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1、预应力课程设计预应力混凝土桥梁结构设计原理课程设计全预应力混凝土简支梁设计一、设计资料1、桥面净空：净9 + 2 1m2、设计荷载：城-A级车辆荷载，结构重要性指数g0 = 1.13、材料规格（1）混凝土：C50级，=1.83MPa；（2）预应力钢筋：17标准型-15.2-1860-II-GB/T5224-1995钢绞线，抗拉强度标准值fpk = 1860MPa，抗拉强度设计值fpd = 1260MPa，弹性模量Ep = 1.95105MPa；（3）普通钢筋：纵向抗拉普通钢筋采用HRB335钢筋，箍筋及构造钢筋采用R235钢筋。4、主要结构尺寸主梁标准跨径Lk = 32m，梁全长31.96m，
2、计算跨径Lf = 31.16m。主梁高度h=1400mm，主梁间距S=2200mm，其中主梁上翼缘预制部分宽为1600 mm，现浇段宽为600mm，全桥由5片梁组成。桥梁横断面尺寸如图1所示。5、施工方式主梁采用预制方式施工，后张法施加预应力。主梁安装就位后，现浇各梁间的60cm顶板接头混凝土。最后进行桥面系施工。图1 桥梁横断面尺寸（单位：cm）6、内力计算结果摘录表1 恒载内力计算结果截面位置距支点截面的距离x（mm）预制梁自重横向湿接段自重二期恒载弯 矩剪 力弯 矩剪 力弯 矩剪 力MG1PK（kNm）VG1PK（kN）MG1mK（kNm）VG1mK（kN）MG2K（kNm）VG2K（k
3、N）支点00.0 272.0 0.0 36.7 0.0 106.3 变截面47001054.0 186.2 142.4 25.2 411.9 72.8 L/477901487.4 136.0 200.9 18.4 581.2 53.2 跨中155801983.3 0.0 267.8 0.0 775.0 0.0 表2 活载内力计算结果截面位置距支点截面的距离x（mm）A级车道荷载人群荷载最大弯矩最大剪力最大弯矩最大剪力MQ1K(kNm)对应V（kN）VQ1K（kN）对应M(kNm)MQ2K(kNm)对应V（kN）VQ2K（kN）对应M(kNm)支点00.0301.1373.80.00.015.9
4、15.90.0变截面4700941.3188.3220.91016.269.413.513.763.1L/477901229.8145.5 170.61243.5101.19.911.079.7跨中155801633.769.395.21387.5137.40.04.768.7注：（1）车辆荷载内力MQ1K、VQ1K中已计入冲击系数1+m=1.1188。（2）设表2中的荷载效应为S，第i个学号的同学采用的活载内力值Si为Si = S 1 + (i 40) 0.005二、设计内容（1）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
5、用极限状态计算）各种情况下的组合结果见下表3 表3 荷载内力计算结果截面号基本组合Sd短期组合Ss长期组合SLMmax对应QQmax对应MMmax对应QQmax对应MMmax对应QQmax对应M10.0937.41039.10.00.0619.3664.80.00.0529.0555.00.023325.6619.7665.73423.22266.7415.5436.22307.21972.6356.9368.71996.834558.4463.9500.24553.53140.1308.5325.33127.22749.6263.6273.02746.046072.397.0138.5565
6、0.84185.643.364.23962.93665.124.835.93549.7（2）预应力钢筋数量的确定及布置首先，根据跨中截面正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为： 为荷地载短期效应弯矩组合设计值，查表3得，=4185.6；估算钢筋数量时，可近似采用毛截面几何性质。按图1给定的截面尺寸计算：， ， 为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离，。假设=150mm，则 =884.4128-150=734.4128mm由此得到拟采用钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积139，抗拉强度标准值1860，张拉控制应力取，预应力损失按张拉控制力的20%估算。所需预应力钢绞线的
7、根数为：，取32根。采用4束8预应力钢筋束，HVM15-8型锚具，供给的预应力筋截面面积=32139=4448，采用80金属波纹管成孔，预留管道直径为85mm。预应力筋束的布置见图2。预应力筋束的曲线要素及有关计算参数列于表4，表5。 图2 预应力筋束布置（尺寸单位：mm）图3 钢束布置形状曲线图表4 预应力筋束曲线要素表钢筋编 号起弯点距跨中（mm）曲线水平长度（mm）f1(mm)f2(mm)曲线方程1 0 158001270300y=300+4.13*10-6x2 2 2000 138001030120y=120+4.78*10-6x2 3、4 9000 5800320120y=120+4
8、.33*10-6x2表5各计算截面预应力筋束的位置和倾角计算截面截面距离跨中(mm)锚固截面15800支点截面15580变化点截面10880L/4截面7790跨中截面0钢束到梁底距离(mm)112701243.2759.96535.79300.0210301001.2496.80280.19120.03，4320307.27135.29120.0120.0平均735.0714.7381.8264.0165.0钢束与水平线夹角(度)17.4702 6.9371 4.8444 3.4685 0.0000 27.5564 7.4359 4.8624 3.1704 0.0000 3，43.3703 3
9、.2613 0.9318 0.0000 0.0000 平均5.44185.22392.89261.65970.0000累计角度10.00000.09802.19073.56657.035120.00000.12052.69404.38607.55643，40.00000.10902.43853.37033.3703（3）截面几何性质计算截面几何性质的计算需根据不同的受力阶段分别计算。本设计中，主梁从施工到运营经历了如下几个阶段：1) 主梁混凝土浇筑，预应力筋束张拉（阶段1）混凝土浇注并达到设计强度后，进行与预应力筋束的张拉，但此时管道尚未灌浆，因此，其截面几何性质为计入了普通钢筋的换算截面，但
10、应扣除预应力筋预留管道的影响。该阶段顶板的宽度为1600mm。2) 灌浆封锚，吊装并现浇顶板600mm的连接段（阶段2）预应力筋束张拉完成并进行管道灌浆、封锚后，预应力束就已经能够参与全截面受力。再将主梁吊装就位，并现浇顶板600mm的连接段时，该段的自重荷载由上一阶段的截面承受，此时，截面几何性质应为计入了普通钢筋、预应力钢筋的换算截面性质。该阶段顶板的宽度仍为1600mm。3) 二期恒载及火灾作用（阶段3）该阶段主梁截面全部参与工作，顶板的宽度为2200mm，截面几何性质为计入了普通钢筋和预应力钢筋的换算截面性质。各阶段截面几何性质的计算结果列于表6。表6全预应力构件个阶段截面几何性质阶段
11、截面A(*106mm)J(mm)yx(mm)ys(mm)ep(mm)Ws(mm)Wx(mm)Wp(mm)阶段1支点1.04794 0.19609 786.7 613.3 71.9 0.31972 0.24926 2.72577 变截面0.60710 0.16055 837.9 562.1 456.1 0.28562 0.19162 0.35205 L/40.60710 0.15766 843.6 556.4 615.9 0.28339 0.18688 0.25600 跨中0.60710 0.15640 846.0 554.0 681.0 0.28230 0.18487 0.22966 阶段2支
12、点1.09288 0.20410 783.7 616.3 69.0 0.33118 0.26043 2.95882 变截面0.65204 0.17238 806.5 593.5 424.6 0.29042 0.21374 0.40595 L/40.65204 0.17496 801.2 598.8 573.4 0.29218 0.21837 0.30510 跨中0.65204 0.17607 799.1 600.9 634.1 0.29300 0.22035 0.27769 阶段3支点1.18268 0.18633 825.1 474.9 110.4 0.39235 0.22582 1.68817 变截面0.74204 0.19381 869.3 430.7 487.5 0.45005 0.22294 0.39755 L/40.74204 0.19683 864.7 435.3 637.0 0.45220 0.22762 0.30901 跨中0.74204 0.19812 862.9 437.1 697.9 0.45321 0.22961 0.28390 (4)承载能力极限状态计算1）跨中截面正截面承载力计算a)跨中截面尺寸及配筋情况见图2。图中：，上翼缘板厚度为150mm，若考虑承托影响，其平均厚度为
