结构设计原理毕业课程设计

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)黑龙江大学课程名称：结构设计原理学院：建筑工程学专业：土木工程年级：2008 级学生姓名：李朋飞指导教师：田春竹目录（一）设计题目：140m 预应力混凝土装配式T 形梁设计。（二）基本资料：（ 1）、简支梁跨径：标准跨径L b=40m，计算跨径 L=38.88m。（ 2）、设计荷载：公路一级，人群荷载为203.0KNm，结构重要性系数r =1.0（ 3）、环境：桥址位于野外一般地区，一类环境，年平均相对湿度75。（ 4）、材料：预应力钢筋采用ASTM A41697a 标准的低松弛钢绞线（1×7 标准型），抗拉强度标准值 f pk

2、=1860MPa，抗拉强度设计值f pd=1260 MPa，公称直径 15.24mm，公称面积25140mm。弹性模量 Ep =1.95 ×10 MPa，锚具采用夹片式群锚。非预应力钢筋： 受力钢筋采用 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 Es=2.0 ×105 MPa。构造钢筋采用 R235 级钢筋，抗拉强度标准值 f sk =235MPa，抗拉强度设计值 f sd=195MPa。钢筋弹性模量为 Es=2.1 ×105MPa。混凝土：主梁采用 C60，Ec=3.6 ×104

3、 MPa，抗压强度标准值 f ck =38.5MPa，抗压强度设计值f cd=26.5MPa，抗压强度标准值f tk =2.85MPa，抗拉强度设计值f td =1.96MPa。（ 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 （JTGD62 2004）要求，按 A 类预应力混凝土构件设计此梁。（ 6）、施工方法：采用后张法施工，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型。钢绞线采用千斤顶两端同时张拉； 主梁安装就位后现浇 400mm宽的湿接缝，最后施工 80mm厚的沥青桥面铺装层。（三）设计内容：1、根据资料给定的构件截面尺寸，型式，估计预应力钢筋的数量，并进行合理布局。2、

4、计算主梁的截面几何特性，确定预应力钢筋张拉控制应力，估算预应力损失及计算各阶段相应有效应力。3、进行强度计算。4、进行施工和使用阶段应力验算。5、抗裂性验算。6、主梁的反拱度和挠度计算。7、绘制施工图，整理说明书。（四）主要资料参考：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范2结构设计原理叶见曙主编人民交通出版社（五）主梁尺寸主梁各部分尺寸如图所示半纵剖面支座轴线跨径中线3变化点截面支点截面4图一主梁各部分尺寸图（尺寸单位：mm）主梁内力组合序号荷载类型跨中截面四分点截面支点截面（KN.m)(KN)（KN.m)(KN)(KN)1第一期恒载313802387222.12444.232第二期恒载10

5、80081075.38150.753人群140.940.01103.7210.2216.344公路一级2366.72150.862213.6210.68270.5不计冲击系数冲击系数（ 1+u）=1.104（六）主梁全截面几何特征值1 ）受压翼缘有效宽度的计算按公路桥规规定，T 形截面梁受压翼缘有效宽度，取下列三者中的最小值:(1) 简支梁计算跨径的 L3, 即 L3=388803=12960mm；(2) 相邻两梁的平均间距，对于中梁为 1980mm；(3), 式中 b 为梁腹板宽度，为承托长度，这里承托长度等于0，为受压区翼缘悬出板的厚度，可取跨中截面翼板厚度的平均值，即'(7102

6、00)807101200.5127mm, 所以有hf910(b6bh12h'f )16012 1271684mm所以，受压板翼缘的有效宽度=1684mm。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，其计算式为全截面面积：A =全截面重心至梁顶的距离： 式中分块面积； 分块面积的重心至梁顶边的距离。且；则；式中分块面积对其自身重心轴的惯性矩；对 x-x （重心）轴的惯性矩。主梁跨中（ I I ）截面的全截面几何特性如下表所示。根据图一可知变化点处的截面几5何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同。为9433A=664800mm， =873mm， =445.4

7、87 ×10 mm =580078×10 mm跨中截面分块示意图 ( 带湿接缝 )6分分块面积Yiii iu yiS =A yy块Ai（mm2）（ mm （mm3）（mm）号）145600405824× 1038338520012010224×1037533232001010326432×13710310000198719870×10311141008002160217728×1287103 x=Ai（yuyi ） （ mm4）24mm101.030× 1090.078× 10948.309×1

8、090.068× 1096.066×109109.89×10912.410×1090.0056×109166.962× 109×90.65910合A=66480yu=873S=580078334.777× 109110.71 ×计0b×103109y =1427=445.487× 109跨中截面（不带湿接缝）分块分块面Yiii iu yi xi （ yu （mm4）积AiS =A yy=A号（mm） （mm3） （mm）yi ）mm24（ mm2）113600404544×1

9、03875×9×986.975100.061108520012010224 ××9×9795101053.8490.0681033232001010326432 × 952.917×109109.899 ×103109710000198719870 × 107211.492×109×90.006101031008002160217728 × 1245156.243× 109×90.65910103合计9A=63280uS=578798=311.476

10、15; 10=110.693×y =915b390×1010y =1385=422.169× 109支点截面全截面几何特性（不带湿接缝）截面分块示意图分块分块面Yi （ mm）Si i iu yi x（iyu（ mm4）=A yy=A号积Ai3）24（ mm（ mm） yi ） mm（mm2） 97600403904×93585.324× 0.052×103109109 628301147163×86146.577× 0.037×3991010108 828001150952200 × 1752

11、5.358 ×365.01 ×103109109合计 A=98843yu=975S=963267=157.259=365.0990b× 103× 109× 109y =1325 =522.358×109支点截面（带湿接缝）分 块分块面积Yiii iu y i xi （ yu （mm4）Ai （ mm2S =A yy=A号（ mm （ mm3） （mm）yi ） mm）24） 129600405184× 103905×9×9106.146100.06910 628301147163× 103831

12、×9×943.388100.03710 828001150952200 × 20534.797×109365.010 ×103109合计yu=945S=964547=184.331× 109=365.116×b× 103109y =1355 =549.447×109变化点截面全截面几何特性（不带湿接缝）截面分块示意图9变化点截面（不带湿接缝）分分块面积iii iu y xi （ yu 4Y（ mm ）S =A yyi=A块Ai（ mm） （ mm3） （mm） yi ） mm24号（mm2） 113600

13、404544×103967106.226×9×9100.060610 8520012010224×887×109×967.0330.068210103 262400820215168 × 1879.176× 10958.8126×103109 10000161016100× 6033.636× 109×90.005610103 2376001970468072 × 963220.343×109×98.624910103合A=70880yu=100

14、=714108=406.414×9=67.572×10计07× 103109b =473.986×109y =1293变化点截面（带湿接缝）10分块分块面Yiii iu yi x（iyuy i ） （ mm4）积AiS =A yy=A号（mm） （ mm3）（ mm）2mm4（ mm2）129600405184×103961×90.069×119.68810109732001208784×103881×90.059×56.81510109262400820215168××9&

15、#215;1811058.8138.59610310910000160716070×103 6063.672× 1090.006×1092376001970468072× 96998.625×223.097×10103109合计9A=7128uS=713278=411.868× 10=67.572×y =100001× 103109b =479.440×109y =1299（七）钢筋面积的估算及钢束布置1 ）预应力钢筋面积估算按构件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

16、构件，根据跨中截面抗裂要求由（13-123 ）可得跨中截面所需的有效预加力为式中的为正常使用极限状态按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值有：M sM G 1M G 2M Qs31381080(2366.720.7140.94)6015.644KNm设预应力钢筋截面重心距截面下缘为，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离为epybamm ；钢筋估算时，截面性质近似取用全截面的性质来计算，由表一可得跨中截面全截面面积3A=664800，全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗矩为11WI445.487 109312.184 106 mm2；所以有效预加力为yb1427M s

17、0.7 f tk6015.644 10660.7 2.856N peW312.184 103.001706 10N预加力钢筋的张拉1ep11327106AW664800312.184控制应力con0.75 f pk0.751860 1395MPa ，预应力损失按张拉控制应力的 20%估算，则可得需要预应力钢筋的面积为ApN pe3.001706 1062(10.2)0.82689.7mmcon1395采用 3 束 715.24钢绞线，预应力钢筋的截面积为。采用夹片式锚群，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构件的预应力管道布置应符合公路桥规中

18、的有关构造要求。参考已有的设计图纸并按 公路桥规 中的构造要求， 对夸张那个截面预应力钢筋进行初步布置（如图）（2）锚固面钢筋束布置为施工方便，全部3 束预应力钢筋均锚于梁端（图） 。这样布置符合均匀分散的原则，不仅能满足张拉的要求，而且N1，N2在梁端均弯起较高可以提供较大的预剪力12（3）其他截面钢束位置及倾角计算1、钢束弯起形状、弯起脚及弯曲半径。采用直线段中接圆弧曲线的方式弯曲；为13使预应力钢筋的预加力垂作用于锚垫板，N1、 N2 和 N3 弯起脚均取；各钢束的弯曲半径为 RN1=60000mm；RN2=40000mm，RN3=20000mm2、钢束各控制点位置的确定：以N3 号钢束

19、为例，其弯起布置如图所示。20026708°004°063120直线段弯止点直线段0导线点弯起点62422980LzLb1Lb201LdLwXk38880/2由导线点距锚固点的水平距离=4269mm由弯起点至导线点的水平距离=1399mm所以弯起点至锚固点的水平距离为：=4269+1399=5668mm则弯起点至跨中截面的水平距离为Xk =（ 388802+298） -5668=14070mm根据圆弧切线的性质，弯起点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点水平距离相等，所弯止点至导线点的水平距离为=1385mm故弯止点至跨中截面的水平距离为=14070+1385+1399

20、=16854mm。同理，可以计算N1 、N2 的控制点位置，将各钢束的控制参数汇于下表：钢 束升 高 值c 弯起角 弯起半径 R支 点 至弯 起 点弯止点距号（ mm）0（°）（mm）锚 固 点距 跨 中跨中截面的 水 平截 面 水水平距离距 离 d平 距 离（ mm）（mm）k（mm）xN12200860000873898740N21300840000214831913886跨中截面中心线14N320082000029814070168543、各截面钢束位置及其倾角计算仍以 N3 号钢束为例，计算钢束上任一点i 离梁底距离及该点处钢束的倾角，式中为钢束弯起前其重心至梁底的距离，；点

21、所在计算截面处钢束位置的升高值。计算时，首先应判断出 i 点所在处的区段，然后计算及，即当时，i 点位于直线段还未弯起，故当时， i 点位于圆弧弯曲段，及按下式计算，即ci RR2( x i x k )2, isin1 ( xixk )R当 时 ， i点位于靠近锚固端的直线段此时按下式计算，即c ix ix kL b 2 tan各截面钢束位置及其倾角见下表：计 算钢xL b1+L b2截面束（ m（mm）编m）号跨 中N13898351截 面N28315567xi=09N3140278470L4截N13898351面N28315567xi=97290mmN3140278470变 化N13898

22、351点 截N28315567面90（xi xk）（mm） iiica =a+c（°）（mm）（ mm）为负值，钢束尚未 00100弯起x+ Lb28722822i xkL b10 i xk L b1+2.00725125xL b2负值未弯起00100x+ Lb28722822i xkL b10 i xk L b1+2.00725125xL b215xi=972 N31402784负值未弯起001000mm70支 点N13898351i xkL b1+ Lb2820882188x截 面N28315567x+ Lb2811701270i xkL b1xi=194940mmN314027

23、84i kLb1+ Lb28558658x x704、钢束平弯段的位置及平弯角N3钢束平弯示意图跨中截N2钢束平弯示意图面中心线N1、N2、N3三束预应力钢绞线在跨中截面布置在同一条水平面上，而在锚固端三束钢绞线则都在肋板中心线上，为实现钢束的这种布筋方式，N2、N3在主梁肋板中必须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 在梁中的平弯采用相同的形式，其平弯位置如图所示。平弯段有两段曲线弧，每段曲线弧的弯曲角为3) 非预应力钢筋截面积估算及布置按构件承载能力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，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。设

24、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，则有16h0ha2300802220mm。先假定为第一类 T 形梁截面，由公式其中计算受压区高度 X，求得 x=91.5mm =127mm。 Md =1.2 恒 +1.4 汽+0.8=8877.456 ；则根据正截面承载力计算需要的非预应力钢筋截面积为Asfcd bf' xf pd Ap26.5 1684 91.5 1260 29401353mm2f sd280采用 5根直径为 20的 HRB335钢筋，提供给的钢筋截面面积为。 在梁底布置成一排其间距为65mm，钢筋重心到底边的距离为.( 八) 主梁截面几何特性计算后张法预应力混凝土

25、梁主梁截面几何应根据不同的受力阶段分别计算。（ 1）主梁预制并张拉预应力根据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（将非预应力钢筋换算为混凝土）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 1580mm（2）桥面、栏杆及人行道施工和运营阶段此时主梁即为全截面参与工作，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17的换算截面， T 梁翼板宽度为 1580mm。第一阶段跨中截面几何特性计算表分块名分块面积Y iSi=Aiyi称Ai（mm） （ mm3（mm2 ）混凝土632.8 ×9

26、15579.012全截面103× 106非预应（ ES 225516.130力钢筋1）× 106换算面A =7.153S积×103预留管3××2200道面积7024=25.39911.545 ×× 106310（ m yu yi m4） （ mm）422.1 8.469 ×1090 -1348. 40 -1293. 4 x（iyu = i=A+24x yi ）mm （mm4）0.045×10913.005 ×109-19.313× 109净截面An=628.4yun=90=569.74

27、422.1面积36.6669 ×08× 103× 10109-6.263 ×415.906109×109第一阶段变化点截面（L4 截面）几何特性计算表分块名分块iii i（ mm4 xi = iYu y=AS =A yyi+称面 积 （ mm） （mm3）（ mm） （ yu xAiy i ）mm（mm4）24（ mm2）18混 凝 土680.801046712.117×448.50 2.70.005 ×全截面×310618×109010109非 预 应（ ES225516.130×0-1211

28、10.502力钢筋 1）106.7× 109换 算 面 AS=7.1积53×103预 留 管 3 ×1951 22.5240 9.512道面积××106907.7× 1097024=11.5435×10净 截 面An=67yun=1=705.723×448.500.995 × 449.497面积6.408043.310618×109×109× 103109第一阶段支点截面几何特性计算表分块名分 块 面Yi （mm） Sii i（ mmu yi x=Ai = i=A yy+称积

29、Ai（mm3） 4）（mm）（ yu x（ mm2）yi ） mm （mm4）24混凝土988.430975963.719522.359.90.097 ×全截面× 103×106×9109810非预应（ ES225516.1300-1270.11.539力钢筋1）×1061×109换算面AS=7.15积3×10319预留管 3× 928056.9-0.037道面积× 7024=10.714×109×10611.545× 103净截面An=984. yun=984.9=969.

30、13522.3511.599533.957面积038×6×9×109×1095×10810103第二阶段跨中截面几何特性计算表分块名分块iii i4u y xiY（ mmy=AS =A yi称面 积 （ mm） （mm3）（mm） （ yu Ai24y i ） mm（ mm2） = i+ x（ mm4）混 凝 土632.8全截面×103非 预 应（ ES力 钢 筋 1 ）换 算 面AS=7.1积53 ×103915579.012 ×422.1640.21.023×106×910991022551

31、6.130 ×012.0851061299.8× 109预 应 力（ EP220028.569 ×020.122钢 筋 换 1 ）1061244.8× 109算面积A =12.p986 ×103净 截 面An=65yu=955.=623.711422.1633.230455.399面积2.9392×106×9× 109× 10991020×103第二阶段变化点截面（ L4 截面）几何特性计算表分块名 分块面Yi （mm）ii i（ mmu xi = i S=A yy=A+称积 Ai（ mm3）

32、4）yi（ yu x（mm4）（ mm2（ mm y i ）mm24）混 凝 土680.801046712.117448.5029.10.577 ×全截面0× 103× 106×9109210非 预 应（ ES225516.130×09.958 ×力 钢 筋 1 ）1061179109换 算 面AS=7.15.9积3× 103预 应 力（ EP195125.336×09.963 ×钢 筋 换 1 ）106875.109算面积A =12.99p86×103净 截 面An=700. yun=1075=753.583448.5020.498469×109面积939×.1× 106×9× 109210103第二阶段支点截面几何特性计算表分块名称分 块 面Yi（ mm） Si i i（ mmu