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结构设计原理课程设计(DOC)

一、毛截面几何特性计算 1、T 梁受压翼缘有效宽度计算按《桥规》规定,有效宽度'f b min ={}h f /3,b b 12h +’计算跨径梁平均间距,+2{}min 23980/3202=⨯⨯,1800,200+240+12 {}min 7993.3318002704=,, 1800=mm(其中受压区翼缘悬出板厚度:()f h 100020010040/2/1000202mm ≈⨯+⨯=’)2、毛截面几何特性计截面分块示意图见图1.1,毛截面几何特性表见表1.2(附表)。

二、内力组合主梁作用效应组合值计算列于表2,见附表。

三、钢筋数量的确定及布置 1、预应力截面积估算按构件正截面抗烈性要求估算钢筋数量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为(由表2得)121495224852730.383301.38s G G Qs M M M M =++=+++=设预应力钢筋截面重心距界面下缘为100mm p a =,则预应力合力作用点至图1..1 面分块示意图截面重心轴的距离为p b p 12261001126mm e y a =-=-=;钢筋估算时,截面性质近似取用全截面性质计算,由表1得跨中截面全截面面积2898900mm A =,全截面对抗裂验算边缘的弹性抵抗距为963b /298.87010/1226243.77710mm W I y ==⨯=⨯;故有效预加力合力为666s tk pe 6p /0.7f 3301.3810/243.777100.7 2.65 2.039210101/e /W 1/8989001126/243.77710M W N N A -⨯⨯-⨯≥==⨯++⨯ 预应力钢筋张拉控制应力为con pk 0.750.7518601395a f MP σ==⨯=,预应力损失按张拉预应力的20%估算,则可得需要预应力钢筋的面积为6pe2p con2.0392********.49mm 10.20.81395N A σ⨯===-⨯()采用三束5s φ15.24钢绞线,预应力钢筋的截面积为2p 351392085mm A =⨯⨯=。

采用夹片式群锚,φ70金属波纹管成孔。

2、预应力钢筋布置跨中截面预应力钢筋的布置 (1)跨中截面预应力钢筋布置按《公路桥规》中对后张法预应力混凝土受弯构件管道布置的构造要求,对跨中截面的预应力钢筋进行初步布置如图3.1。

(2)锚固面钢筋布置为使施工方便,全部三束预应力钢筋均锚固于梁端(图3.1a,b )如此布置符合均匀分散原则,满足张拉要求,同时N1、N2均弯起较高,可提供较大预剪力。

(3)其他截面钢束布置及倾角计算图3.1 端部及跨中预应力钢筋布置图(单位:mm )○1钢束弯起形状、弯起角θ及弯曲半径 采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯起; N1、N2、N3弯起角θ0分别为7.0146,5.7535,4.3542;各钢束的弯起半径为115000N R mm =;230000N R mm =;315000N R mm =。

○2钢束各控制点位置的确定 各钢束弯起布置如图3.2所示。

由d 0c cot 1200cot 7.0146L θ==⨯确定导线点距锚固点的水平距离距离d 0c cot 1200cot 7.01469753mm L θ==⨯=由0b2tan2L R θ=确定弯起点至导线点的水平距离b27.0146tan15000tan919mm 22L R θ==⨯= 所以弯起点至锚固点的水平距离为d b2975391910672mm L L L ω=+=+=则弯起点至跨中截面的水平距离为23980/23101628mm k x L ω=+-=() 根据圆弧切线的性质,图中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点的水平距离相等,故弯止点至导线点的水平距b1b20cos 919cos 7.0146912mm L L θ==⨯= 故弯止点至跨中截面的水平距离为b1b216289129193460mm k x L L ++=++=同理计算N1、N2的控制点位置,将各钢束的控制参数汇总于表3.3)○3各截面钢束位置及其倾角计算 仍以N3号钢束为例(见图3.2),计算钢束上任一点i 离梁底距离i i a a c =+及该点处钢束的倾角i θ,式中a 为钢束弯起前其重心至梁底的距离,a =100mm ;i c 为i 点所在计算截面处钢束位置的升高值。

当0i k x x -≤()时,i 点位于直线段还未弯起,i c =0,故i a a ==100mm , i θ=0; 当b1b2)i k x x L L -≤+0<()(时,i 点位于圆弧区段,i c 及i θ按下式计算,即 i c R =1sin i k i x x θ--=()R; 当b1b2)i k x x L L -+()>(时,i 点位于靠近锚固端的直线段,此时08i θθ==,i c 按下式计算:b20tan i i k c x x L θ=--()。

各截面钢束位置i a 及其倾角i θ计算值详见表3.4(附表) ○4钢束平弯段的位置及平弯角 N1,N2,N3三束预应力钢绞线在跨中截面布置于同一水平线,而在锚固端都在肋板中心线上,为实现钢束的这种布筋方式,N2,N3在主梁肋板中必须从两侧平弯到肋板中心线上,为便于施工中布置预应力管道,N2,N3在梁中采用相同形式,其平弯位置如图3.5。

平弯段有两段曲线弧,每段曲线弧的弯起角为4321803.0948000θπ=⨯=按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量:在确定预应力钢筋后,非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。

设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力点到截面底边的距离为a =70mm,则有01750701680mm h h a =-=-=先假定为第一类T 型截面,由公式00'(/2)d cd f M f b x h x γ≤-计算受压区高度x ,即(有效宽度'2400mm f b =)61.04969.61022.42400(1680/2)x x ⨯⨯=⨯-求得01680mm '200mmf x h h ====56.0<则根据正截面承载力计算需要的非预应力钢筋截面积为2'22.4240056.0126020851369.5mm 280cd f pd ps sdf b x f A A f -⨯⨯-⨯===采用6根直径为20mm 的HRB335钢筋,提供的钢筋截面积为2s 1884mm A =,在梁底布置成一排(如图3.6),其间距为72mm,钢筋重心到底边的距离为45mm 。

四、截面几何特性计算以第一阶段跨中截面几何特性计算为例列于表 4.1(附表);同理,可求得其它受力阶段控制截面几何特性如表4.2所示(附表)。

五、承载能力极限状态计算 1、正截面承载能力计算一般取弯矩最大的跨中截面进行正截面承载力计算。

(1)求受压区高度x先按第一类T 形截面梁,略去构造钢筋影响,则砼受压区高度为12602085280266162.72mm '200mm'22.42400pd p sd sf cd ff A f A x h f b +⨯+⨯====⨯<受压区全部位于翼缘板内,说明确实是第一类T 形截面梁。

(2)正截面承载力计算预应力钢筋和非预应力钢筋的合力作用点到截面底边距离(a )为1260208510028026614587.85mm126020852802661pd p p sd s s pd p sd sf A a f A a a f A f A +⨯⨯+⨯⨯===+⨯+⨯所以0175087.851662.15mmh h a =-=-=由表2知,梁跨中截面弯矩组合设计值4969.6d M kN m = 则截面抗弯承载能力为 06'/222.4240062.721662.1562.72/25498.74210mm5498.742kN m 1.04969.6kN m u cd f d M f b x h x N M γ=-=⨯⨯⨯-=⨯==⨯0()()>()图3.6 非预应力钢筋布置图(单位:mm )跨中正截面承载能力满足要求。

2、斜截面承载力计算(1)斜截面抗弯承载力计算现制取变化点和支点两处截面进行验算。

○1变化点处: 首先,根据公式进行截面抗剪强度上下限复核,即320000.50100.5110td d f bh V αγ--⨯≤≤⨯式中dV =669.56kN ;,cu kf 为砼等级,这里取50MPa ;b=200mm(腹板厚度);h 为相应于剪力组合设计值处的截面有效高度,即自纵向受拉钢筋合力点(包括预应力钢筋和非预应力钢筋)至混凝土受压边缘的距离,这里纵向钢筋合力点距截面下缘的距离为12602085426.67280188445326.85mm 126020852801884pd p p sd s s pd p sd sf A a f A a a f A f A +⨯⨯+⨯⨯===+⨯+⨯故0h =1750-326.85=1387.15mm;2α为预应力提高系数,2α=1.25;带入上式得0d V γ=1.0×669.56=669.56kN332000.50100.5010 1.25 1.832001387.15317.310k td d f bh N V αγ--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=≤3000.51100.51102001387.151000.48d kN V γ--⨯=⨯⨯≥≥ 计算表明,截面尺寸符合要求,但须配置抗剪钢筋。

斜截面抗剪承载力按式0d cs pd V V V γ≤+计算式中31230.4510cs V bh ααα-=⨯30.7510sin pd pd pb p V f A θ-=⨯∑其中1α——异号弯矩影响系数,1α=1.0;2α——预应力提高系数,2α=1.25;3α——受压翼缘的影响系数,3α=1.1。

020851884100100100 1.4312001387.15p pb sA A A p bh ρ+++==⨯=⨯=⨯箍筋选用双肢直径为10mm 的335HRB 钢筋,280sv f MPa =,间距200mm v S =,则2278.54157.08mm sv A =⨯=,故157.080.00393200200sv sv v A S b ρ===⨯ sin p θ采用全部三束预应力钢筋的平均值,即sin 0.0925p θ=,故31.0 1.25 1.10.45102001387.15809.586k cs V N-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=30.7510126020850.0925182.255pb V kN -=⨯⨯⨯⨯=809.586182.255987.841cs pb V V kN +=+=>0669.56d V kN γ=变化点截面处斜截面抗剪满足要求。

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