预应力课程设计-结构设计原理--最终版

课程设计任务书

一、课程设计的内容

根据给定的桥梁基本设计资料（主要结构尺寸、计算内力等）设计预应力混凝土简支T 形主梁。主要内容包括：

1．预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置； 2．截面几何性质计算；

3．承载能力极限状态计算（正截面与斜截面承载力计算）； 4．预应力损失估算；

5．应力验算（短暂状况和持久状况的应力验算）；

6．抗裂验算（正截面与斜截面抗裂验算）或裂缝宽度计算； 7．主梁变形（挠度）计算； 8．锚固局部承压计算与锚固区设计； 9．绘制主梁施工图。

二、课程设计的要求与数据

通过预应力混凝土简支T 形梁桥的一片主梁设计，要求掌握设计过程的数值计算方法及有关构造要求规定，并绘制施工图。要求：设计合理、计算无误、绘图规范。 （一）基本设计资料

1．设计荷载：公路—Ⅰ级荷载，人群荷载3.52

kN/m ，结构重要性系数0γ=1.0 2．环境标准:Ⅱ类环境 3．材料性能参数 （1）混凝土

强度等级为C50，主要强度指标为：

强度标准值 ck f =32.4MPa ，tk f =2.65MPa 强度设计值 cd f =22.4MPa ，td f =1.83MPa

弹性模量 c E =3.45⨯4

10MPa

（2）预应力钢筋采用ASTM A416—97a 标准的低松弛钢绞线（1⨯7标准型）， 其强度指标为：

抗拉强度标准值 pk f =1860MPa 抗拉强度设计值 pd f =1260MPa

弹性模量 p E =1.95⨯5

10MPa

相对界限受压区高度 b ξ=0.4，pu ξ=0.2563 公称直径为15.24mm ，公称面积为140mm

2

（3）非预应力钢筋

1）纵向抗拉非预应力钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为：

抗拉强度标准值 sk f =400MPa 抗拉强度设计值 sd f =330MPa

弹性模量 s E =2.0⨯5

10MPa

相对界限受压区高度 b ξ=0.53，pu ξ=0.1985 2）箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为： 抗拉强度标准值 sk f =335MPa 抗拉强度设计值 sd f =280MPa

弹性模量 s E =2.0⨯5

10MPa 图1 主梁跨中截面尺寸（尺

寸单位：mm ）

4．主要结构尺寸

主梁标准跨径k L =25m ，梁全长24.96m ，计算跨径f L =24.3m 。

主梁高度h =1400mm ，主梁间距S =1600mm ，其中主梁上翼缘预制部分宽为1580mm ，现浇段宽为20mm ，全桥由9片梁组成。主梁跨中截面尺寸如图1所示。主梁支点截面或锚固截面的梁肋宽度为360mm 。

（二）内力计算结果摘录 各种情况下的组合结果见表。

（三）施工方法要点

后张法施工，采用金属波纹管和夹片锚具，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，当混凝土达到设计强度时进行张拉，张拉顺序与钢束序号相同。

（四）设计要求

1．方案一：按全预应力混凝土设计预应力混凝土T形主梁。

2．方案二：按部分预应力混凝土A类构件设计预应力混凝土T形主梁。

3．方案三：按部分预应力混凝土B类构件（允许裂缝宽度为0.1mm）设计预应力混凝土T形主梁。

※学生应按指导教师要求选择其中一个方案进行设计。

三、课程设计应完成的工作

1．编制计算说明书；

2．绘制施工图（主要包括：主梁支点横断面图、主梁跨中横断面图、主梁钢束布置图、主梁钢束数量表等，根据设计内容自己决定）。

五、应收集的资料及主要参考文献

[1]叶见曙.结构设计原理(第三版).北京:人民交通出版社,2016

[2]张树仁等.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理.北京:人民交通出版

社,2004

[3]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范(JTG D62-2004).

北京:人民交通出版社,2004

[4]闫志刚主编.钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计.北京:机械工业出版

社,2009

[5]易建国主编.混凝土简支梁(板)桥(第三版).北京:人民交通出版社,2006

[6]胡兆同,陈万春.桥梁通用构造及简支梁桥.北京:人民交通出版社,2001

[7]白宝玉主编.桥梁工程.北京:高等教育出版社,2005

方案二：部分预应力混泥土A 类简支梁设计

主梁尺寸如下图：

1.主梁全截面几何特性

1.1受压翼缘有效宽度f b '，的计算

按《公路桥规》规定，T 形截面梁受压翼缘有效宽度f b '，取下列三者中的最小值： (1) 简支梁计算跨径的l/3，即l/3=24300/3=8100mm ； (2) 相邻两梁的平均间距，对于中梁为1600mm ；

(3) ()

f h h b b '++122,式中b=160 mm ,h b = 0 mm ,f h '= (80+180)/2 =130 mm ；

所以，()

f h h b b '++122 = 160+0+12×130 =1720 mm 故，受压翼缘的有效宽度取f b '=1600mm

1.2全截面几何特性的计算

这里的主梁几何特性采用分块数值求和法，其计算式为 全截面面积：∑=

I

A

A

全截面重心至梁顶的距离：i i

u A y

y A

=∑

式中 i A —— 分块面积

—— 分块面积的重心至梁顶边的距离

如右图所示，对T 形梁跨中截面进行分块分析，分成5大块进行计算，分别计算它们底面积与性质，计算结果列于下表。

根据整体图可知，变化点处的截面几何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同，主梁跨中截面的全截面几何特性如表1所示。