結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理畢業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)黑龍江大學(xué)課程名稱：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理學(xué)院：建筑工程學(xué)專業(yè)：土木工程年級(jí)：2008 級(jí)學(xué)生姓名：李朋飛指導(dǎo)教師：田春竹目錄（一）設(shè)計(jì)題目：140m 預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式T 形梁設(shè)計(jì)。（二）基本資料：（ 1）、簡(jiǎn)支梁跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑L b=40m，計(jì)算跨徑 L=38.88m。（ 2）、設(shè)計(jì)荷載：公路一級(jí)，人群荷載為203.0KNm，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)r =1.0（ 3）、環(huán)境：橋址位于野外一般地區(qū)，一類環(huán)境，年平均相對(duì)濕度75。（ 4）、材料：預(yù)應(yīng)力鋼筋采用ASTM A41697a 標(biāo)準(zhǔn)的低松弛鋼絞線（1×7 標(biāo)準(zhǔn)型），抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 f pk

2、=1860MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f pd=1260 MPa，公稱直徑 15.24mm，公稱面積25140mm。彈性模量 Ep =1.95 ×10 MPa，錨具采用夾片式群錨。非預(yù)應(yīng)力鋼筋： 受力鋼筋采用 HRB335級(jí)鋼筋。抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 f sk=335MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f sd=280MPa。鋼筋彈性模量為 Es=2.0 ×105 MPa。構(gòu)造鋼筋采用 R235 級(jí)鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 f sk =235MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f sd=195MPa。鋼筋彈性模量為 Es=2.1 ×105MPa。混凝土：主梁采用 C60，Ec=3.6 ×104

3、 MPa，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 f ck =38.5MPa，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f cd=26.5MPa，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f tk =2.85MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f td =1.96MPa。（ 5）、設(shè)計(jì)要求：根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 （JTGD62 2004）要求，按 A 類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)此梁。（ 6）、施工方法：采用后張法施工，預(yù)制主梁時(shí)，預(yù)留孔道采用預(yù)埋金屬波紋管成型。鋼絞線采用千斤頂兩端同時(shí)張拉； 主梁安裝就位后現(xiàn)澆 400mm寬的濕接縫，最后施工 80mm厚的瀝青橋面鋪裝層。（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、根據(jù)資料給定的構(gòu)件截面尺寸，型式，估計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量，并進(jìn)行合理布局。2、

4、計(jì)算主梁的截面幾何特性，確定預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力，估算預(yù)應(yīng)力損失及計(jì)算各階段相應(yīng)有效應(yīng)力。3、進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。4、進(jìn)行施工和使用階段應(yīng)力驗(yàn)算。5、抗裂性驗(yàn)算。6、主梁的反拱度和撓度計(jì)算。7、繪制施工圖，整理說(shuō)明書(shū)。（四）主要資料參考：公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理葉見(jiàn)曙主編人民交通出版社（五）主梁尺寸主梁各部分尺寸如圖所示半縱剖面支座軸線跨徑中線3變化點(diǎn)截面支點(diǎn)截面4圖一主梁各部分尺寸圖（尺寸單位：mm）主梁內(nèi)力組合序號(hào)荷載類型跨中截面四分點(diǎn)截面支點(diǎn)截面（KN.m)(KN)（KN.m)(KN)(KN)1第一期恒載313802387222.12444.232第二期恒載10

5、80081075.38150.753人群140.940.01103.7210.2216.344公路一級(jí)2366.72150.862213.6210.68270.5不計(jì)沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)（ 1+u）=1.104（六）主梁全截面幾何特征值1 ）受壓翼緣有效寬度的計(jì)算按公路橋規(guī)規(guī)定，T 形截面梁受壓翼緣有效寬度，取下列三者中的最小值:(1) 簡(jiǎn)支梁計(jì)算跨徑的 L3, 即 L3=388803=12960mm；(2) 相鄰兩梁的平均間距，對(duì)于中梁為 1980mm；(3), 式中 b 為梁腹板寬度，為承托長(zhǎng)度，這里承托長(zhǎng)度等于0，為受壓區(qū)翼緣懸出板的厚度，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，受壓板翼緣的有效寬度=1684mm。2）全截面幾何特性的計(jì)算在工程設(shè)計(jì)中，主梁幾何特性多采用分塊數(shù)值求和法進(jìn)行，其計(jì)算式為全截面面積：A =全截面重心至梁頂?shù)木嚯x： 式中分塊面積； 分塊面積的重心至梁頂邊的距離。且；則；式中分塊面積對(duì)其自身重心軸的慣性矩；對(duì) x-x （重心）軸的慣性矩。主梁跨中（ I I ）截面的全截面幾何特性如下表所示。根據(jù)圖一可知變化點(diǎn)處的截面幾5何尺寸與跨中截面相同，故幾何特性也相同。為9433A=664800mm， =873mm， =445.4

7、87 ×10 mm =580078×10 mm跨中截面分塊示意圖 ( 帶濕接縫 )6分分塊面積Yiii iu yiS =A yy塊Ai（mm2）（ mm （mm3）（mm）號(hào)）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 ×計(jì)0b×103109y =1427=445.487× 109跨中截面（不帶濕接縫）分塊分塊面Yiii iu yi xi （ yu （mm4）積AiS =A yy=A號(hào)（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合計(jì)9A=63280uS=578798=311.476

10、15; 10=110.693×y =915b390×1010y =1385=422.169× 109支點(diǎn)截面全截面幾何特性（不帶濕接縫）截面分塊示意圖分塊分塊面Yi （ mm）Si i iu yi x（iyu（ mm4）=A yy=A號(hào)積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合計(jì) A=98843yu=975S=963267=157.259=365.0990b× 103× 109× 109y =1325 =522.358×109支點(diǎn)截面（帶濕接縫）分 塊分塊面積Yiii iu y i xi （ yu （mm4）Ai （ mm2S =A yy=A號(hào)（ 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合計(jì)yu=945S=964547=184.331× 109=365.116×b× 103109y =1355 =549.447×109變化點(diǎn)截面全截面幾何特性（不帶濕接縫）截面分塊示意圖9變化點(diǎn)截面（不帶濕接縫）分分塊面積iii iu y xi （ yu 4Y（ mm ）S =A yyi=A塊Ai（ mm） （ mm3） （mm） yi ） mm24號(hào)（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計(jì)07× 103109b =473.986×109y =1293變化點(diǎn)截面（帶濕接縫）10分塊分塊面Yiii iu yi x（iyuy i ） （ mm4）積AiS =A yy=A號(hào)（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合計(jì)9A=7128uS=713278=411.868× 10=67.572×y =100001× 103109b =479.440×109y =1299（七）鋼筋面積的估算及鋼束布置1 ）預(yù)應(yīng)力鋼筋面積估算按構(gòu)件正截面抗裂性要求估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量。對(duì)于 A 類部分預(yù)應(yīng)力混凝土

16、構(gòu)件，根據(jù)跨中截面抗裂要求由（13-123 ）可得跨中截面所需的有效預(yù)加力為式中的為正常使用極限狀態(tài)按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值有：M sM G 1M G 2M Qs31381080(2366.720.7140.94)6015.644KNm設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋截面重心距截面下緣為，則預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力作用點(diǎn)至截面重心軸的距離為epybamm ；鋼筋估算時(shí)，截面性質(zhì)近似取用全截面的性質(zhì)來(lái)計(jì)算，由表一可得跨中截面全截面面積3A=664800，全截面對(duì)抗裂驗(yàn)算邊緣的彈性抵抗矩為11WI445.487 109312.184 106 mm2；所以有效預(yù)加力為yb1427M s

17、0.7 f tk6015.644 10660.7 2.856N peW312.184 103.001706 10N預(yù)加力鋼筋的張拉1ep11327106AW664800312.184控制應(yīng)力con0.75 f pk0.751860 1395MPa ，預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的 20%估算，則可得需要預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積為ApN pe3.001706 1062(10.2)0.82689.7mmcon1395采用 3 束 715.24鋼絞線，預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積為。采用夾片式錨群，70 金屬波紋管成孔。2）預(yù)應(yīng)力鋼筋布置（1）跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力管道布置應(yīng)符合公路橋規(guī)中

18、的有關(guān)構(gòu)造要求。參考已有的設(shè)計(jì)圖紙并按 公路橋規(guī) 中的構(gòu)造要求， 對(duì)夸張那個(gè)截面預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行初步布置（如圖）（2）錨固面鋼筋束布置為施工方便，全部3 束預(yù)應(yīng)力鋼筋均錨于梁端（圖） 。這樣布置符合均勻分散的原則，不僅能滿足張拉的要求，而且N1，N2在梁端均彎起較高可以提供較大的預(yù)剪力12（3）其他截面鋼束位置及傾角計(jì)算1、鋼束彎起形狀、彎起腳及彎曲半徑。采用直線段中接圓弧曲線的方式彎曲；為13使預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)加力垂作用于錨墊板，N1、 N2 和 N3 彎起腳均?。桓麂撌膹澢霃綖?RN1=60000mm；RN2=40000mm，RN3=20000mm2、鋼束各控制點(diǎn)位置的確定：以N3 號(hào)鋼束

19、為例，其彎起布置如圖所示。20026708°004°063120直線段彎止點(diǎn)直線段0導(dǎo)線點(diǎn)彎起點(diǎn)62422980LzLb1Lb201LdLwXk38880/2由導(dǎo)線點(diǎn)距錨固點(diǎn)的水平距離=4269mm由彎起點(diǎn)至導(dǎo)線點(diǎn)的水平距離=1399mm所以彎起點(diǎn)至錨固點(diǎn)的水平距離為：=4269+1399=5668mm則彎起點(diǎn)至跨中截面的水平距離為Xk =（ 388802+298） -5668=14070mm根據(jù)圓弧切線的性質(zhì)，彎起點(diǎn)沿切線方向至導(dǎo)線點(diǎn)的距離與彎起點(diǎn)至導(dǎo)線點(diǎn)水平距離相等，所彎止點(diǎn)至導(dǎo)線點(diǎn)的水平距離為=1385mm故彎止點(diǎn)至跨中截面的水平距離為=14070+1385+1399

20、=16854mm。同理，可以計(jì)算N1 、N2 的控制點(diǎn)位置，將各鋼束的控制參數(shù)匯于下表：鋼 束升 高 值c 彎起角 彎起半徑 R支 點(diǎn) 至彎 起 點(diǎn)彎止點(diǎn)距號(hào)（ mm）0（°）（mm）錨 固 點(diǎn)距 跨 中跨中截面的 水 平截 面 水水平距離距 離 d平 距 離（ mm）（mm）k（mm）xN12200860000873898740N21300840000214831913886跨中截面中心線14N320082000029814070168543、各截面鋼束位置及其傾角計(jì)算仍以 N3 號(hào)鋼束為例，計(jì)算鋼束上任一點(diǎn)i 離梁底距離及該點(diǎn)處鋼束的傾角，式中為鋼束彎起前其重心至梁底的距離，；點(diǎn)

21、所在計(jì)算截面處鋼束位置的升高值。計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)判斷出 i 點(diǎn)所在處的區(qū)段，然后計(jì)算及，即當(dāng)時(shí)，i 點(diǎn)位于直線段還未彎起，故當(dāng)時(shí)， i 點(diǎn)位于圓弧彎曲段，及按下式計(jì)算，即ci RR2( x i x k )2, isin1 ( xixk )R當(dāng) 時(shí) ， i點(diǎn)位于靠近錨固端的直線段此時(shí)按下式計(jì)算，即c ix ix kL b 2 tan各截面鋼束位置及其傾角見(jiàn)下表：計(jì) 算鋼xL b1+L b2截面束（ m（mm）編m）號(hào)跨 中N13898351截 面N28315567xi=09N3140278470L4截N13898351面N28315567xi=97290mmN3140278470變 化N13898

22、351點(diǎn) 截N28315567面90（xi xk）（mm） iiica =a+c（°）（mm）（ mm）為負(fù)值，鋼束尚未 00100彎起x+ Lb28722822i xkL b10 i xk L b1+2.00725125xL b2負(fù)值未彎起00100x+ Lb28722822i xkL b10 i xk L b1+2.00725125xL b215xi=972 N31402784負(fù)值未彎起001000mm70支 點(diǎn)N13898351i xkL b1+ Lb2820882188x截 面N28315567x+ Lb2811701270i xkL b1xi=194940mmN314027

23、84i kLb1+ Lb28558658x x704、鋼束平彎段的位置及平彎角N3鋼束平彎示意圖跨中截N2鋼束平彎示意圖面中心線N1、N2、N3三束預(yù)應(yīng)力鋼絞線在跨中截面布置在同一條水平面上，而在錨固端三束鋼絞線則都在肋板中心線上，為實(shí)現(xiàn)鋼束的這種布筋方式，N2、N3在主梁肋板中必須從兩側(cè)平彎到肋板中心線上，為了便于施工中布置預(yù)應(yīng)力管道，N2、N3 在梁中的平彎采用相同的形式，其平彎位置如圖所示。平彎段有兩段曲線弧，每段曲線弧的彎曲角為3) 非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積估算及布置按構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)要求估算非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量：在確定預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量后，非預(yù)應(yīng)力鋼筋根據(jù)正截面承載能力極限狀態(tài)的要求來(lái)確定。設(shè)

24、預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力點(diǎn)到截面底邊的距離為，則有16h0ha2300802220mm。先假定為第一類 T 形梁截面，由公式其中計(jì)算受壓區(qū)高度 X，求得 x=91.5mm =127mm。 Md =1.2 恒 +1.4 汽+0.8=8877.456 ；則根據(jù)正截面承載力計(jì)算需要的非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積為Asfcd bf' xf pd Ap26.5 1684 91.5 1260 29401353mm2f sd280采用 5根直徑為 20的 HRB335鋼筋，提供給的鋼筋截面面積為。 在梁底布置成一排其間距為65mm，鋼筋重心到底邊的距離為.( 八) 主梁截面幾何特性計(jì)算后張法預(yù)應(yīng)力混凝土

25、梁主梁截面幾何應(yīng)根據(jù)不同的受力階段分別計(jì)算。（ 1）主梁預(yù)制并張拉預(yù)應(yīng)力根據(jù)主梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的張拉，此時(shí)管道尚未壓漿，所以其截面特性為計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋影響（將非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算為混凝土）的凈截面，該截面的截面特性計(jì)算中應(yīng)扣除預(yù)應(yīng)力管道的影響，T 梁翼板寬度為 1580mm（2）橋面、欄桿及人行道施工和運(yùn)營(yíng)階段此時(shí)主梁即為全截面參與工作，此時(shí)截面特性計(jì)算采用計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋影響17的換算截面， T 梁翼板寬度為 1580mm。第一階段跨中截面幾何特性計(jì)算表分塊名分塊面積Y iSi=Aiyi稱Ai（mm） （ mm3（mm2 ）混凝土632.8 ×9

26、15579.012全截面103× 106非預(yù)應(yīng)（ ES 225516.130力鋼筋1）× 106換算面A =7.153S積×103預(yù)留管3××2200道面積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凈截面An=628.4yun=90=569.74

27、422.1面積36.6669 ×08× 103× 10109-6.263 ×415.906109×109第一階段變化點(diǎn)截面（L4 截面）幾何特性計(jì)算表分塊名分塊iii i（ mm4 xi = iYu y=AS =A yyi+稱面 積 （ 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 預(yù) 應(yīng)（ ES225516.130×0-1211

28、10.502力鋼筋 1）106.7× 109換 算 面 AS=7.1積53×103預(yù) 留 管 3 ×1951 22.5240 9.512道面積××106907.7× 1097024=11.5435×10凈 截 面An=67yun=1=705.723×448.500.995 × 449.497面積6.408043.310618×109×109× 103109第一階段支點(diǎn)截面幾何特性計(jì)算表分塊名分 塊 面Yi （mm） Sii i（ mmu yi x=Ai = i=A yy+稱積

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非預(yù)應(yīng)（ ES225516.1300-1270.11.539力鋼筋1）×1061×109換算面AS=7.15積3×10319預(yù)留管 3× 928056.9-0.037道面積× 7024=10.714×109×10611.545× 103凈截面An=984. yun=984.9=969.

30、13522.3511.599533.957面積038×6×9×109×1095×10810103第二階段跨中截面幾何特性計(jì)算表分塊名分塊iii i4u y xiY（ mmy=AS =A yi稱面 積 （ mm） （mm3）（mm） （ yu Ai24y i ） mm（ mm2） = i+ x（ mm4）混 凝 土632.8全截面×103非 預(yù) 應(yīng)（ ES力 鋼 筋 1 ）換 算 面AS=7.1積53 ×103915579.012 ×422.1640.21.023×106×910991022551

31、6.130 ×012.0851061299.8× 109預(yù) 應(yīng) 力（ EP220028.569 ×020.122鋼 筋 換 1 ）1061244.8× 109算面積A =12.p986 ×103凈 截 面An=65yu=955.=623.711422.1633.230455.399面積2.9392×106×9× 109× 10991020×103第二階段變化點(diǎn)截面（ L4 截面）幾何特性計(jì)算表分塊名 分塊面Yi （mm）ii i（ mmu xi = i S=A yy=A+稱積 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 預(yù) 應(yīng)（ ES225516.130×09.958 ×力 鋼 筋 1 ）1061179109換 算 面AS=7.15.9積3× 103預(yù) 應(yīng) 力（ EP195125.336×09.963 ×鋼 筋 換 1 ）106875.109算面積A =12.99p86×103凈 截 面An=700. yun=1075=753.583448.5020.498469×109面積939×.1× 106×9× 109210103第二階段支點(diǎn)截面幾何特性計(jì)算表分塊名稱分 塊 面Yi（ mm） Si i i（ mmu