装配式预应力混凝土简支T梁课程设计.ppt
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1、装配式预应力混凝土简支T梁课程设计1一、课程设计目的 装配式预应力混凝土简支T梁是目前我国桥梁上最常用的形式之一,常用跨径为3060m。在学习了预应力混土结构的材料与预应力工艺设备、预应力损失计算、构件截面承载力计算、构件截面应力和变形计算、锚固区计算等等后,通过本作业可以了解预应力混凝土简支T梁的设计与计算,进一步理解和巩固所学得的预应力混凝土结构设计理论知识,初步掌握预应力混凝土桥梁的设计步骤,熟悉规范的有关条文及其应用。2 3 4 5 6二、基本资料1、跨径和宽度 计算跨径:L026.036.0m;主梁全长:L26.9636.96m;桥面宽度:10.013.8m。2、设计荷载 公路级;公
2、路级。7二、基本资料3、材料(1)混凝土 主梁混凝土强度等级不低于C40;栏杆和桥面铺装混凝土强度等级为C40。8二、基本资料(2)预应力筋 纵向预应力束采用75mm高强度低松弛预应力钢绞线,每束6根。钢绞线技术标准应符合预应力混凝土用钢绞线(GB/T5224-2003),公称直径s15.2mm,标准强度fpk=1860MPa,弹性模量Ep1.95x105MPa,单股面积Ay139mm2。9二、基本资料(3)普通钢筋 直径小于12mm的采用R235钢筋,符合国家标准钢筋混凝土用钢 第1部分:热轧光圆钢筋(GB1499.1-2008);直径大于等于12mm的采用HRB335钢筋,符合国家标准钢筋
3、混凝土用钢 第2部分:热轧带肋钢筋(GB1499.2-2007)。10二、基本资料(4)锚具 锚具应符合预应力筋用锚具、夹具和连接器(GB/T 14370-2007)相应种类锚具的各项要求。锚垫板尺寸为210210mm,锚板12648mm。锚垫板布置最小间距应满足:锚垫板之间间距a=215m,锚垫板与梁边缘之间距离b=135mm。11二、基本资料(5)波纹管 纵向预应力钢束可采用金属波纹管,波纹管内径为70mm,外径为77mm。金属波纹管技术标准应符合预应力混凝土用金属波纹管(JG225-2007)的规定。12二、基本资料4、施工方法 装配式预应力混凝土简支梁采用预制施工方法、后张预应力工艺。
4、预制段翼缘板宽度为1.8m左右。混凝土强度达到设计强度75以上开始施加预应力,采用YCW150B型千斤顶两端同时张拉。张拉完成24小时内采用真空压浆工艺进行波纹管内混凝土的压浆。13三、基本内容1、主梁构造尺寸拟定;2、毛截面几何特性计算;3、截面内力计算;4、钢束面积估算;5、钢束布置;6、主梁截面特性计算;7、预应力损失计算;8、截面强度验算;14三、基本内容9、应力验算;10、挠度及锚固区计算;11、桥面板配筋;12、板式橡胶支座设计(待定);13、主梁横膈梁配筋(待定);14、绘图及整理计算书。15四、计算指导书(一)主梁构造尺寸拟定 主梁截面尺寸按桥梁工程教材,可参照经验数据确定。l
5、、高跨比:l/15l/25;一般可取1/161/18。2、横隔梁:57道;3、主梁宽度:2.02.5m;16四、计算指导书(一)主梁构造尺寸拟定4、主梁腹板厚度 1820cm,并符合规范(JTG D622004)第9.3.3条规定;从截面效率指标 值来分析,肋板愈薄,值也愈大。5、翼缘板厚度 按规范第9.3.3条估算。悬臂端部厚度不小于140mm;与腹板相连处的翼缘厚度不应小于梁高1/10。承承托底坡 。17四、计算指导书(一)主梁构造尺寸拟定6、下马蹄 马蹄面积不宜少于全截面的10%20%;马蹄宽度约24倍腹板厚度;斜坡必须大于45;斜坡区钢束管道保护层不小于6cm;马蹄全宽部分高度加上1/
6、2斜坡区高度约为(0.150.20)h;梁端处高度满足钢束布置的需要。18四、计算指导书(一)主梁构造尺寸拟定7、横隔梁 高度以跨中横梁和下马蹄相交为准;厚度15cm;支点处横梁高度可以与梁高一致。8、纵向截面尺寸变化 在梁端锚固区,为了布置锚具与满足局部承压的需要,常按构造要求将腹板加厚至与马蹄同宽,而马蹄的高度应随着预应力筋的弯起而逐渐加高。第一道中横膈梁或1/4L截面进行抬高。19 20 21 22 23四、计算指导书(二)毛截面几何特性计算 从预应力简支T梁的施工过程看,翼板的一部分在T梁安装就位后现浇,使横截面T梁连成整体,扣除现浇段的T梁截面称为小毛截面,全截面称为大毛截面,因此预
7、制时梁的自重,接缝重量及预应力荷载均由小毛截面承担,二期恒载,活载由大毛截面承担。l、小毛截面特性计算;2、大毛截面特性计算。24四、计算指导书(二)毛截面几何特性计算 预应力混凝土构件抵抗荷载内力的机理与钢筋混凝土构件不同:1、钢筋混凝土构件主要是依靠变化的钢筋合力(或变化的混凝土的合力),与固定的内力偶臂的乘积(被动受力);2、预应力混凝土构件,则是依靠基本不变的预加力(或混凝土的合力),与随外弯矩变化而变化的内力偶臂的乘积(主动受力)。25四、计算指导书(二)毛截面几何特性计算 对于预应力混凝土受弯构件来说,其内力偶臂所能变化的范围越大,则在预加力相同的条件下,其所能抵抗外弯矩的能力也就
8、越大,即抗弯效率越高。对于全预应力混凝土梁,混凝土合力只能在上下核心之间移动。26四、计算指导书(二)毛截面几何特性计算截面效益指标(The Section Efficiency factor)任意截面的截面特性:截面高度h,上核心距Ku,下核心距Kb,预应力筋的偏心距e。值较大的截面较为经济,因此一般都在0.450.5以上。27四、计算指导书(二)毛截面几何特性计算 截面效率指标实际上也是反映截面混凝土材料沿梁高分布的合理性,它与截面型式有关:矩形截面为0.33;空心板随挖空率而变化,一般为0.440.55;普通T形截面0.400.45;带马蹄的T形截面0.450.55。对于T形梁一般当 0
9、.55时,截面过分单薄,应注意检查薄腹板、薄翼缘的稳定性。28四、计算指导书(三)截面内力计算1、恒截内力(1)自重根据主梁初估尺寸,分各阶段计算荷载集度;横隔梁自重按集中力计取;(2)铺装考虑8cm厚混凝土铺装(容重24kN/m3)和6cm厚沥青铺装(容重23kN/m3)。29四、计算指导书(三)截面内力计算(3)栏杆和人行道按设计资料数值两种方法计算。两侧栏杆和人行道按主梁数量平均分担;荷载横向分布影响线计算各片主梁的分担值。30四、计算指导书(三)截面内力计算2、活载内力(1)冲击系数和车道折减系数冲击系数按“通用规范”第4.3.2条规定 计算;计算公式见条文说明P83。车道折减系数按“
10、通用规范”第4.3.1条规定计算。(2)横向分布跨中按比拟正交异性板法计算主梁的横向分布;支点按杠杆法计算横向分布。31G-M法计算原理1、将由主梁、连续的桥面板和多横隔梁所组成的梁桥,比拟简化为一块矩形的平板;2、弹性薄板按弹性理论进行分析;3、求解板在半波正弦荷载下的挠度,并利用挠度比与内力比、荷载比相同的关系计算横向分布影响线。32G-M法计算原理G-M计算步骤:各向同性板的挠曲微分方程 比拟正交异性板的挠曲微分方程 阐明桥梁结构近似比拟成板的途径 讨论应用图表的原理和实用计算方法。33G-M法计算原理弹性薄板计算图式34G-M法计算原理内力与荷载的平衡关系:35G-M法计算原理应力与应
11、变关系:应变与位移关系:36G-M法计算原理内力与位移关系:37G-M法计算原理正交均质弹性板的挠曲微分方程结构材料在x,y两个方向弹性性质不同正交异性板的挠曲微分方程板的单宽抗弯刚度:38G-M法计算原理应力与应变关系:应变与位移关系:39G-M法计算原理内力与位移关系:40G-M法计算原理正交各向(材料)异性板的挠曲微分方程:41G-M法计算原理比拟正交异性板挠曲微分方程:42G-M法计算原理比拟正交异性板的挠曲微分方程:扭弯参数43G-M法计算原理正交各向(材料)异性板的挠曲微分方程:44G-M法计算原理结论:任何纵、横梁格系结构比拟成的异性板,可以完全仿照真正的材料异性板来求解,只是方
12、程中的刚度常数不同。扭弯参数表示比拟板两个方向的单宽抗扭刚度代数平均值与单宽抗弯刚度几何平均值之比。45图表G-M法计算荷载与挠度的关系:46图表G-M法计算内力与外力的平衡条件:47图表G-M法计算位移互等定理反力互等定理影响系数:荷载作用在任意位置i时的k点挠度值与同一荷载下的平均挠度之比。48图表G-M法计算Kki是计算的板条位置k、荷载位置i、扭弯参数,以及纵、横向截面抗弯刚度之比的函数,已经被制成图表。制表人Guyon、Massonnet,本方法称G-M法。49图表G-M法计算表中只有9点值,必须通过内插计算实际位置值某主梁荷载横向影响线坐标查表:50图表G-M法计算51图表G-M法
13、计算K值的校核52图表G-M法计算查表数值校对:53G-M法算例54G-M法算例55G-M法算例56G-M法算例57G-M法算例58G-M法算例59G-M法算例60G-M法算例61杠杆原理法适用范围:1.主梁支点处的荷载横向分布系数;2.横向联系很弱的无中横梁的主梁。62杠杆原理法63杠杆原理法汽车荷载横向分布系数:人群荷载横向分布系数:64荷载横向分布系数沿桥纵向的变化对于弯矩 由于跨中截面车轮加载值占总荷载的大多数,近似认为其它截面的横向分布系数与跨中相同;在电算中纵桥向可以采用不同的横向分布系数。对于剪力 从影响线看跨中与支点均占较大比例;从影响面看近似影响面与实际情况相差较大。65荷载
14、横向分布系数沿桥纵向的变化66荷载横向分布系数沿桥纵向的变化计算弯距时横向分布沿桥纵向的变化67荷载横向分布系数沿桥纵向的变化计算剪力时横向分布沿桥纵向的变化68四、计算指导书2、活载内力根据桥梁工程理论,利用影响线计算上述三个截面的最大弯矩、最大剪力。计算公式为:式中:S所求截面的汽车(人群)标准荷载的弯矩或剪力;qk车道均布荷载标准值;Pk 车道集中荷载标准值;影响线上同号区段的面积;y 影响线上最大坐标值。69四、计算指导书70四、计算指导书(三)截面内力计算3、荷载组合 按通用规范(JTG D602004)第4.1.6条进行承载能力极限状态内力组合。按通用规范(JTG D602004)
15、第4.1.7条和4.1.8条进行正常使用极限状态内力组合。71四、计算指导书典型的简支梁弯矩、剪力包络图72四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算1、翼缘有效宽度 根据设计规范第4.2.2条,对于T形截面受压区翼缘计算宽度bf,应取用下列三者中的最小值:(1)计算跨径的1/3;(2)相邻主梁间距;(3)73四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算2、按持久状况承载能力极限状态要求估算钢束面积 设计规范第5.2.3条,假定 (1)判别受压区高度x假设 则为第一类T形截面,否则为第二类T形截面。74四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算75四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估
16、算2、按持久状况承载能力极限状态要求估算钢束面积第一类T形截面76四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算2、按持久状况承载能力极限状态要求估算钢束面积第二类T形截面上述两类T形截面均需满足 。77四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算3、按施工和使用阶段混凝土正应力的限制值(1)短暂状况构件的应力计算,设计规范第7.2.8条。预加应力阶段:78四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算3、按施工和使用阶段混凝土正应力的限制值(2)持久状况正常使用极限状态抗裂验算,设计规范第6.3.1条。全预应力混凝土构件:A类预应力混凝土构件:79四、计算指导书(四)跨中截面预应力钢束的估算3、
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- 装配式 预应力 混凝土 课程设计