結構設計原理課程設計

2023-02-10 03:54:07 字數 4257 閱讀 6906

一、毛截面幾何特性計算

1、t梁受壓翼緣有效寬度計算

按《橋規》規定,有效寬度

mm(其中受壓區翼緣懸出板厚度:

)2、毛截面幾何特性計

截面分塊示意圖見圖1.1,毛截面幾何特性表見表1.2(附表)。

二、內力組合

主梁作用效應組合值計算列於表2,見附表。

三、鋼筋數量的確定及布置

1、預應力截面積估算

按構件正截面抗烈性要求估算鋼筋數量

正常使用極限狀態按作用(或荷載)短期效應組合計算的彎矩值為(由表2得)

設預應力鋼筋截面重心距介面下緣為,則預應力合力作用點至截面重心軸的距離為;鋼筋估算時,截面性質近似取用全截面性質計算,由表1得跨中截面全截面面積,全截面對抗裂驗算邊緣的彈性抵抗距為

;故有效預加力合力為

預應力鋼筋張拉控制應力為,預應力損失按張拉預應力的20%估算,則可得需要預應力鋼筋的面積為

採用三束515.24鋼絞線,預應力鋼筋的截面積為。採用夾片式群錨, 70金屬波紋管成孔。

2、預應力鋼筋布置跨中截面預應力鋼筋的布置

(1)跨中截面預應力鋼筋布置

按《公路橋規》中對後張法預應力混凝土受彎構件管道布置的構造要求,對跨中截面的預應力鋼筋進行初步布置如圖3.1。

(2)錨固面鋼筋布置

為使施工方便,全部三束預應力鋼筋均錨固於樑端(圖3.1a,b)如此布置符合均勻分散原則,滿足張拉要求,同時n1、n2均彎起較高,可提供較大預剪力。

(3)其他截面鋼束布置及傾角計算

鋼束彎起形狀、彎起角及彎曲半徑

採用直線段中接圓弧曲線段的方式彎起; n1、n2、n3彎起角分別為7.0146,5.7535,4.3542;各鋼束的彎起半徑為

。鋼束各控制點位置的確定

各鋼束彎起布置如圖3.2所示。

以n1鋼束為例,計算如下:

由確定導線點距錨固點的水平距離距離

由確定彎起點至導線點的水平距離

所以彎起點至錨固點的水平距離為

則彎起點至跨中截面的水平距離為

根據圓弧切線的性質,圖中彎止點沿切線方向至導線點的距離與彎起點至導線點的水平距離相等,故彎止點至導線點的水平距

故彎止點至跨中截面的水平距離為

同理計算n1、n2的控制點位置,將各鋼束的控制引數彙總於表3.3

各鋼束彎起控制要素表(表3.3)

各截面鋼束位置及其傾角計算

仍以n3號鋼束為例(見圖3.2),計算鋼束上任一點離梁底距離及該點處鋼束的傾角,式中為鋼束彎起前其重心至梁底的距離, =100mm;為點所在計算截面處鋼束位置的公升高值。

當時,點位於直線段還未彎起, =0,故=100mm, =0;

當時,點位於圓弧區段,及按下式計算,即

;當時,點位於靠近錨固端的直線段,此時,按下式計算:。

各截面鋼束位置及其傾角計算值詳見表3.4(附表)

鋼束平彎段的位置及平彎角

n1,n2,n3三束預應力鋼絞線在跨中截面布置於同一水平線,而在錨固端都在肋板中心線上,為實現鋼束的這種布筋方式,n2,n3在主梁肋板中必須從兩側平彎到肋板中心線上,為便於施工中布置預應力管道,n2,n3在樑中採用相同形式,其平彎位置如圖3.5。平彎段有兩段曲線弧,每段曲線弧的彎起角為

3、非預應力鋼筋面積估算及布置

按構件承載能力極限狀態要求估算非預應力鋼筋數量:

在確定預應力鋼筋後,非預應力鋼筋根據正截面承載能力極限狀態的要求來確定。

設預應力鋼筋和非預應力鋼筋的合力點到截面底邊的距離為=70mm,則有

先假定為第一類t型截面,由公式計算受壓區高度,即(有效寬度)

求得則根據正截面承載力計算需要的非預應力鋼筋截面積為

採用6根直徑為20mm的hrb335鋼筋,提供的鋼筋截面積為,在梁底布置成一排(如圖3.6),其間距為72mm,鋼筋重心到底邊的距離為45mm。

四、截面幾何特性計算

以第一階段跨中截面幾何特性計算為例列於表4.1(附表);同理,可求得其它受力階段控制截面幾何特性如表4.2所示(附表)。

五、承載能力極限狀態計算

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力計算。

(1)求受壓區高度

先按第一類t形截面梁,略去構造鋼筋影響,則砼受壓區高度為

受壓區全部位於翼緣板內,說明確實是第一類t形截面梁。

(2)正截面承載力計算

預應力鋼筋和非預應力鋼筋的合力作用點到截面底邊距離()為

所以由表2知,梁跨中截面彎矩組合設計值

則截面抗彎承載能力為

跨中正截面承載能力滿足要求。

2、斜截面承載力計算

(1)斜截面抗彎承載力計算

現製取變化點和支點兩處截面進行驗算。

變化點處:

首先,根據公式進行截面抗剪強度上下限複核,即

式中=669.56;為砼等級,這裡取50;b=200mm(腹板厚度);為相應於剪力組合設計值處的截面有效高度,即自縱向受拉鋼筋合力點(包括預應力鋼筋和非預應力鋼筋)至混凝土受壓邊緣的距離,這裡縱向鋼筋合力點距截面下緣的距離為

故=1750-326.85=1387.15mm;為預應力提高係數, =1.25;帶入上式得=1.0×669.56=669.56

計算表明,截面尺寸符合要求,但須配置抗剪鋼筋。

斜截面抗剪承載力按式計算

式中其中——異號彎矩影響係數, =1.0;

——預應力提高係數, =1.25;

——受壓翼緣的影響係數, =1.1。

箍筋選用雙肢直徑為的鋼筋,,間距,則,故

採用全部三束預應力鋼筋的平均值,即,故

>變化點截面處斜截面抗剪滿足要求。非預應力構造鋼筋作為承載力儲備,未予考慮。

支點處:

首先,根據公式進行截面抗剪強度上下限複核,即

式中=983.08;為砼等級,這裡取50;b=600mm(腹板厚度);為相應於剪力組合設計值處的截面有效高度,即自縱向受拉鋼筋合力點(包括預應力鋼筋和非預應力鋼筋)至混凝土受壓邊緣的距離,這裡縱向鋼筋合力點距截面下緣的距離為

故=1750-712.60=1037.40mm;為預應力提高係數, =1.25;帶入上式得=1.0×983.08=983.08

計算表明,截面尺寸符合要求,但須配置抗剪鋼筋。

斜截面抗剪承載力按式計算

式中其中——異號彎矩影響係數, =1.0;

——預應力提高係數, =1.25;

——受壓翼緣的影響係數, =1.1。

箍筋選用雙肢直徑為的鋼筋,,間距,則,故

採用全部三束預應力鋼筋的平均值,即,故

>支點截面處斜截面抗剪滿足要求。非預應力構造鋼筋作為承載力儲備,未予考慮。

(2)斜截面抗彎承載力

由於鋼束均錨固於樑端,鋼束數量沿跨長方向沒有變化,且彎起角度緩和,其斜截面抗彎強度一般不控制設計,故不另行驗算。

六、預應力損失計算

1、預應力鋼筋張拉(錨下)控制應力

按《公路橋規》規定採用

=0.75=0.75×1860=1395

2、鋼束預應力損失

(1)預應力鋼筋與管道摩擦引起的預應力損失

已知對於跨中截面=23980/2+310=12300mm;為錨固點到支點中線的水平距離;分別為預應力鋼筋與管道壁的摩擦係數及管道每公尺區域性偏差對摩擦的影響係數,採用預埋金屬波紋管成型時,有附表查得=0.25, =0.0015;θ為從張拉端到跨中截面間管道平面轉過的角度,這裡n1只有豎彎,其角度為,n2和n3不僅有豎彎還有平彎,其角度應為管道轉過的空間角度,其豎彎角度為和,平彎角度為=2×3.

094=6.188,所以空間彎角為

跨中截面(ⅰ-ⅰ)各鋼束摩擦應力損失值見表6.1。

跨中(ⅰ-ⅰ)截面摩擦應力損失計算(表6.1)

同理,可算出其它控制截面處的值,各截面摩擦應力損失值的平均值計算結果見表6.2。

各控制截面平均值(表6.2)

(2)錨具變形、鋼絲回縮引起的應力損失()

計算錨具變形、鋼筋回縮引起的應力損失,後張法曲線布筋的構件應考慮錨固後反摩阻的影響。首先用下式計算,即

式中為張拉端錨具變形之,由附表2-6查得夾片式錨具頂壓張拉時為4mm;為單位長度由管道摩阻引起的預應力損失,;為張拉端錨下張拉控制應力,為扣除沿途管道摩擦損失後錨固端預拉應力,;為張拉端至錨固端的距離,這裡的錨固端為跨中截面。將各束預應力鋼筋的反摩阻影響長度列表計算於表6.3中。

反摩阻影響長度計算表(表6.3)

求得後可知三束預應力鋼絞線均滿足,所以距張拉端為處的截面由錨具變形和鋼筋回縮引起的考慮反摩阻後的預應力損失按下式計算,即式中的為張拉端由錨具變形引起的考慮反摩阻後的預應力損失,。若>則表示該截面不受反摩阻影響。將各控制截面的計算列於表6.

4中。錨具變形引起的預應力損失計算表(表6.4)

(3)預應力鋼筋分批張拉時混凝土彈性壓縮引起的預應力損失()

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專業 土木工程 路橋 姓名 學號 指導老師 一 設計資料 3 二 橫截面及尺寸擬定及毛截面幾何特性計算 3 三 主梁的內力計算 7 四 預應力筋用量計算 8 五 主梁截面幾何特性計算 10 六 跨中截面正截面承載力複核 12 七 截面抗剪承載力計算 13 八 預應力損失估算 15 九 應力驗算 22...