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1、学号：0121206120102课程设计课程：混凝土结构设计原理学院：土建学院班级：土 木 zy1202姓名:学号：0121206120102指导老师:2015年1月18日目录一、设计资料2二、设计荷载 2三、主梁毛截面几何特性计算 3四、预应力钢束面积的估算及钢束布置 6五、主梁截面几何特性计算 8六、截面强度计算 11七、钢束预应力损失估算 1.3八、预加应力阶段的正截面应力验算 1.7九、使用阶段的正应力验算 21十、使用阶段的主应力验算 24十一、锚固区局部承压验算 26十二、主梁变形（挠度）计算 28贵州道真高速公路桥梁上部构件设计一、设计资料1、初始条件：贵州道真高速公路桥梁基本上
2、都采用标准跨径，上部构造采用装配式后张法预应力混凝土空心板，20 m空心板、1.25m板宽，计算跨径19.5m，预制长度19.96m。参照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范按A类预应力混凝土构件设计此梁。2、 材料：(1 )混凝土： C40混凝土，Ec 3.25 104MPa，抗压强度标准 值fck 26.8MPa，抗压强度 设计值fed 18.4MPa，抗拉强度标准值ftk 2.40MPa，抗拉强度设计值 ftd 1.65MPa。(2) 非预应力钢筋：普通钢筋主筋采用HRB335级钢筋，抗拉设计强度 fsd 280MPa ;箍筋采用R235级钢筋，抗拉设计强度fsd 195MPa。(
3、3) 预应力钢筋公称直径为15.24mm ，公称面积为140mm2 ，抗拉标准 强度 fpk 1860MPa， fpd 1260MPa，弹性模量 Ep二 1.95 X105Mpa，低松弛 级。、设计荷载设计荷载为公路-I级，结构重要性系数0取1.0。荷载组合设计值如下:Q跨中 76kN M 汽 399kN.mM 恒 710kN.mM 跨中 1395kN.mQj 372kNM j0 0 M1/41025kN.m三、主梁毛截面几何特性计算主梁毛截面图(单位mm)A 八边形(232 32)(23 2 24)2 2324402cm2毛截面面积：A 12490 - 44026758 cm2截面惯性矩：I
4、 124 90332703c 23 24323423 242-42孑(12612503Cm1212123623现将空心板等效为工字形梁，则计算公式如下:(1)按照面积相等的原则2bkhkA八边形(2 )按照惯性矩相等的原则3bA16 (23 2 24)3121223 2431223 24312234361 2-232 (12)2703982cm42 3联立解得：bk 35.5cm; hk 62cm1故等效工字梁的上翼板厚度：hfhk 14cm2、 1下翼板厚度：hf y2 ghk 14cm腹板厚度：b bf 2R 53cm故等效后的截面如图所示（单位： mm）:O O O .19760 J 7
5、,吐J竝力刑口等效后截面特性计算如下：全截面面积：A A全截面重心至梁顶距离：yiAyA式中：A 分块面积;yi -分块面积重心至梁顶边的距离;8-I!38SO|截面分块示意图(单位：mm )主梁全截面几何特性如下:分块号分块面积2A(cm )yi(cm)Si Ai(cm3)h Yu Yi(cm)lx A(Yu Yi)2 (cm4)I. bh7Ii/12(cm4)171 X14=9947695838143533612998.9253 X90=477045244650003219750371 X14=9948382502-38143533612998.9合计AA6758YuAi Yi45Yb90
6、 4545S334110Ix2870672Ii3245747.8IIxIi6122892其中：Ii -分块面积A对其自身重心轴的惯性矩lx-分块面积A对全截面重心轴的惯性矩四、预应力钢束面积的估算及钢束布置(1)预应力钢筋面积估算按作用短期效应组合下正截面抗裂性要求，估算预应力钢筋数量对于A类部分预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂性要求，可得跨中截面有效预加力为:NpeMs W 0.7ftk1 epA w其中：Ms为正常使用极限状态下按作用短期效应组合计算的弯矩值，由已知初始条件可知：；Ms M跨中 1395 KN m设预应力钢筋截面重心距截面下缘 ap 70mm，则预应力钢筋的合力作用点至截
7、面重心轴的距离ep y ap 450 70 380mm；钢筋估算时，截面性质近似取用全截面的性质来计算，由表可知，跨中截面全截面面积A 6758cm ；全截面对抗裂验算边缘(即下缘)的弹性抵抗矩为W 丄 6122892yb 453136064cm ；ftk为C40混凝土抗拉强度标准值 和2.40MPa ；因此，有效预加力合力为：peMs W 0.7 ftk1 epA W63(1395 10 ) (136064 10 ) 0.7 2.413803675800136064 102.006 106N预应力钢筋的张拉控制应力为con 0.75fpk 0.75 1860 1395MPa，预应力损失按张拉
8、控制应力的20%估算，则需要预应力钢筋的面积为Appe(10.2)con2.006 1060.8 13951397mm2因此，采用2束7 15.24的钢绞线，则预应力钢筋的面积Ap 2 7 140 1960mm2 1797mm2，满足条件。采用夹片式群锚，70金属波纹管成孔(2)非预应力钢筋面积估算及布置在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的 要求来估算非预应力钢筋数量。设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力作用点到截面底边的距离为a 70mm，则有 h0 h a 900 70830mm先假定为第一类T梁，则有x 阳6xrMdfcdbfX(h。)即 1.0 1395 10
9、18.4 1240 x (830 -)2 2解得：x 77mm v h；140mm (另一解不符合题意，舍去)因此确为第一类T梁。由 fcdbfx fsdAs fpd Ap 可知：fcbx fpdA 184 1240 77 1260 1960254珈卅。fsd280由式可知，非预应力普通钢筋的面积计算值小于 0,因此，在受拉区不需要按照计算配置非预应力普通钢筋，仅需要按照构造要求配置非预应力钢筋，即可满足此项配筋要求。由公路桥规936可知，可取4 14的普通钢筋,A 616mm2。现将预应力钢筋和非预应力钢筋布置成一排，钢筋布置图如下： 畫示非预应力钢鹘O履示预应力钢筋最小保护层厚度：c 70
10、-35 35mmd 14mm30mm，符合要求钢筋净距：Sn1240 70 2 70 2 3 18.45180mmd 14mm30mm要求。五、主梁截面几何特性计算由课本查表可知，对于本题已知的混凝土、预应力钢筋、普通钢筋，其弹 性模量分别为Ec 3.25 104MPa、Ep 1.95 105MPa、Es 2.0 105MPa（1）预加应力阶段梁的几何特性在主梁混凝土强度达到设计强度的 90%后进行预应力的张拉，此时管道尚 未灌浆，因此其截面特性为计入非预应力钢筋影响（将非预应力钢筋换算为混凝土)的净截面，计算中应扣除预应力管道的影响。此时,Ec 3.05 104MPa则有钢筋换算系数如下:E
11、pEpEC1.95 1053.05 1046.4Es2.0 1053.05 1046.6分块名称分块面积A (mm2)A重心到梁顶距离yi(mm )对梁顶边的面积矩SiAiyi(mm3)自身惯性矩I i (mm4)you yi(mm)lxAi (you yi)2(mm4)截面惯性矩I Ii Ix(mm4)混凝土全面积6758004503.04111086.1228921010-0.227032预留管道面积3 n 7028303.194 1060-380.25.563108343848 .5非预应力 钢筋换算 面积(Es 1)代3449.683028631680-380.24.986 108净截
12、面换算面积6.754 105you449.83.308 1086.12289210100.5721086.065 1010(2)使用阶段梁的几何特性使用阶段孔道已经灌浆，因此不考虑孔道的影响，而考虑预应力钢筋对换算截面的影响，其中钢筋换算系数如下:Ep且6 Es EEc 3.25 104Ec2.0 1053.25 1046.15分块名称分块面积A (mm2)Ai重心 到梁顶 距离yi(mm)对梁顶边的面积矩自身惯性矩Ii4 (mm )you yi(mm)lxA (yu(mm4)Yi)2截面惯I Ii(mm4)性矩IxSi Ai3(mm )yi混凝土全面3.04111086.1228926758004507.173.47 107积1010(Ep 1)Ap预应力钢筋98008308.134 106019.992107换算面积142.83非预应力钢(Es 1)As一8302.63 10606.4718107筋换算面积3172.4142.83全截面换算56.888 10you6.122892457.173.149 108,-102.99381086
