkspe17.0 其中:sM为正
8、常使用极限状态下按作用短期效应组合计算的弯矩值,由表 1 可知:mKNMMMMQsGGs54422410022021;设预应力钢筋截面重心距截面下缘mmap60,则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离mmayepbp27060330;-钢筋估算时,截面性质近似取用全截面的性质来计算,由表 2 可知,跨中截面全截面面积2328800mmA;全截面对抗裂验算边缘(即下缘)的弹性抵抗矩为 371010267.533010738.1mmyIWb;tkf为 C5混凝土抗拉强度标准值MPaftk65.2;因此,有效预加力合力为:NWeAfWMNptkspe677610037.110267.527032
9、8800165.27.0)10267.5()10544(17.0 预应力钢筋的张拉控制应力为MPafpkcon1395186075.075.0,预应力损失按张拉控制应力的20%估算,则需要预应力钢筋的面积为 2692913958.010037.1)2.01(mmNAconpep 因此,采用24.157的钢绞线,则预应力钢筋的面积229299801407mmmmAp,满足条件。(2)非预应力钢筋面积估算及布置 在确定预应力钢筋数量后,非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来估算非预应力钢筋数量。设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力作用点到截面底边的距离为mma60,则有mmahh6006066
10、00 先假定为第一类T 梁,则有)2(00 xhxbfMrfcdd即)2600(8804.22107960.16xx 解得:mmx6.71mmhf120(另一解不符合题意,舍去)因此确为第一类 T 梁。由ppdssdfcdAfAfxbf可知:253533098012606.718804.22mmfAfxbfApdssdfcdp 采用根直径为mm 的 HRB400 钢筋,其面积2603mmAs 将预应力钢筋和非预应力钢筋布置成一排,钢筋布置图如下:-保护层厚度:mmmmdmmc30168.50,符合要求 钢筋净距:mmSn5.66924.1574.183760mmmmd3016,符合要求。八、主
11、梁截面几何特性计算 查表可知,对于混凝土、预应力钢筋、普通钢筋,其弹性模量分别为 MPaEc41045.3、MPaEp51095.1、MPaEs5100.2(1)预加应力阶段梁的几何特性 此阶段,混凝土强度达到ckf%80,此时,MPaEc41025.3 则有钢筋换算系数如下:61025.31095.145cpEpEE 15.61025.3100.245csEsEE 分块名称 分块面积)(2mmAi iA重心到梁顶距离iy(m)对梁顶边的面积矩)(3mmyASiii 自身惯性矩)(4mmIi)(mmyyiou 2)(iouixyyAI )(4mm 截面惯性矩 xiIII)(4mm 混凝土全面积
12、 328800 330 810085.1 1010738.1.4 710347.1 -预应力钢筋换算面积 4900)1(pEpA 600 61094.2 -63.6 810405.3 非预应力钢筋换算面积 45.3105)1(sEsA 0 610863.1 263.6 810158.2 全截面换算面积 3685.4 4.336ouy 810133.1 1010738.1 810698.5 1010795.1 表 (2)使用阶段梁的几何特性 钢筋换算系数如下:652.51045.31095.145cpEpEE 797.51045.3100.245csEsEE 分块名称 分块面积)(2mmAi i
13、A重心到梁顶距离iy(mm)对梁顶边的面积矩)(3mmyASiii 自身惯性矩)(4mmIi)(mmyyiou 2)(iouixyyAI )(4mm 截面惯性矩 xiIII)(4mm 混凝土全面积 2800 30 810085.1 1010738.1.98 710176.1 预应力钢筋换算面积 96.4558)1(pEpA 60 610735.2 0 26 02 810178.3 非预应力钢筋换算面积 59.2892)1(sEsA 6 610736.1 0-264.02 810016.2 全截面换算面积 351.5 98.335ouy 810130.1 1010738.1 810312.5 1
14、010791.1 表-ououyIW)(3mm ouobyhy )(mm obobyIW)(3mm ppeIW )(3mm 预应力阶段 710336.5 323.6 710547.5 71081.6 使用阶段 710331.5 324.02 710527.5 71078.6 表 其中:ouy,oby构件全截面换算截面的重心到上下缘的距离 ouW,obW构件全截面换算截面对上下缘的截面抵抗矩 pe为预应力钢筋重心到换算截面重心的距离,poupayhe,对于预应力阶段6.263pemm,对于使用阶段02.264pemm 九、持久状况截面承载能力极限状态计算(1)正截面承载能力计算 一般取弯矩最大的
15、跨中截面进行正截面承载能力计算 求受压区高度x 先按第一类型截面梁计算混凝土受压区高度x,即:ppdssdfcdAfAfxbf 则有mmbfAfAfxfcdppdssd7.728804.229801260603330mmhf120 受压区全部在翼板内,说明确为第一类型截面 正截面承载能力计算 由预应力钢筋和非预应力钢筋布置图可知,预应力钢筋和非预应力钢筋布置成一排,合力作用点到截面底缘的距离mma60,mmahh600606600,正截面的承载能力:)2(0 xhxbfMfcdu610)27.72600(7.728804.22 mKN 7.807mKNMrd 7960 因此跨中截面正截面承载力
16、满足要求。()斜截面承载能力计算 斜截面抗剪承载力计算 根据公式进行截面抗剪强度上、下限复核,即:023)1050.0(bhftddVr00,3)1051.0(bhfkcu 首先,检验上限值截面尺寸检查 变 量 阶 段-60028050)1051.0()1051.0(30,3bhfkcu KN8.605KNVrd1.3840 其次,检验下限值是否需要计算配置箍筋 60028083.125.1)1050.0()1050.0(3023bhftd KN15.192KNVrd1.3840 由此可知,截面尺寸符合设计要求,但必须按照计算配置箍筋。斜截面抗剪承载能力按下式计算,即:pdcsdVVVr0 式
17、中:svsvkcucsffPbhV,03321)6.02()1045.0(ppdpdpdAfVsin)1075.0(3 其中,1异号弯矩影响系数,0.11;2预应力提高系数,25.12;3受压翼缘的影响系数,1.13;942.06002806039801001001000bhAAPps 闭合箍筋选用双肢直径为 1m 的R33钢筋,MPafsv280,间距mmSv100,箍筋截面面积22.2261.1132mmAsv,则有 0081.01002802.226vsvsvbsA 因此,svsvkcucsffPbhV,03321)6.02()1045.0(2800081.050)942.06.02(6
18、00280)1045.0(1.125.10.13=KN7.666 因为预应力钢筋布置为直线型,因此有0p,则有0pdV KNVVpdcs7.666KNVrd1.3840 由上可知,支点处截面满足斜截面抗剪要求。斜截面抗弯承载能力 由于预应力混凝土空心板的施工方法采用直线配筋的先张法,即使预应力钢筋在梁端微弯起,一般角度缓和,斜截面抗弯强度一般不控制设计,故不另行计算。十、应力损失估算 预应力钢筋张拉控制应力按公路桥规规定采用 MPaMPafpkcon1395186075.075.0-(1)锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失(2l)预应力有效长度取为张拉台座长度ml100,张拉钢筋后临时锚固在台座
19、上,采用有顶压的夹片式锚具,查表可得mml4,则有:MPaEllpl8.71095.1101004532(2)混凝土弹性压缩引起的应力损失(4l)pcEpl4 Ep预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值,按张拉时混凝土的实际强度等级40508.0CCfck,查表可知,MPaEc41025.3,因此有 61025.31095.145cpEpEE pc 截 面 钢 筋 重 心 由 预 加 力 产 生 的 预 压 应 力,02000IeNANppppc,其中,pllconpAN)5.0(520=980)87.475.08.71395(N7.1335999 mmep6.263604.336660 0
20、2000IeNANppppc10210795.16.2637.133599945.3368057.1335999=MPa14.9 则有MPapcEpl84.5414.964(3)钢筋松弛引起的应力损失(5l)对于采用超张拉工艺的低松弛钢绞线,由钢筋引起的应力损失为 pepkpelf)26.052.0(5 式中,张拉系数,采用超张拉时,9.0;钢筋松弛系数,对于低松弛钢绞线,3.0;pe传力锚固时的钢筋应力,对于先张法构件则有:MPalconpe2.13878.713952 则有pepkpelf)26.052.0(52.1387)26.018602.138752.0(3.09.0=MPa87.4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 结构设计 原理 课程设计 完整版
限制150内