结构设计原理专业课程设计.doc
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1、预应力混凝土梁课程设计一设计资料(一) 主梁跨径和全长原则跨径:;计算跨径:;主梁全长:。(二) 设计荷载公路I级(三) 环境 I类环境(四) 材料预应力筋均采用ASTMA41697a原则低松弛钢绞线(17原则型),d=15.24mm,抗拉强度原则值,抗拉强度设计值,弹性模量。锚具采用夹片式群锚。非预应力钢筋采用:R235级钢筋,抗拉强度原则值,抗拉强度设计值,钢筋弹性模量;HRB335级钢筋,抗拉强度原则值,抗拉强度设计值,钢筋弹性模量。混凝土:梁体采用C50,抗压强度原则值,抗压强度设计值;抗拉强度原则值,抗拉强度设计值。(五) 施工办法 采用后张法施工,预留孔道采用预埋金属波纹管成型,钢
2、绞线两端同步张拉,张拉控制应力按规范选用。桥面采用沥青混凝土桥面铺装层,厚100mm,重力密度23.0 24.0。(六) 已知内力 汽车荷载效应原则值(弯矩:kNm,剪力:kN)跨中截面L/4截面变化点截面支点截面MmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmax2935183220132516403700466.6(七) 主梁尺寸二设计成果及规定(一)设计计算书一份。内容涉及: 1、依照正截面抗弯及斜截面抗剪设计预应力筋及腹筋; 2、梁正截面抗弯承载力验算 3、梁斜截面抗剪承载力验算 4、施工阶段应力验算 5、使用阶段应力验算 6、局部承压验算 7、变形验算(二)施工图12张
3、1、梁普通构造图 2、预应力钢束构造图 3、梁横截面图 4、其他构造图三主梁全截面几何特性(一) 受压翼缘有效宽度计算按公路桥规规定,T形截面受压翼缘有效宽度,取下列三者中最小值:1、 简支梁计算跨径,即;2、 相邻两梁平均间距,对于中梁为2500mm;3、 (),这里b=160mm,又,则取。故取受压翼缘有效宽度为。(二) 全截面几何特性计算跨中及变化点截面计算成果如下:全截面面积全截面重心至粱顶距离全截面惯性矩四主梁内力计算五钢筋面积估算及钢束布置(一)预应力钢筋截面积估算设预应力钢筋截面重心距截面下缘为,则预应力钢筋合力作用点至截面重心轴距离为;钢筋估算时,截面性质近似取用全截面性质来计
4、算,跨中截面全截面面积,全截面对抗裂验算边沿弹性抵抗矩为;对全预应力混凝土构件,有效预加力合力为: 预应力钢筋张拉控制应力为,预应力损失按张拉控制应力20估算,则可得需要预应力钢筋面积为 采用4束615.24钢绞线,预应力钢筋截面积为。采用夹片式群锚,70金属波纹管成孔。(二) 预应力钢筋布置1. 跨中截面预应力钢筋布置参照已有设计图纸并按公路桥规中构造规定,对跨中截面预应力钢筋进行初步布置(如下图) (a) (b) (c)图2 端部及跨中预应力钢筋布置图(a)预制梁端部 (b)钢束在端部锚固位置 (c)跨中截面钢束位置2. 锚固面钢束布置为使施工以便,所有4束预应力钢筋均锚于梁端(如图)。这
5、样布置原则,不但能满足张拉规定,并且N1、N3在梁端均弯起较高,可以提供较大预剪应力。3其她截面钢束位置及倾角计算 (1)钢束弯起形状、弯起角及弯曲半径 采用直线段中接圆弧曲线方式弯曲;为使预应力筋预加力垂直作用于锚垫板, N2、N3和N4弯起角均取,N1弯起角均取;各钢束弯曲半径为:;。 (2)钢束各控制点位置拟定 以N4号钢束为例, 由拟定导线点距锚固点水平距离 由拟定导线点距锚固点水平距离 因此弯起点至锚固点水平距离为则弯起点至跨中截面水平距离为依照圆弧切线性质,图中弯止点沿切线方向至导线点距离与弯起点至导线点水平距离相等,因此弯起点至导线点水平距离为故弯起点至跨中截面水平距离为同理可计
6、算N1、N2、N3控制点位置,将各钢束控制参数汇总于下表中。 各钢束弯曲控制要素表 钢束号升高值c (mm)弯起角 ()弯起半径R (mm)支点至锚固点水平距离d(mm)弯起点距跨中截面水平距离(mm)弯止点距跨中截面水平距离(mm)N1170012450007019427414N3100083000016755549729N2、N44008150002521095713045(3)各截面钢束位置及倾角计算同样以N3号钢束为例,计算钢束上任一点i离粱底距离及该点处钢束倾角,当时,i点位于直线段尚未弯起,故当时,i点位于圆弧弯曲段, , 当时,i点位于接近锚固端直线段,此时,各钢束位置及其倾角计
7、算值见下表。六主梁截面几何特性计算后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性应依照不同受力阶段分别计算。本例中T形梁从施工到运营经历了如下三个阶段。1、 主梁预制并张拉预应力钢筋主梁混凝土达到设计强度90%后,进行预应力张拉,此时其截面特性计算中应扣除预应力管道影响,T形翼板宽度为2500mm。2、 灌浆封顶,主梁吊装就位并预应力钢筋张拉完毕并进行管道压浆、封锚后,预应力钢筋可以参加截面受力。此时截面特性计算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响换算截面,T形翼板宽度仍为2500mm。3、 桥面施工和运营阶段桥面施工后,主梁即为全截面参加工作,此时截面特性计算采用计入预应力钢筋影响换算截面,T形翼板有
8、效宽度为2260mm。七持久状况截面承载能力极限状态计算(一)正截面承载力计算普通取弯矩最大跨中截面进行正截面承载力计算1、求受压区高度x先按第一类T形截面梁,略去构造钢筋影响,受压区所有位于翼缘板内,则此梁确为第一类T形截面梁。2、正截面承载力计算跨中截面弯矩组合设计值。截面抗弯承载力跨中截面正截面承载力满足规定(二)斜截面承载力计算1.斜截面抗剪承载力计算预应力混凝土简支梁应对按规定需要验算各个截面进行斜截面抗剪承载力验算,如下以变化点截面处斜截面为例进行斜截面抗剪承载力验算。验算截面处剪力组合设计值,混凝土强度级别,腹板厚度,纵向受拉钢筋合力点距截面下缘距离为,因此相应于剪力组合设计值处
9、截面有效高度;预应力提高系数;代入上式得计算表白,截面尺寸满足规定,但需配备抗剪钢筋。斜截面抗剪承载力: 异号弯矩影响系数,预应力提高系数,受压翼缘影响系数; 箍筋选用双肢直径为10mmHRB335钢筋,间距,则,故; 变化点截面处斜截面抗剪满足规定。八钢束预应力损失估算(一) 预应力钢筋张拉(锚下)控制应力按公路桥规规定采用 (二) 钢束应力损失1、预应力钢筋与管道间摩擦引起预应力损失对于跨中截面:;d为锚固点到支点中心水平距离;采用预埋金属波纹管成型时,预应力钢筋与管道壁摩擦系数及管道每米局部偏差对摩擦影响系数、k分别为。为从张拉端到跨中截面间,管道平面转过角度,这里N1、N2、N3、N4
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