课程设计 结构设计原理 最终版

=2.0
相对界限受压区高度 =0.53，=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
=335
抗拉强度设计值
=280
图1 主梁跨中截面尺寸（尺寸单位：）
4．主要结构尺寸
主梁标准跨径=25，梁全长24.96，计算跨径=24.3。
主梁高度=1400，主梁间距=1600，其中主梁上翼缘预制部分宽为
合计
458200
=504 =896
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
230791000
86.047× 23.934× 及非预 ) = 109.981× 应力钢
筋数量的确定及布置
2.1预应力钢筋数量的确定 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构件，根据跨中截面抗裂要求，可得跨中
截面所需的有效预应力为 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；由资料得： = 842.56+480.51+0.7×1342.92/1.193+139.48 = 2250.52 MPa
设预应力钢筋截面重心距截面下缘为 =120 mm ，则预应力钢筋的合 理作用点至截面重心轴的距离为=776mm ，Mpa
由表1得跨中截面全截面面积 A =458200，全截面对抗裂验算边缘 的弹性抵抗矩为：109.981×/896 = 122.747 ，所以有效预加力合力 为：
0.0
365.83
变
最大 弯矩
894.61
665.02
528.97
390.52
410.39
301.62
截
面
最大 剪力
953.52
719.92
552.55
413.57
451.51
335.79
最大 弯矩
2712.61
297.76
1685.43
183.91
1370.51
150.15
最大 剪力
2754.36
3479 1391 5567 3479 1391 5567 3479 1391 5567
3479 1391
束未弯起
0<(Xi-Xk) 5.588 190 310 <(Lb1+Lb2)
Xi-Xk<0 0 0 120
Xi-Xk<0 0 0 120
Xi-Xk>
8° 825 945
Lb1+Lb2
Xi-Xk>
1580，现浇段宽为20，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
1．恒载内力
（1）预制主梁的自重
=11.45
（2）二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆） =6.51
恒载内力计算结果见表1（数据做参考，若有问题，可以修改）。
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： 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
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。
②钢束各控制点位置的确定。
以N3为例，其弯起布置图如下：
计算N1、N2、N3各控制参数汇总于下表2：
各钢束弯曲控制要素表
表2
钢 升高值C 弯起角 弯起半 支点至锚 弯起点距 弯止点
束 （mm） θ
径R
固点的水 跨中截面 距跨中
号
（°） （mm） 平距离 水平距离 截面水
d（mm） Xk(mm) 平距离
变 截 1.3 面
377.91 285.5 324.64 421.67 39.25 28.51
28.6
6.075 1003.64 111.83 173.55 1054.31 104.24 9.4 12.87
跨 中
12.15
1342.92
73.81
106.93 1299.17 139.48
0.0
5.74
388.05
1689.10
223.59
1377.07
172.23
跨
最大 弯矩
3623.99
103.33
2250.52
中
最大 剪力
3484.63
156.13
2155.11
43.31 68.48
1829.13 1786.56
24.75 38.15
（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0.1） 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。
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。
Ci ai=a+Ci 0 120
（Xi=0mm） N2 6887
N3 9771
L/4截面
N1 2180
Xi=6075mm
N2 6887
N3 9771
变化点截面 N1 2180 Xi=10850mm
N2 6887
N3 9771
支点截面 N1 2180 Xi=12150mm
N2 6887
N3 9771
8° 311 431
如图所示，预应力钢筋与普通钢筋的布置截面图。
跨中截面尺寸要素
钢束在端部的锚固位置
预制梁端部
（2）其他截面钢束位置及倾角计算 ①钢束弯起形状、弯起角及弯曲半径
采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲；为使预应力钢筋的预
加力垂直作用于锚垫板，N1、N2、N3弯起角均取8°；各钢束的弯曲半
径为：RN1=40000mm，RN2=25000mm，RN3=10000mm。
`
跨中截面与L/4截面全截面几何特性 表1
分块号 分块面积
① 115200 40 4608000 464 24.802× 0.0614×
② 71000 113 8023000 391 10.955× 0.0394×
③ 193600 605 117128000 -101 1.925× 23.621×
④ 10000 1177 11770000 -673 4.529× 0.006× 2.预应 ⑤ 68400 1305 89262000 -801 43.886× 0.206× 力钢筋
各种情况下的组合结果见表3。
表1 恒载内力计算结果
截面位 置
距支点截 面 距离
预制梁自重
弯矩
剪力
（kN.m） （kN）
二期恒载
弯矩
剪力
（kN.m） （kN）
支点
0.0
0.0
138.69
0.0
79.1
变截面 1.3
170.65
123.85
97.33
70.64
6.075
631.9
69.34
360.4
39.55
《结构设计原理》课程设计
姓名：张建龙 院系：交通与工程 系 班级：08土木工程
二〇一一年六月 二日
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）；
型），
其强度指标为：
抗拉强度标准值
=1860
抗拉强度设计值
=1260
弹性模量
=1.95
相对界限受压区高度 =0.4，=0.2563
公称直径为15.24，公称面积为140mm2
（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
=400
抗拉强度设计值
=330
弹性模量
（mm）
N1 1150
8° 40000
156
2180
7747
N2 650
8° 25000
256
6887 10366
N3 400
8° 10000
312
9771 11162
③各截面钢束位置（ ai ）及其倾角（θ）计算表 表3
计算截面 钢 Xk(mm) Lb1+Lb2 Xi-Xk
θ
束
编
号
跨中截面 N1 2180 5567 为负值，钢 0
2．活载内力 汽车荷载按公路—Ⅰ级荷载计算，冲击系数=1.193，人群荷载按 3.5计算。 活载内力以2号梁为准。活载内力计算结果见表2（数据做参考， 若有问题，可以修改）。
3．内力组合 （1）基本组合（用于承载能力极限状态计算）
（2）短期组合（用于正常使用极限状态计算）
（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）
注：车辆荷载内力、中已计入冲击系数=1.193。
表3 荷载内力计算结果
截
基本组合
短期组合
长期组合
面项
位 目 （kN.m） （kN） （kN.m） （kN） （kN.m） （kN） 置
最大 支 弯矩
0.0
793.79
0.0
460.29
0.0
350.11
点 最大 剪力
0.0
859.44
0.0
487.81
[1]叶见曙.结构设计原理(第二版).北京:人民交通出版社,2005 [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:
跨中 12.15
842.56
0.0
480.51
0.0
截 距支 面 点截 位 面距 置离
表2 活载内力计算结果 公路—Ⅰ级
人群荷载
弯矩
剪力
弯矩
剪力
(kN.m)
对应 （kN）
（kN）
对应 (kN.m)
(kN.m)
对应 （kN）
（kN）
支 点
0.0
0.0 351.14 398.03 0.0
0.0 36.47 36.47
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）。
四、课程设计进程安排（可根据实际情况自己灵活安排）
序号
设计各阶段内容
地点 起止日期
1
布置任务，收集资料，预应力钢筋 及非预应力钢筋数量的确定及布置
计划完成日期： 2011 年 6 月 03 日 章：
基层教学单位责任人签
主管院长签章：
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，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) ,式中b=160 mm ,= 0 mm ,= (80+180)/2 =130 mm ； 所以， = 160+0+12×130 =1720 mm 故，受压翼缘的有效宽度取=1600mm
教404
05.24-26
2
截面几何性质计算，承载能力极限 状态计算
教404
05.26-27
3 预应力损失计算，应力验算
机房 05．28-31
4
抗裂验算或裂缝宽度计算，变形 （挠度）计算
机房
31号前计算 完成
5
绘制主要构造图，整理计算说明 书，上交设计成果
机房
05.3106.03
五、应收集的资料及主要参考文献
（一）基本设计资料
1．设计荷载：公路—Ⅰ级荷载，人群荷载3.5，结构重要性系
数=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
=32.4，=2.65
强度设计值
=22.4，=1.83
弹性模量
=3.45
（2）预应力钢筋采用ASTM A416—97a标准的低松弛钢绞线（17标准
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
发出任务书日期：2011 年 5 月 23 日
指导教师签名：李双营
预应力钢筋的张力控制应力为1395 Mpa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 拟采用3束5刚绞线，单根钢绞线的公称截面面积则预应力钢筋的截面积 为，采用夹片式锚固，金属波纹管成孔。 2.3预应力钢筋及普通钢筋的布置
（1）按照后张法预应力混凝土受弯构件《公路桥规》中的要求，参 考已有设计图纸，对跨中截面的预应力钢筋进行布置。