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結構設計原理課程設計的報告.doc

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?......word文檔...范文范例...學習..參考結構設計原理課程設計設計題目:預應力混凝土等截面簡支空心板設計(先張法)班級:6班姓名:于祥敏學號:44090629指導老師:張弘強目 錄 一、設計資料 2 二、主梁截面形式及尺寸 2 三、主梁內力計算 3 四、荷載組合 3 五、空心板換算成等效工字梁 3 六、全截面幾何特性 4 七、鋼筋面積的估算及布置 5 八、主梁截面幾何特性 7 九、持久狀況截面承載力極限狀態計算 9 十、應力損失估算 10 十一、鋼筋有效應力驗算 13 十二、應力驗算 13 十三、抗裂性驗算 19 十四、變形計算 21預應力混凝土等截面簡支空心板設計一、設計資料1、標跨,計算跨徑2、設計荷載:汽車按公路I級,人群按,3、環境:I類,相對濕度4、材料:預應力鋼筋:采用標準的低松弛鋼絞線(標準型),抗拉強度標準值,抗拉強度設計值,公稱直徑,公稱面積,彈性模量非預應力鋼筋:級鋼筋,抗拉強度標準值,抗拉強度設計值,彈性模量箍筋:級鋼筋,抗拉強度標準值,抗拉強度設計值,彈性模量混凝土:主梁采用混凝土,,抗壓強度標準值,抗壓強度設計值,抗拉強度標準值,抗拉強度設計值5、設計要求:根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》要求,按A類預應力混凝土構件設計此梁6、施工方法:先張法二、主梁截面形式及尺寸() 主梁截面圖(單位mm)三、主梁的內力計算結果一期恒載:跨中      支點:  二期恒載:跨中     支點:  汽車荷載:跨中   支點:  人群:  跨中    支點:  內 力截 面四、進行荷載組合荷 載跨中支點一期恒載標準值2200070二期恒載標準值1000040人群荷載標準值708022汽車荷載標準值(不計沖擊荷載)220200150汽車荷載標準值(計沖擊系數)238.321.70162.5持久狀態的應力計算的可變作用標準值組合(汽車+人)308.329.70184.5承載能力極限狀態計算基本組合恒+汽+人)79639.30384.1正常使用極限狀態按作用短期效應計算的可變荷載設計值(汽+人)224220127正常使用極限狀態按作用長期效應計算的可變荷載設計值(汽+人)11611.2068.8備注:?。ǎ保┍碇袉挝?,(2)沖擊系數(3)考慮承載能力極限狀態時,汽車荷載計入沖擊系數   考慮正常使用極限狀態時,汽車荷載不計入沖擊系數` 表 1五、空心板換算成等效工字梁上翼板厚度:下翼板厚度:腹板厚度:等效工字梁如下圖所示:六、全截面幾何特性計算(1)受壓翼緣有效寬度計算①計算跨徑的,即②相鄰兩梁的平均間距③取三者中的最小者,因此受壓翼緣有效寬度(2)全截面幾何特性的計算在工程設計中,主梁幾何特性多采用分塊數值求和法進行,其計算式如下:全截面面積:全截面重心至梁頂距離:式中:-分塊面積; -分塊面積重心至梁頂邊的距離;截面分塊示意圖:主梁全截面幾何特性如下:分塊號分塊面積1600×120=72000602702280×660=184800330003600×120=72000600-270合計表2其中:-分塊面積對其自身重心軸的慣性矩 -分塊面積對全截面重心軸的慣性矩七、鋼筋面積估算及鋼束布置(1)預應力鋼筋面積估算按作用短期效應組合下正截面抗裂性要求,估算預應力鋼筋數量。對于A類部分預應力混凝土構件,根據跨中截面抗裂性要求,可得跨中截面有效預加力為:其中:為正常使用極限狀態下按作用短期效應組合計算的彎矩值,由表1可知:;設預應力鋼筋截面重心距截面下緣,則預應力鋼筋的合力作用點至截面重心軸的距離;鋼筋估算時,截面性質近似取用全截面的性質來計算,由表2可知,跨中截面全截面面積;全截面對抗裂驗算邊緣(即下緣)的彈性抵抗矩為;為C50混凝土抗拉強度標準值;因此,有效預加力合力為:預應力鋼筋的張拉控制應力為,預應力損失按張拉控制應力的20%估算,則需要預應力鋼筋的面積為因此,采用的鋼絞線,則預應力鋼筋的面積,滿足條件。(2)非預應力鋼筋面積估算及布置在確定預應力鋼筋數量后,非預應力鋼筋根據正截面承載能力極限狀態的要求來估算非預應力鋼筋數量。設預應力鋼筋和非預應力鋼筋的合力作用點到截面底邊的距離為,則有先假定為第一類T梁,則有即解得:<(另一解不符合題意,舍去)因此確為第一類T梁。由可知:采用3根直徑為16mm的HRB400鋼筋,其面積將預應力鋼筋和非預應力鋼筋布置成一排,鋼筋布置圖如下:保護層厚度:,符合要求鋼筋凈距:,符合要求。八、主梁截面幾何特性計算查表可知,對于混凝土、預應力鋼筋、普通鋼筋,其彈性模量分別為、、(1)預加應力階段梁的幾何特性此階段,混凝土強度達到,此時,則有鋼筋換算系數如下:分塊名稱分塊面積重心到梁頂距離(mm)對梁頂邊的面積矩自身慣性矩截面慣性矩混凝土全面積3288003306.4預應力鋼筋換算面積6000-263.6非預應力鋼筋換算面積6000-263.6全截面換算面積336805.45表3(2)使用階段梁的幾何特性鋼筋換算系數如下:分塊名稱分塊面積重心到梁頂距離(mm)對梁頂邊的面積矩自身慣性矩截面慣性矩混凝土全面積3288003305.98預應力鋼筋換算面積6000-264.02非預應力鋼筋換算面積6000-264.02全截面換算面積336251.55表4階段變量預應力階段323.6使用階段324.02表5其中:,――構件全截面換算截面的重心到上下緣的距離,――構件全截面換算截面對上下緣的截面抵抗矩 ――為預應力鋼筋重心到換算截面重心的距離,,對于預應力階段mm,對于使用階段mm九、持久狀況截面承載能力極限狀態計算(1)正截面承載能力計算一般取彎矩最大的跨中截面進行正截面承載能力計算①求受壓區高度先按第一類T型截面梁計算混凝土受壓區高度,即:則有<受壓區全部在翼板內,說明確為第一類T型截面②正截面承載能力計算由預應力鋼筋和非預應力鋼筋布置圖可知,預應力鋼筋和非預應力鋼筋布置成一排,合力作用。省略部分。件計算,即,則可知,;對于二期恒載的加載齡期;該梁所處環境相對濕度為75%,其構件理論厚度為查表可知:=;==1.26;==;==;對于跨中截面,有====因此,有==十一、鋼筋的有效應力第一階段即預加應力階段: ==有效預應力:第二階段即使用階段:==有效預應力:十二、應力驗算(1)短暫狀況的應力驗算①構件在制作、運輸及安裝等施工階段,混凝土實際強度達到設計強度的80%,即,跨中截面上、下緣的正應力:上緣:下緣:其中:則有==(壓)==(壓)<梁支點截面處上、下緣正應力:上緣: =(拉)>下緣: =(壓)<由上式計算可知,支點截面上緣處于受拉狀態,,因此可通過規定的預拉區配筋率來防止出現裂縫,所以在預拉區配置配筋率為0.5%的非預應力鋼筋故選用9根直徑為16mm的非預應力鋼筋()配置在空心板的頂端,其中非預應力鋼筋的重心到空心板上緣的距離配置上緣非預應力鋼筋后,跨中截面的截面幾何特性如下表:(I)混凝土在預加應力階段時,混凝土強度達到,此時,則有鋼筋換算系數如下:分塊名稱分塊面積重心到梁頂距離(mm)對梁頂邊的面積矩自身慣性矩截面慣性矩混凝土全面積328800330-1328800預應力鋼筋換算面積6000-271上緣非預應力鋼筋換算面積605592900269下緣非預應力鋼筋換算面積6000-271全截面換算面積表6②在使用階段梁時的幾何特性鋼筋換算系數如下:分塊名稱分塊面積重心到梁頂距離(mm)對梁頂邊的面積矩自身慣性矩截面慣性矩混凝土全面積328800330-1328800預應力鋼筋換算面積6000-271上緣非預應力鋼筋換算面積605209560269下緣非預應力鋼筋換算面積6000-271全截面換算面積表7階段變量預應力階段331使用階段331表8其中:,――構件全截面換算截面的重心到上下緣的距離,――構件全截面換算截面對上下緣的截面抵抗矩 ――為預應力鋼筋重心到換算截面重心的距離,,對于預應力階段mm,對于使用階段mm(2)持久狀況的正應力驗算應取最不利截面進行控制驗算,對于直線配筋的等截面簡支梁來說,一般以跨中截面為最不利截面。由作用標準值和預加力在截面上緣產生的混凝土的法向應力:其中:作用(或荷載)標準值產生的混凝土法向壓應力 預應力鋼筋的永存預應力 使用階段預應力鋼筋和非預應力鋼筋的合力, 受拉區預應力鋼筋合力點處混凝土向應力等于零時的預應力鋼筋應力;,其中為使用階段受拉區預應力鋼筋由混凝土彈性壓縮引起的預應力損失;為受拉區預應力鋼筋總的預應力損失; 受拉區預應力鋼筋由混凝土收縮和徐變的預應力損失 預應力鋼筋和非預應力鋼筋合力作用點至構件換算截面重心軸的距離 受拉區非預應力鋼筋的截面面積 受拉區非預應力鋼筋重心至換算截面重心的距離 構件混凝土換算截面對截面上緣的抵抗矩 由橋面鋪裝、人行道和欄桿等二期恒載產生的彎矩標準值 由可變荷載標準值組合計算的截面最不利彎矩;汽車荷載考慮沖擊系數;因此,===271mm因此,==<預應力鋼筋中的最大拉應力:==>預應力鋼筋的最大拉應力為超過限制,但因,可認為鋼筋滿足要求。(3)持久狀況混凝土主應力計算截面圖如下:計算點取上梗肋處,預應力混凝土受彎構件由載荷標準值和預應力作用產生的混凝土主壓應力和主拉應力:計算主應力點至換算截面的距離換算截面慣性矩由豎向預應力鋼筋的預加力產生的混凝土壓應力在計算主應力點,按作用(或荷載)標準值組合計算的剪力產生的混凝土剪應力;當計算截面作用由扭矩時,尚應考慮由扭矩引起的剪應力;對于等高度梁截面上任一點在作用(或荷載)標準值組合的剪應力按下列公式計算――分別為一期恒載和二期恒載作用引起的剪力標準值可變作用(或荷載)引起的剪力標準值組合;對于簡支梁,計算式為――計算主應力點以上(或以下)部分換算截面面積對界面重心軸的面積矩――計算主應力點處構件腹板的寬度計算主應力點以上換算截面的重心至截面上緣距離為60mm,梗肋以上面積對截面重心軸的面積矩為====因此有:==由此可知,混凝土壓應力,故滿足《公路橋規》的要求?;炷林骼瓚?,故只需按照構造配置箍筋。十三、預應力混凝土構件的抗裂驗算(1)作用短期效應組合作用下的正截面抗裂性驗算正截面抗裂驗算取跨中截面進行①預加力產生的構件抗裂驗算邊緣的混凝土預壓應力=②由作用短期效應產生的構件抗裂驗算邊緣混凝土的法向拉應力=對于A類部分預應力混凝土構件,作用荷載短期效應組合作用下的混凝土拉應力<因此滿足《公路橋規》中A類部分預應力構件按作用短期效應組合計算的抗裂要求。③由作用長期效應產生的構件抗裂驗算邊緣混凝土的法向拉應力=對于A類部分預應力混凝土構件,作用荷載長期效應組合作用下的混凝土拉應力因此滿足《公路橋規》中A類部分預應力混凝土構件的作用長期效應組合的抗裂要求。(2)作用短期效應組合作用下的斜截面抗裂驗算預應力混凝土梁斜截面的抗裂性驗算是通過梁體混凝土主拉應力驗算來控制的。主應力驗算在跨徑方向應選擇剪力與彎矩均較大的最不區段截面進行,且應選擇計算截面重心處和寬度劇烈變化處作為計算點進行驗算。斜截面抗裂性驗算只需驗算在作用短期效應組合下的混凝土主拉應力。以跨中截面,上梗肋處為例,計算在作用短期效應組合下計算混凝土主拉應力。由上面的計算可知:=預應力混凝土受彎構件由作用短期效應組合和預應力產生的混凝土主拉應力為==<因此,在跨中截面,上梗肋處滿足作用短期效應組合作用下的斜截面抗裂驗算要求。 十四、變形計算(1)荷載短期效應作用下主梁撓度驗算簡支梁撓度驗算式為①可變荷載作用引起的撓度現將可變荷載作為均布荷載作用在主梁,則主梁跨中撓度系數,荷載短期效應的可變荷載值為,由可變荷載引起的簡支梁跨中截面的撓度為=考慮長期效應的可變荷載引起的撓度值為=<,滿足要求。②考慮長期效應的一期恒載、二期恒載撓度=(2)預加力引起的上拱度計算=則主梁上拱度(跨中截面)為:===考慮長期效應的預加力引起的上拱值為=(3)預拱度的設置梁在預加力和荷載短期效應組合共同作用下并考慮長期效應的撓度值為=預加力產生的長期上拱值小于按荷載短期效應組合計算的長期撓度值,所以應該設置預拱度,跨中設置的預拱度值為0.07mm。設置預拱度值,應按最大的預拱值沿順橋向做成平順曲線。......專業資料...內容齊全...分享...下載
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