預應(yīng)力課程設(shè)計--全預應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計計算書

1、<p>　　設(shè)計資料-----------------------------------------------------2</p><p>　　計算荷載內(nèi)力組合-----------------------------------------3</p><p>　　預應(yīng)力筋數(shù)量和位置確定--------------------------------4</p>

2、<p>　　截面幾何性質(zhì)計算-----------------------------------------9</p><p>　　承載能力極限狀態(tài)驗算-----------------------------------10</p><p>　　預應(yīng)力損失計算--------------------------------------------13</p>

3、<p>　　正常使用極限狀態(tài)計算-----------------------------------17</p><p>　　持久狀況應(yīng)力驗算-----------------------------------------21</p><p>　　短暫狀況應(yīng)力驗算-----------------------------------------23</p>&l

4、t;p>　　全預應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計資料</b></p><p>　　1、橋面凈空：凈9 + 2 1m</p><p>　　2、設(shè)計荷載：城-A級車輛荷載，結(jié)構(gòu)重要性指數(shù)0 = 1.1</p><p><b>　　3、材料規(guī)格</b></p>

5、<p>　?。?）混凝土：C50級；</p><p>　?。?）預應(yīng)力鋼筋：17標準型-15.2-1860-II-GB/T5224-1995鋼絞線，抗拉強度標準值fpk = 1860MPa，抗拉強度設(shè)計值fpd = 1260MPa，彈性模量Ep = 1.95105MPa；</p><p>　　（3）普通鋼筋：縱向抗拉普通鋼筋采用HRB335鋼筋，箍筋及構(gòu)造鋼筋采用R235鋼筋

6、。</p><p><b>　　4、主要結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　主梁標準跨徑Lk = 32m，梁全長31.96m，計算跨徑Lf = 31.16m。</p><p>　　主梁高度h=1400mm，主梁間距S=2200mm，其中主梁上翼緣預制部分寬為1600 mm，現(xiàn)澆段寬為600mm，全橋由5片梁組成。</p><

7、;p>　　橋梁橫斷面尺寸如圖1所示。</p><p><b>　　5、施工方式</b></p><p>　　主梁采用預制方式施工，后張法施加預應(yīng)力。主梁安裝就位后，現(xiàn)澆各梁間的60cm頂板接頭混凝土。最后進行橋面系施工。</p><p><b>　　圖1 </b></p><p>　　圖2 橋

8、梁橫斷面尺寸（單位：cm）</p><p>　　6、荷載內(nèi)力組合見下表：</p><p>　　按照學號修改后的內(nèi)力計算結(jié)果為：</p><p>　　表1 恒載內(nèi)力計算結(jié)果</p><p>　　表2 活載內(nèi)力計算結(jié)果 </p><p>　　注：（1）車輛荷載內(nèi)力MQ1K、VQ1K中已計入沖擊系數(shù)1+=1.1188。<

9、;/p><p>　　二、計算荷載內(nèi)力組合</p><p>　　以下內(nèi)力組合僅以跨中為例子帶入公式，其它部位按公式使用計算機計算。</p><p><b>　　1、基本組合</b></p><p>　　根據(jù)公式求出其它部位基本組合列于下表：</p><p>　　表3 荷載基本組合結(jié)果</p>

10、<p><b>　　2、短期組合</b></p><p>　　其它截面短期效應(yīng)組合值見下表：</p><p>　　表4 荷載短期組合結(jié)果 </p><p><b>　　3、長期組合</b></p><p>　　其它位置長期效應(yīng)組合值列于下表：</p><p>　

11、　表5 荷載長期組合結(jié)果 </p><p>　　三、預應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定及布置</p><p>　　錨固端截面和跨中截面如圖所示：</p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　用cad的查看能求得跨中截面，，假設(shè)</p><p><b>　　，</b>&l

12、t;/p><p><b>　　支座斷面，，，，</b></p><p>　　首先，根據(jù)跨中正截面抗裂要求，確定預應(yīng)力鋼筋數(shù)量。為滿足抗裂要求，所需的有效預加力為，以上數(shù)據(jù)代入公式得：</p><p>　　擬采用17標準型-15.2-1860-II-GB/T5224-1995鋼絞線，抗拉強度標準值fpk = 1860MPa，抗拉強度設(shè)計值fpd =

13、1260MPa，彈性模量Ep = 1.95105MPa；預應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的20%估算，所需預應(yīng)力鋼絞線的根數(shù)為：</p><p><b>　　，取32根。</b></p><p>　　采用4束8 15.2預應(yīng)力鋼束，供給的預應(yīng)力鋼筋截面積為，采用直徑80mm的金屬波紋管成孔，預留管道外徑為85mm。實際提供的</p><p>　　計算

14、截面上下核心距：</p><p><b>　　錨固端截面</b></p><p>　　所以索界至核心的距離范圍是（-304，238），所布置的預應(yīng)力筋應(yīng)在此范圍內(nèi)。</p><p>　　偏心距的下限計算所以，只要預應(yīng)力鋼筋的形心在截面內(nèi)都滿足要求。</p><p>　　曲線平面內(nèi)外管道的最小保護層厚度根據(jù)公式計算得：&l

15、t;/p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　代入以上公式得</b></p><p>　　曲線平面外最小保護層厚度采用直線管道最小保護層厚度， 。本次設(shè)計采用保護層厚度為85mm，管道最小間距65mm。</p><p>　　實際預應(yīng)力筋提供的，代入下式中得</p>

16、<p><b>　　對于跨中截面：</b></p><p>　　根據(jù)預應(yīng)力鋼筋的偏心距布置跨中截面孔洞如上圖2。</p><p>　　預應(yīng)力筋束要素表如下：</p><p><b>　　表 6 </b></p><p>　　各計算截面預應(yīng)力筋束的位置和傾角列于下表7：</p>

17、<p><b>　　表7 1</b></p><p>　　下表9中以距離跨中的長度為x坐標，以距離梁下端的高度為y坐標，給出了十個點的坐標，以確定鋼束的位置，預應(yīng)力鋼束布置形狀表9：</p><p><b>　　表8 </b></p><p><b>　　續(xù)上表8</b></p&g

18、t;<p>　　四、截面幾何性質(zhì)計算：</p><p>　　1、估算普通鋼筋數(shù)量：</p><p>　　普通鋼筋擬選用HRB400，</p><p>　　取以下三個值中最小的：</p><p>　　，相鄰兩梁平均間距為2200mm, ,所以</p><p>　　假設(shè)，則判別式所以為第一類T型梁。</

19、p><p><b>　　由求受壓高度：</b></p><p><b>　　整理得到。</b></p><p>　　則普通鋼筋數(shù)量為所以不需要</p><p><b>　　普通鋼筋。</b></p><p>　　2、截面幾何性質(zhì)計算</p>&

20、lt;p>　　四個主要截面在各階段幾何性質(zhì)見下表8：</p><p><b>　　表9 </b></p><p>　　注：表中Ws為截面上邊緣的彈性抵抗矩，Wx為截面下邊緣的彈性抵抗矩，Wp為預應(yīng)力筋重心水平的彈性抵抗矩。</p><p>　　承載能力極限狀態(tài)驗算</p><p>　　1、跨中正截面抗彎承載力驗算&

21、lt;/p><p>　　，則，上面計算普通鋼筋時已經(jīng)確定，界面類型按第一類T型計算，混凝土受壓區(qū)高度為</p><p>　　，將代入下式計算截面承載能力為</p><p>　　但是考慮到受壓高度很小時，承載能力折減為原來的0.95倍，，需要加普通鋼筋，根據(jù)構(gòu)造要求也要加普通鋼筋，擬加普通鋼筋的面積為0.003bh，，采用6 16鋼筋，提供的截面積為，腹板寬度顯然足夠，

22、保護層厚度用40mm。</p><p>　　若是如此，應(yīng)重新求極限承載彎矩。</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　此時：</b></p><p>　　考慮到，應(yīng)對進行折減，</p><p>　　所以正截面抗彎滿足要求。</p>

23、<p>　　斜截面抗剪承載力計算</p><p>　　選取距離支點h/2，和變截面位置進行斜截面抗剪承載力復核。截面尺寸如圖</p><p>　　箍筋采用R235鋼筋，直徑10mm，雙肢箍，間距；但是距離支點一倍梁高范圍內(nèi)，箍筋間距。</p><p>　　距支點h/2截面斜截面抗剪承載力計算</p><p>　　首先進行截面抗剪

24、強度上下限復核：</p><p>　　用內(nèi)插法求得距離支點處的剪力為</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　截面尺寸滿足要求，但是需要配置抗剪鋼筋。</p><p>　　斜截面的抗剪承載力為</p><p>　　為混凝土和箍筋共同的抗剪承載力</p><

25、;p>　　其中，，，剪跨比取為1.7，則b為距離支點處的腹板寬度，根據(jù)內(nèi)插法求得，縱向受拉鋼筋的百分率</p><p><b>　　箍筋配筋率</b></p><p>　　將以上數(shù)據(jù)帶入公式求得：</p><p>　　預應(yīng)力彎起鋼筋的抗剪承載力為</p><p><b>　　抗剪承載力足夠。</b&

26、gt;</p><p>　?。?）變截面點處斜截面抗剪承載力計算</p><p>　　用內(nèi)插法求此處的剪力組合設(shè)計值</p><p>　　首先進行斜截面抗剪強度上下限復核：</p><p><b>　　可以看出</b></p><p>　　截面尺寸滿足要求，但是需要配置抗剪鋼筋。</p>

27、;<p>　　抗剪承載力計算仍然按照上面的方法計算</p><p>　　與h/2截面處進行比較，只有截面寬度b，改變此處b=180mm，</p><p>　　則該處截面抗剪承載力為</p><p>　　所以變截面處斜截面抗剪承載力足夠。</p><p><b>　　六、預應(yīng)力損失計算</b></p&g

28、t;<p><b>　　1、摩阻損失</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——張拉控制應(yīng)力，；</p><p><b>　　——摩擦系數(shù)，取；</b></p><p>　　——局部偏差影響系數(shù)，取。</p><

29、;p>　　各截面摩阻損失的計算見下表10</p><p><b>　　表10 摩阻損失 </b></p><p><b>　　2、錨具變形損失</b></p><p><b>　　反摩擦影響長度</b></p><p>　　式中：——張拉端錨下控制應(yīng)力；</p>

30、;<p>　　——錨具變形值，OVM夾片錨有頂壓時取4mm；</p><p>　　——張拉端到錨固端之間的距離，本例中=15980mm。</p><p>　　當時，離張拉端x處由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的、考慮反摩擦后的預拉力損失為，</p><p>　　當時，表示該截面不受反摩擦影響。</p><p>　　反摩阻影響長

31、度計算表如下：</p><p><b>　　表11 </b></p><p>　　錨具變形損失計算見下表：</p><p><b>　　表12 </b></p><p><b>　　3、分批張拉損失</b></p><p>　　式中：——在計算截面先張拉

32、的截面重心處，由后張拉的各批鋼筋產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力；</p><p>　　——預應(yīng)力鋼筋與混凝土彈性模量之比，</p><p>　　本例中預應(yīng)力筋束的張拉順序為：，有效張拉力為張拉控制力減去摩擦損失和錨具變形損失后的張拉力。預應(yīng)力分批張拉損失的計算見下表。</p><p><b>　　表13 </b></p><p>

33、　　4、鋼筋應(yīng)力松弛損失</p><p>　　式中：——超張拉系數(shù)，本例中；</p><p>　　——鋼筋松弛系數(shù)，本例采用低松弛鋼絞線，??；</p><p>　　——傳力錨固時鋼筋應(yīng)力，。</p><p>　　鋼筋應(yīng)力松弛損失的計算見下表</p><p><b>　　表14 </b></p

34、><p>　　5、混凝土收縮徐變損失</p><p>　　式中：——構(gòu)件受拉區(qū)全部縱向鋼筋截面重心處，由預加力（扣除相應(yīng)階段應(yīng)力損失）和結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力；</p><p>　　——預應(yīng)力筋傳力錨固齡期為，計算齡期為t時的混凝土收縮應(yīng)變；</p><p>　　——加載齡期為，計算齡期為t時的混凝土徐變系數(shù)；</p><

35、;p>　　——構(gòu)件受拉區(qū)全部縱向鋼筋配筋率，。</p><p>　　設(shè)混凝土傳力錨固齡期和加載齡期均為28天，計算時間，橋梁所處環(huán)境的年平均濕度為75%，以跨中截面計算其理論厚度h：</p><p>　　查表得：，，但是考慮到所用混凝土強度等級為C50，上述數(shù)值應(yīng)該乘以系數(shù)，結(jié)果，。</p><p>　　混凝土收縮、徐變損失的計算見下表</p>

36、<p><b>　　表15 </b></p><p><b>　　6、預應(yīng)力損失組合</b></p><p>　　上述各項預應(yīng)力損失匯總情況組合列于下表16</p><p><b>　　表16 </b></p><p>　　七、正常使用極限狀態(tài)計算</p>

37、<p>　　1、全預應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗裂性驗算</p><p>　?。?）正截面抗裂性驗算</p><p>　　正截面抗裂性驗算以跨中截面受拉邊的正應(yīng)力控制。在荷載短期效應(yīng)組合下應(yīng)滿足：</p><p>　　為在荷載短期效應(yīng)組合下，截面受拉邊的應(yīng)力：</p><p>　　、、、、、分別為階段1、階段2、階段3、的截面慣性矩和截面重

38、心至受拉邊緣的距離，查表得：</p><p><b>　　查表得彎矩設(shè)計值：</b></p><p><b>　　，，，，，</b></p><p>　　將上述數(shù)值代入公式后得：</p><p>　　為截面下邊緣有效預壓應(yīng)力：</p><p><b>　　得<

39、/b></p><p>　　計算結(jié)果表明，正截面抗裂性滿足要求。</p><p>　?。?）斜截面抗裂性驗算</p><p>　　斜截面抗裂性驗算以主拉應(yīng)力控制，一般去變截面點分別計算截面上梗肋、形心軸和下梗肋處在何在短期效應(yīng)組合作用下的主拉應(yīng)力，應(yīng)滿足的要求。</p><p>　　為荷載短期效應(yīng)組合作用下的主拉應(yīng)力</p>

40、<p>　　上述公式中車輛荷載和人群荷載產(chǎn)生的內(nèi)力值，按最大剪力布置荷載，即取最大剪</p><p>　　力對應(yīng)的彎矩值，其數(shù)值由表差得。</p><p><b>　　恒載內(nèi)力值：</b></p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，，</b

41、></p><p><b>　　活載內(nèi)力值：</b></p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　變截面點處主要截面幾何性質(zhì)見表</p><p><b>　　表17 </b&

42、gt;</p><p>　　變截面處的有效預應(yīng)力為</p><p>　　預應(yīng)力筋彎起角度分別為：</p><p>　　，，，將上述值代入公式求得上梗肋、形心軸、下梗肋處的主拉應(yīng)力見下表：</p><p><b>　　表18 </b></p><p>　　上梗肋主拉應(yīng)力最大，其數(shù)值為</p&g

43、t;<p><b>　　2、變形計算</b></p><p>　?。?）使用階段撓度計算</p><p>　　使用階段的撓度值，按短期荷載效應(yīng)組合計算，并考慮撓度長期影響系數(shù)，對C50</p><p><b>　　混凝土，剛度。</b></p><p>　　預應(yīng)力混凝土簡支梁撓度計算可

44、忽略支點附近截面尺寸及配筋的變化，近似的按等截面梁計算，截面剛度按跨中截面尺寸以及配筋情況確定，即取</p><p>　　荷載短期效應(yīng)組合作用下的撓度值，按等效均布荷載作用情況計算：</p><p><b>　　將各量數(shù)值代入得到</b></p><p>　　自重產(chǎn)生的撓度值按等效均布荷載作用情況計算：</p><p>

45、　　消除自重產(chǎn)生的撓度，并考慮撓度長期影響系數(shù)后，使用階段撓度值為</p><p>　　計算結(jié)果表明使用階段的撓度值滿足規(guī)范要求。</p><p>　?。?）預應(yīng)力引起的反拱計算以及預拱度設(shè)置 </p><p>　　預應(yīng)力引起的反拱近似的按等截面梁計算，截面剛度按跨中截面凈截面確定，即取</p><p>　　，反拱長期增長系數(shù)采用，</

46、p><p>　　預應(yīng)力引起的跨中撓度按等截面梁計算公式為</p><p>　　為跨中截面作用單位力時，所產(chǎn)生的圖在半跨范圍內(nèi)的面積：</p><p>　　為半跨范圍內(nèi)圖重心（-距離支點L/3）處所對應(yīng)的預加力引起的彎矩圖的縱坐標</p><p>　　其中為有效預加力，為距支點L/3處的預應(yīng)力束偏心距，由以上數(shù)據(jù)得由預加力產(chǎn)生的跨中反拱為</

47、p><p>　　將預加力引起的反拱與按荷載短期效應(yīng)影響產(chǎn)生的長期撓度值相比較可知</p><p>　　由于預加力產(chǎn)生的長期反拱值大于按荷載短期效應(yīng)計算的長期撓度，所以可以不設(shè)預拱度。</p><p>　　八、持久狀況應(yīng)力驗算</p><p>　　按持久狀況設(shè)計的預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，尚應(yīng)計算其使用階段正截面混凝土的法向應(yīng)力、受拉鋼筋的拉應(yīng)力及斜截

48、面的主拉應(yīng)力。計算時作用取其標準值，不計分項系數(shù)，汽車荷載應(yīng)考慮沖擊系數(shù)。</p><p>　　（1）跨中截面混凝土法向正應(yīng)力驗算</p><p>　　查表得，將以上數(shù)據(jù)代入公式得到</p><p>　?。?）跨中截面預應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力驗算</p><p>　　為按荷載效應(yīng)標準值（對后張法構(gòu)件不包括自重）計算的預應(yīng)力鋼筋重心處混凝土的法向應(yīng)力&

49、lt;/p><p><b>　　結(jié)果滿足計算要求。</b></p><p>　?。?）斜截面主應(yīng)力驗算</p><p>　　一般取變截面點分別計算截面上梗肋、形心軸和下梗肋處在標準值效應(yīng)組合作用下的主壓應(yīng)力，應(yīng)滿足的要求。</p><p>　　查表得到所需數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式計算上梗肋、形心軸和下梗肋處在標準值效應(yīng)組合作<

50、;/p><p>　　用下的主壓應(yīng)力，結(jié)果列于下表</p><p>　　最大主應(yīng)力，計算結(jié)果表明，使用階段正截面混凝</p><p>　　土法向應(yīng)力、預應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力及斜截面主壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。</p><p>　　九、短暫狀態(tài)應(yīng)力驗算</p><p>　　預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)按短暫狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)計算構(gòu)件在制造、運輸及安裝等施

51、工階段，由</p><p>　　預加力（扣除相應(yīng)的應(yīng)力損失）、構(gòu)件自重及其它施工荷載引起的截面應(yīng)力。對簡支梁，以</p><p>　　跨中截面上、下緣混凝土正應(yīng)力控制。</p><p>　?。?）上緣混凝土應(yīng)力</p><p>　?。?）下緣混凝土應(yīng)力</p><p>　　計算結(jié)果表明，在預施應(yīng)力階段，梁的上下緣均不出