预应力混凝土结构设计-新规范

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,预应力混凝土简支,T,梁课程设计,一、设计目的,预应力混凝土简支,T,梁是目前我国桥梁上最常用的形式之一，在学习了预应力混土结构的各种设计、验,算,理论后，通过本作业可以了解预应力混凝土简支,T,梁的实际计算，进一步理解和巩固所学得的预应力混凝土结构设计理论知识，初步掌握预应力混凝土桥梁的设计步骤，熟悉,规范,的有关条文及其应用。,一般构造,二、计算资料,1,、跨径、宽度,计算跨径：,L,。,25m,，,27m,，,29m,，,31m,，,33m,；,梁全长：,L,25.96,，,27.,96m,，,29.96m,，,31.96m,，,33.96m,；,宽度：,15.4m20m,。,2,、荷载,公路,级，,公路,级。,3,、材料,混凝土：,主梁用,50,号，栏杆及桥面铺装用,30,号。,预应力筋：,采用,ASTM270,级,j,15.24,低松弛钢绞线，每股,6,束。,普通钢筋：,直径大于和等于,12mm,的采用,16Mn,钢或其它,级热轧螺纹钢筋；直径小于,12mm,的均用,级热轧光圆钢筋。,4,、施工方法,按后张法施工工艺制作主梁，采用直径,70mm,的波纹预埋管和,OVM,锚。锚垫板尺寸为,210210mm,，,锚圈直径为,126mm,。,锚垫板布置最小间距应满足：,（,1,）锚垫板之间间距,a=215m,，,（,2,）,锚垫板与梁边缘之间距离,b=135mm,。,混凝土强度达到设计标号,80,90,时开始施加预应力，采用,YCW150A,型千斤顶两端同时张拉。,三、计算内容,1,、纵横断面尺寸拟定；,（第,7,周）,2,、毛截面几何特性计算；,（第,8,周）,3,、截面内力计算；,（第,10,周）,4,、钢束面积估算,；（第,10,周）,5,、钢束布置；,（第,11,周）,6,、主梁截面特性计算；,（第,11,周）,7,、截面强度验算；,（第,12,周）,8,、预应力损失计算；,（第,12,周）,9,、应力验算；,（第,13,、,14,周）,10,、挠度计算；,（第,15,周）,11,、绘图及整理计算书。,（第,16,周）,四、作法指示书,（一）纵横截面尺寸拟定,梁的截面尺寸按桥梁工程教材，可参照经验数据确定。,l,、,梁高：,h,l,15,l,25L,；,2,、,横梁数：五根；,3,、主梁宽度：,2m,，,2.2m,；,4,、主梁腹板厚度：,1618cm,，,并符合,规范,（,JTG D62,2004,）,第,9.3.3,条规定；,5,、翼缘板厚度：按,规范,第,9.3.3,条估算：,6,、下马蹄：,跨中下马蹄平均高度（,0.15,0.20,）,h,，,梁端处高度满足钢束布置的需要；宽度为,2,4,倍腹板厚；斜坡必须大于,45,；钢束斜坡保护层不小于,6cm,；,7,、横梁尺寸：高度以跨中横梁和下马蹄相交为准，厚度,15cm,。,8,、,纵向截面尺寸：,在梁端锚固区，为了布置锚具与满足局部承压的需要，常按构造要求将腹板加厚至与马蹄同宽，而马蹄的高度应随着预应力筋的弯起而逐渐加高。,横断面,（,二）毛截面几何特性计算,从预应力简支,T,梁的施工过程看，翼板的一部分在,T,梁安装就位后现浇，使横截面,T,梁连成整体，扣除现浇段的,T,梁截面称为小毛截面，全截面称为大毛截面，因此预制时梁的自重，接缝重量及预应力荷载均由小毛截面承担，二期恒载，活载重量由大毛截面承担。,l,，,小毛截面特性计算，参照,配筋,P463,；,2,、,大毛截面特性计算，参照,配筋,P464,。,（三）截面内力计算,1,、恒截内力,（,1,）自重,根据主梁初估尺寸，分各阶段估计每延米的自重，横隔梁自重可分发摊在计算跨径范围内，按均布荷载计算；,（,2,）铺装,考虑,8cm,厚混凝土铺装（容重,24kN/m,3,）,和,5cm,厚沥青铺装（容重,23kN/m,3,）。,（,3,）,栏杆,按每侧防撞栏重量,7.5kN/m,计。,利用影响线加载求,L/2,、,L/4,和支点截面的弯矩和剪力。,2,、活载内力,（,1,） 冲击系数和车道折减系数,冲击系数按,“,通用规范,”,第,4.3.2,条规定 计算；,车道折减系数按,“,通用规范,”,第,4.3.1,条规定计算。,（,2,）横向分布（建议）,跨中,按修正的刚性横梁法（当,l/B2,时）或刚接板（梁）法（当,l/B2,时）计算主梁的横向分布,；,支点按杠杆法计算横向分布。,跨中的横向分布系数,m,c,计算图式,支点按杠杆法,支点的横向分布系数,m,o,计算图,（,2,）活载内力,根据桥梁工程理论，利用影响线计算上述三个截面的最大弯矩及相应剪力和最大剪力及相应弯矩。,计算公式为：,跨中截面内力计算图式,3,、荷载组合,按,通用规范,（,JTG D60,2004,）,第,4.1.6,条进行承载能力极限状态内力组合。,按,通用规范,（,JTG D60,2004,）,第,4.1.7,条和,4.1.8,条进行正常使用极限状态内力组合。,下图为典型的简支梁弯矩、剪力包络图,（四）钢束面积估计,1,、按承载能力极限状态要求估算跨中钢束面积,T,形截面,预应力筋面积的估算，按经验，可看成宽度为翼缘板宽的矩形截面进行计算。,2,、按施工和使用荷载阶段的应力要求估算跨中钢束面积,估算按,预应力混凝土结构设计原理,P103,式,7-25,28,，并作预加力,N,y0,和偏心距组合区域图进行，估算中注意正确地取用各不等式中的截面特性和荷载值，应力容许值按,规范,第,6.3.1,、,7.1.5,、,7.2.4,各取用。,（五）钢束布置,1,、横截面内布置,跨中截面：钢束应尽量在下马蹄内单数列对称布置，以获得最大的偏心距并能顺利弯起。钢束间距及混凝土保护层应符合,规范,第,9.4.9,条的规定，钢束距下马蹄斜边的净距大于,6cm,。,梁端截面：满足锚头的布置，并使钢束重心在核心界限以内，单个锚垫板的布置应满足最小间距的要求。,2,、纵向布置,预应力筋从距跨中一定距离处开始按圆曲线向上弯起，由于不允许曲线段进入锚具部分，因此在锚下钢束必须保持一定的直线长度。,3,、钢束长度计算,每束长度为跨中附近直线长度、曲线长度、锚下直线长度和两端张拉的工作长度（,2,70cm,）,之和，钢束的曲线长度根据曲线半径和弯起角度计算，最后得出每孔所用钢束总长和总重量，用于计算工程数量与备料。,封端混凝土块尺寸 钢束计算图式,（六）主梁截面特性计算,1,、净截面几何特性计算；,2,、换算截面几何特性计算；,3,、各阶段截面对形心轴的静矩计算。,根据“公预规”第,4.2.2,条，预应力混凝土梁在计算预应力引起的混凝土应力时，预加力作为轴向力产生的应力按实际翼缘全宽计算，由预加力偏心引起的弯矩产生的应力按翼缘有效宽度计算。,根据“公预规”第,4.2.2,条，计算,T,形截面受压区翼缘计算宽度,b,f,。,计算净矩有下面几种情况：,1,aa,线以上（或以下）的面积对中性轴（净轴和换轴）的净矩；,2,bb,线以上（或以下）的面积对中性轴（两个）的净矩；,3,净轴（,nn,）,以上（或以下）的面积对中性轴（两个）的净矩；,4,换轴（,oo,）,以上（或以下）的面积对中性轴（两个）的净矩；,（七）截面强度验算,1,、正截面强度计算，按,规范,第,5.2.3,条进行，对于简支梁取跨中截面进行验算。,a,、,求受压区高度,x,，,判断是否是第一类,T,梁，如不是按第二类,T,梁计算；,b,、,验算 ；,c,、,验算 ； 为按承载能力极限状态荷载组合各种情况中的最大弯矩值。,d,、,验算最小配筋率,d,、,验算最小配筋率,根据“公预规”第,9.1.12,条，预应力混凝土受弯构件最小配筋率应满足下列条件：,M,ud,受弯构件正截面抗弯承载力设计值；,M,cr,受弯构件正截面开裂弯矩值。,M,cr,开裂弯矩值，按下式计算：,2,、斜截面强度计算。,a,、,斜截面强度取腹板厚度变化截面进行计算；,b,、,按,规范,5.2.9,条对截面尺进行验算，如不符合，应考虑放大截面尺寸。,c,、,按（规范,5.2.10,条验算，是否需要进行斜截面抗剪强度计算；,d,按,规范,第,5.2.7,条进行斜截面抗剪强度计算；,斜截面水平投影长度,c,按,规范,5.2.8,计算,式中：,m,斜截面受压端正截面处的广义剪跨比,，,当,m3.0,时，取,m=3.0,；,V,d,通过斜截面受压端正截面内由使用荷载产生的最大剪力组合设计值；,M,d,相应于上述最大剪力时的弯矩组合设计值。,箍筋计算,根据“公预规”第,9.4.1,条，腹板内箍筋直径不小于,10mm,，,且应采用带肋钢筋，间距不应大于,250mm,。,本设计选用,1020cm,的双肢箍筋,抗剪强度计算,根据“公预规”第,5.2.7,条规定，计算主梁斜截面抗剪强度：,e,、,按,规范,第,5.2.12,条进行斜截面抗弯强度计算。,由于预应力钢束在梁中间无截断，斜截面抗弯强度一般均能满足要求，可不作验算。,（八）预应力损失计算,后张法梁的预应力损失包括,:,(1),前期预应力损失,钢束与管道壁的摩擦损失，,锚具变形、钢束回缩引起的损失，,分批张拉混凝土弹性压缩引起的损失,(2),后期预应力损失,钢绞线应力松弛引起的应力损失,混凝土收缩和徐变引起的应力损失,1,、摩阻损失,按,规范,6.2.2,条计算,2,、锚具变形，钢筋回缩损失,按,规范,附录,D,计算,3,、分批张拉损失,按,规范,第,6.2.5,计算,:,本次设计要求采用逐根张拉钢束，预制时张拉钢束顺序自定，尽量满足整体偏心距小、对称的原则。计算时应从最后张拉的一束逐步向前推进。,4,、钢筋松驰损失,按,规范,第,6.2.6,条计算，,对于低松弛钢绞线由松弛引起的应力损失的终极值，按下式计算：,5,、收缩徐变损失按,规范,6.2.7,计算，非预应力筋面积按,0,计算，,cs,（,t,，,t,0,）,按,规范,表,6.2.7,查取，相对湿度,75,，受荷龄期,20,天；,6,、列出每根钢束的预应力损失汇总表，计算钢束的永存应力。,施工阶段传力锚固应力,p0,及其产生的预内力：,使用阶段永存应力,y,及其产生的预内力：,（九）,持久状况正常使用极限状态计算,此阶段为有效预加力和全部恒活载作用的阶段，通常是跨中截面上缘可能出现最大压应力和下缘出现最大拉应力（或最小压应力）。,1,、,抗裂验算,（,1,）正截面抗裂验算,（,2,）斜截面抗裂验算,（,1,）正截面抗裂验算,根据“公预规”第,6.3.1,条，正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算。对预制的全预应力混凝土构件，在荷载短期效应组合下，应符合下列要求,：,（,2,）斜截面抗裂验算,此项验算主要为了保证主梁斜截面具有与正截面同等的抗裂安全度。,每一截面取四处分别进行主拉应力验算。,根据“公预规”第,6.3.1,条，斜截面混凝土的主拉应力应符合下列要求：,2,、,应力验算,（,1,）正截面混凝土压应力验算,（,2,）预应力筋拉应力验算,（,3,）,斜截面混凝土主压应力验算,计算时荷载取其标准值，汽车荷载应考虑冲击系数。,（,1,）正截面混凝土压应力验算,根据“公预规”第,7.1.5,条，使用阶段正截面应力应符合下列要求：,（,2,）预应力筋拉应力验算,根据“公预规”第,7.1.5,条，使用阶段预应力筋拉应力应符合下列要求：,（,3,）,斜截面混凝土主压应力验算,此项验算主要为了保证混凝土在沿主压应力方向时也具有足够的安全度 。,每一截面取四处分别进行主压应力验算。,根据“公预规”第,7.1.6,条，斜截面主压应力应符合下列要求,：,（十）,短暂状况应力验算,桥梁构件的短暂状况，应计算其在制作、运输及安装等施工阶段混凝土截面边缘的法向应力。,1,预加应力阶段的应力验算,此阶段指初始预加力与主梁自重力共同作用的阶段，验算截面下缘的最大压应力和上缘的最大拉应力。,根据“公预规”第,7.2.8,条，施工阶段正截面应力应符合下列要求：,1,吊装阶段的应力验算,根据“桥规”第,4.1.10,条规定，构件在吊装、运输时，构件重力应乘以动力系数,1.2,或,0.85,，考虑超重和 失重两种情况下的应力。,（十一）挠度计算,以四分点截面为平均值将全梁近似处理成等截面杆件，按材料力学方法计算跨中挠度。,1,、预应力反挠度计算,根据,“,公预规,”,第,6.5.4,条，计算预加力引起的反拱度值时，刚度采用,E,c,I,o,，,计算公式：,2,、由荷载引起的跨中挠度,根据,“,公预规,”,第,6.5.2,条，全预应力混凝土构件的刚度采用,0.95E,c,I,o,。,恒载效应产生的跨中挠度可近似按下列公式计算：,短期荷载效应组合产生的跨中挠度可近似按下列公式计算：,3,、长期挠度值,根据“公预规”第,6.5.4,条，预应力引起的反拱值考虑长期效应的影响，应乘以长期增长系数,2.0,根据“公预规”第,6.5.3,条，受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，即按荷载短期效应组合计算的挠度值，乘以挠度长期增长系数,4,、结构刚度验算,按“公预规”第,6.5.3,条规定，预应力混凝土受弯构件计算的长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后梁的最大挠度不应超过计算结构的,1/600,。,5,、预拱度的设置,按“公预规”第,6.5.5,条规定，当预加力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，可不设预拱度。否则，需设置预拱度。其值取按荷载短期效应组合计算的长期挠度与预加力产生的长期反拱值之差。,五、制图与编写计算说明书,（一）制图,计算工作完成后，需要把计算结果用图纸表现出来，以交付施工，设计图纸包括主梁外形尺寸图、主梁预应力钢束构造图、主梁普通钢筋构造图、主梁端部钢筋构造图、横梁钢筋构造图、支座构造图、主梁桥面板钢筋构造图、横梁接头构造图、钢丝束锚具详图、主梁端部伸缩缝构造以及人行道、栏杆构造图等，对整座桥梁还有总体布置图；下部结构构造图、配施图。图纸上除需注明各部尺寸外，还需列出各构造的工程数量等。,本设计要求每位同学绘制,l,张,2,号图，内容包括：,（,1,）,主梁,构造,（,2,）主要控制截面的尺寸,（,3,）主梁预应力筋构造,（,4,）主要控制截面的钢筋断面,（,5,）所有钢筋的大样,（,6,）钢筋明细表及材料用量表,（,7,）附注,（,8,）图标,图标统一如下：,2,号图纸的尺寸如下：,（二）计算说明书,要求计算步骤条理清楚，有算式，有说明，并附有必要的示意图，字迹工整，书面清楚。,六、主要参考文献,1,、,公路桥涵设计通用规范,2,、,公路配筋混凝土及预应力混凝土桥通设计规范, 3,、,配筋混凝土结构设计原理,4,、,配筋混凝土结构设计原理,教学资料集,