結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計完整

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計設(shè)計題目：預(yù)應(yīng)力混凝土等截面簡支空心板設(shè)計（先張法）班級：6班姓名：于祥敏學(xué)號：44090629指導(dǎo)老師：張弘強目 錄一、設(shè)計資料2二、主梁截面形式及尺寸2三、主梁內(nèi)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(tài)計算9十、應(yīng)力損失估算10 十一、鋼筋有效應(yīng)力驗算13十二、應(yīng)力驗算13十三、抗裂性驗算19十四、變形計算21預(yù)應(yīng)力混凝土等截面簡支空心板設(shè)計一、設(shè)計資料1、標跨，計算跨徑2、設(shè)計荷載：汽車按公路級，人群按，3、環(huán)境：類，相對濕度4、材料：預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用標準的低松

2、弛鋼絞線（標準型），抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值，公稱直徑，公稱面積，彈性模量非預(yù)應(yīng)力鋼筋：級鋼筋，抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值，彈性模量箍筋：級鋼筋，抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)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(shè)計值，抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值5、設(shè)計要求：根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范要求，按類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)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(nèi)力計算結(jié)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(nèi) 力截 面四、進行荷載組合荷 載跨中支點一期恒載標準值2

3、200070二期恒載標準值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(shù)）238.321.70162.5持久狀態(tài)的應(yīng)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(tài)計算基本組合恒+汽+人）79639.30384.1正常使用極限狀態(tài)按作用短期效應(yīng)計算的可變荷載設(shè)計值（汽+人）224220127正常使用極限狀態(tài)按作用長期效應(yīng)計算的可變荷載設(shè)計值（汽+人）11611.2068.8備注：（）表中單位，（）沖擊系數(shù)（）考慮承載能力極限狀態(tài)時，汽車荷載計入沖擊系數(shù)考慮正常使用極限狀態(tài)時，汽車荷載不計入沖

4、擊系數(shù) 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計算跨徑的，即相鄰兩梁的平均間距取三者中的最小者，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(shè)計中，主梁幾何特性多采用分塊數(shù)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16001207200060270228066018480033000360012072000600270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

5、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(yù)應(yīng)力鋼筋面積估算按作用短期效應(yīng)組合下正截面抗裂性要求，估算預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量。對于A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，根據(jù)跨中截面抗裂性要求，可得跨中截面有效預(yù)加力為：其中：為正常使用極限狀態(tài)下按作用短期效應(yīng)組合計算的彎矩值，由表1可知：；設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋截面重心距截面下緣，則預(yù)應(yīng)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(zhì)近似取用全截面的性質(zhì)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(yù)加力合力為：預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力為，預(yù)應(yīng)力損失按張拉控制應(yīng)力的20%估

6、算，則需要預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積為因此，采用的鋼絞線，則預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積，滿足條件。(2)非預(yù)應(yīng)力鋼筋面積估算及布置在確定預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量后，非預(yù)應(yīng)力鋼筋根據(jù)正截面承載能力極限狀態(tài)的要求來估算非預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量。設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋、普通鋼筋，其彈性模量分別為、（1）預(yù)加應(yīng)力階段

7、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(shù)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(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000263.6非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000263.6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(shù)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(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000264.02非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000264.02全截面換算面積336251.55表4階段變量預(yù)應(yīng)力階段323.6使用階段324

8、.02表5其中：，構(gòu)件全截面換算截面的重心到上下緣的距離，構(gòu)件全截面換算截面對上下緣的截面抵抗矩 為預(yù)應(yīng)力鋼筋重心到換算截面重心的距離，對于預(yù)應(yīng)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(tài)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求受壓區(qū)高度先按第一類T型截面梁計算混凝土受壓區(qū)高度，即：則有受壓區(qū)全部在翼板內(nèi)，說明確為第一類T型截面正截面承載能力計算由預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋布置圖可知，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋布置成一排，合力作用點到截面底緣的距離，正截面的承載能力：因此跨中截面正截面承載力滿足要求。（2）斜截面承載能力計算斜截面抗剪承載力計算根

9、據(jù)公式進行截面抗剪強度上、下限復(fù)核，即：首先，檢驗上限值截面尺寸檢查其次，檢驗下限值是否需要計算配置箍筋 由此可知，截面尺寸符合設(shè)計要求，但必須按照計算配置箍筋。斜截面抗剪承載能力按下式計算，即：式中：其中，異號彎矩影響系數(shù)，；預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，；受壓翼緣的影響系數(shù)，；閉合箍筋選用雙肢直徑為12mm的HRB335鋼筋，間距，箍筋截面面積，則有因此，因為預(yù)應(yīng)力鋼筋布置為直線型，因此有，則有由上可知，支點處截面滿足斜截面抗剪要求。斜截面抗彎承載能力由于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的施工方法采用直線配筋的先張法，即使預(yù)應(yīng)力鋼筋在梁端微彎起，一般角度緩和，斜截面抗彎強度一般不控制設(shè)計，故不另行計算。十、應(yīng)力損失估

10、算預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力按公路橋規(guī)規(guī)定采用（1）錨具變形、鋼絲回縮引起的應(yīng)力損失（）預(yù)應(yīng)力有效長度取為張拉臺座長度，張拉鋼筋后臨時錨固在臺座上，采用有頂壓的夾片式錨具，查表可得，則有：（2）混凝土彈性壓縮引起的應(yīng)力損失（）預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，按張拉時混凝土的實際強度等級，查表可知，因此有截面鋼筋重心由預(yù)加力產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力，其中，則有（3）鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失（）對于采用超張拉工藝的低松弛鋼絞線，由鋼筋引起的應(yīng)力損失為式中，張拉系數(shù)，采用超張拉時，；鋼筋松弛系數(shù)，對于低松弛鋼絞線，；傳力錨固時的鋼筋應(yīng)力，對于先張法構(gòu)件則有：則有（4）混凝土收縮、徐變引起的應(yīng)力損失（）混凝

11、土收縮、徐變終極值引起的受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力損失按下式計算：式中 ，加載齡期為時，混凝土收縮應(yīng)變終極值和徐變應(yīng)變終極值；加載齡期，即達到設(shè)計強度80%的齡期，近似按標準養(yǎng)護條件計算，即，則可知，；對于二期恒載的加載齡期；該梁所處環(huán)境相對濕度為75%，其構(gòu)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(yīng)力第一階段即預(yù)加應(yīng)力階段：有效預(yù)應(yīng)力：第二階段即使用階段：有效預(yù)應(yīng)力：十二、應(yīng)力驗算（1）短暫狀況的應(yīng)力驗算構(gòu)件在制作、運輸及安裝等施工階段，混凝土實際強度達到設(shè)計強度的80%，即，跨中截面上、下緣的正應(yīng)力：上緣：下緣：其中：則有=(壓)（壓）梁支點截面處上、下緣正

12、應(yīng)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(tài)，因此可通過規(guī)定的預(yù)拉區(qū)配筋率來防止出現(xiàn)裂縫，所以在預(yù)拉區(qū)配置配筋率為0.5%的非預(yù)應(yīng)力鋼筋故選用9根直徑為16mm的非預(yù)應(yīng)力鋼筋（）配置在空心板的頂端，其中非預(yù)應(yīng)力鋼筋的重心到空心板上緣的距離配置上緣非預(yù)應(yīng)力鋼筋后，跨中截面的截面幾何特性如下表：（I）混凝土在預(yù)加應(yīng)力階段時，混凝土強度達到，此時，則有鋼筋換算系數(shù)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3288003301328800預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000271上緣非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積605592900269下緣

13、非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000271全截面換算面積表6在使用階段梁時的幾何特性鋼筋換算系數(shù)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3288003301328800預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000271上緣非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積605209560269下緣非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算面積6000271全截面換算面積表7階段變量預(yù)應(yīng)力階段331使用階段331表8其中：，構(gòu)件全截面換算截面的重心到上下緣的距離，構(gòu)件全截面換算截面對上下緣的截面抵抗矩 為預(yù)應(yīng)力鋼筋重心到換算截面重心的距離，對于預(yù)應(yīng)力階段mm，對于使用階段mm（2）持久狀況的正應(yīng)力驗算應(yīng)取最不利截面進行控制

14、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(yù)加力在截面上緣產(chǎn)生的混凝土的法向應(yīng)力：其中：作用（或荷載）標準值產(chǎn)生的混凝土法向壓應(yīng)力預(yù)應(yīng)力鋼筋的永存預(yù)應(yīng)力使用階段預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力，受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點處混凝土向應(yīng)力等于零時的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力；，其中為使用階段受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋由混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；為受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋總的預(yù)應(yīng)力損失；受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋由混凝土收縮和徐變的預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點至構(gòu)件換算截面重心軸的距離受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋重心至換算截面重心的距離構(gòu)件混凝土換算截面對截面上緣的抵

15、抗矩由橋面鋪裝、人行道和欄桿等二期恒載產(chǎn)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(shù)；因此，271mm因此，預(yù)應(yīng)力鋼筋中的最大拉應(yīng)力：預(yù)應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)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(yīng)力計算截面圖如下：計算點取上梗肋處，預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件由載荷標準值和預(yù)應(yīng)力作用產(chǎn)生的混凝土主壓應(yīng)力和主拉應(yīng)力：計算主應(yīng)力點至換算截面的距離換算截面慣性矩由豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)加力產(chǎn)生的混凝土壓應(yīng)力在計算主應(yīng)力點，按作用（或荷載）標準值組合計算的剪力產(chǎn)生的混凝土剪應(yīng)力；當(dāng)計算截面作用由扭矩時，尚應(yīng)考慮由扭矩引起的剪應(yīng)力；對于等高度梁截面上任一點在作用

16、（或荷載）標準值組合的剪應(yīng)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(yīng)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(yīng)力點處構(gòu)件腹板的寬度計算主應(yīng)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(yīng)力，故滿足公路橋規(guī)的要求?；炷林骼瓚?yīng)力，故只需按照構(gòu)造配置箍筋。十三、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂驗算（1）作用短期效應(yīng)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預(yù)加力產(chǎn)生的構(gòu)件抗裂驗算邊緣的混凝土預(yù)壓應(yīng)力由作用短期效應(yīng)產(chǎn)生的構(gòu)件抗裂驗

17、算邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力對于A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，作用荷載短期效應(yīng)組合作用下的混凝土拉應(yīng)力因此滿足公路橋規(guī)中A類部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件按作用短期效應(yīng)組合計算的抗裂要求。由作用長期效應(yīng)產(chǎn)生的構(gòu)件抗裂驗算邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力對于A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，作用荷載長期效應(yīng)組合作用下的混凝土拉應(yīng)力因此滿足公路橋規(guī)中A類部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的作用長期效應(yīng)組合的抗裂要求。（2）作用短期效應(yīng)組合作用下的斜截面抗裂驗算預(yù)應(yīng)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(yīng)力驗算來控制的。主應(yīng)力驗算在跨徑方向應(yīng)選擇剪力與彎矩均較大的最不區(qū)段截面進行，且應(yīng)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(yīng)組合下的混凝土主拉應(yīng)力。以跨中截面，上梗肋處為例，計算在作用短期效應(yīng)組合下計算混凝土主拉應(yīng)力。由上面的計算可知：預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件由作用短期效應(yīng)組合和預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的混凝土主拉應(yīng)力為因此，在跨中截面，上梗肋處滿足作用短期效應(yīng)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(yīng)作用下主梁撓度驗算簡支梁撓度驗算式為可變荷載作