预应力混凝土结构设计原理.ppt

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1、桥梁工程,这是结构设计原理的内容。,拟定结构体系、构造设计和布置(包括主梁的纵、横截面布置)、各部分构造的主要尺寸和细节处理以及桥梁施工的基本方法。,桥梁设计流程,对拟定的结构进行内力计算,根据内力进行配筋计算,对结构进行强度和刚度验算,是否通过,计算结束,否,是,这是桥梁工程的内容。,净截面、毛截面、换算截面、,(a)净截面,(c)换算截面,(b)毛截面,一、截面几何特性,二、内力计算,(一）永久作用（恒载）产生的内力,自重内力需分阶段计算：（1）每阶段受力体系不一样；（2）荷载作用的截面也不相同,适用范围：所有静定结构(简支梁、悬臂梁、带挂孔的T形刚构)及整体浇筑一次落架的超静定结构，主梁

2、一期自重作用于桥上时，结构已是最终体系主梁一期恒载自重内力SG1精确计算公式：式中：主梁自重内力(弯矩或剪力)；主梁一期自重集度；相应的主梁内力影响线坐标。,1.主梁一期自重恒载SG1施工过程中结构不发生体系转换,简支梁一期恒载自重内力SG1 近似计算公式：,任意截面的弯矩：,任意截面的剪力：,为简支梁的一期恒载平均集度为主梁的计算跨径计算截面到支点的距离,2.二期恒载自重内力计算SG2 受力体系：主梁在纵、横向的联接业已完成，二期恒载将作用在桥梁的最终成桥体系上。精确计算方法：考虑结构的空间受力特点，将人行道、栏杆、灯柱和管道等重量像活载那样，按荷载横向分布的规律进行分配。近似的计算方法：将

3、分点作用的横隔梁重量、横向不等分布的铺装层重量、延桥两侧作用的人行道、栏杆、灯柱和管道等重量均匀分摊给主梁。,任意截面的弯矩：,任意截面的剪力：,简支梁二期恒载自重内力SG2 近似计算公式：,(二）可变作用（活载）产生的内力,1.荷载标准值,由可变荷载中的汽车荷载、汽车冲击力、人群荷载（汽车离心力、汽车引起的土侧压力及汽车制动力）组成,可变荷载的类型,车道荷载,城级车道荷载跨径2-20m跨径20-150m,城B级车道荷载跨径2-20m跨径20-150m,公路桥梁的车辆荷载,55T车辆,（公路桥梁）,（城市桥梁）,2.车道横向折减系数,3.车道纵向折减系数,0.3,4.汽车冲击系数,5.荷载的横

4、向分布系数,（1）单梁情况下主梁内力计算,为单梁截面的纵向内力影响线，为单值函数,（2）多片主梁主梁内力计算,单位荷载沿桥面横向(y轴方向)作用在不同位置时，某梁所分配的荷载比值变化曲线，也称作对于某梁的荷载横向分布影响线。,我们定义，P为荷载，则m就称为荷载横向分布系数，它表示某根主梁所承担的最大荷载是作用荷载的倍数（通常小于1）。,A、杠杆原理法,基本假定 桥面板在主梁上断开，当作沿横桥向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁。适用场合,（3）两种横向分布系数的求解方法,双主梁、双拱肋；荷载位于支点附近；横向联系弱，无中横梁的梁桥。,计算m的方法绘出各梁的内力（反力）横向分布影响线；按最不利位置加载

5、（确定荷载横向最不利位置）；P/2加到 顶点上;注意车轮离开缘石的距离,车轮的横向间距 0.5m;确定荷载沿横向最不利位置(左右移动P/2，看 是否减小）;注意汽车的轮距1.8m和车与车之间的距离1.3md.计算各荷载位置的影响线竖标值。求得:汽车：挂车：人群：,偏心压力法,偏心荷载P=1对各主梁的荷载分布图,偏心荷载P=1对各主梁的总作用,设荷载位于k号梁上e=ak，则任意I号主梁荷载分布的一般公式为：关系式：,为 i 号梁到跨中的偏心距,B、修正的偏心压力法（修正刚性横梁法）,基本假定 把横隔梁看作刚度无穷大的刚性梁，在外荷载作用下始终保持直线形状。考虑主梁抗扭刚度。基于横隔梁无限刚性的假

6、定，此法也称“刚性横梁法”。适用场合,有可靠的横向联结，横梁多；而且桥梁宽跨比 小于或接近于0.5的情况；荷载作用在跨中位置,荷载横向分布影响线 k号主梁的荷载横向影响线在各梁轴线处的竖标值，始终成直线。通常写成。以1号边梁为例，它的横向影响线的两个控制竖标值为：,关于和的计算（1）老规范 新规范（2）主梁抗扭惯性矩 的计算 圆形截面矩形截面,(4）横向分布系数沿桥纵向的变化,A、荷载横向分布的变化规律,桥跨中间部分，由于桥面板和横隔梁的作用，荷载横向分布相对比较均匀。,支点附近，荷载仅向作用的主梁上传递，其他主梁基本不参与,跨中mc,偏心压力法,铰接板梁法,刚接板梁法,G-M法,m0求法杠杠

7、法,杠杆法（特殊情况，如双主梁和双拱肋）,计算弯矩 计算所有截面的弯矩，采用沿跨内不变的m，m的取值与跨中截面的mc一致。,B、实用中m分布规律的简化,注意：对于中梁，m0与mc差值较大，且横梁少于三个时，m采用变化的分布,计算剪力,计算支点截面的剪力采用下列图示：梁段内采用变化m，远端采用不变的mc。,跨内其他截面剪力，试具体情况而定。,跨内其他截面剪力，试具体情况而定。,第一步，求某一主梁的最不利荷载横向分布系数；第二步，求解主梁内力影响线，给车道荷载乘以相应的横向分布系数，然后将考虑过车道横向分布影响的车道均布荷载值 满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，同时将考虑车道横向分布集中荷

8、载标准值 作用于相应影响线中一个最大峰值处。根据规范要求，对汽车荷载还必须考虑冲击力的影响、车道的折减系数。,（1）活载内力（不考虑离心力）求解步骤：,6.主梁活载内力的计算方法,通过引入荷载的横向分布系数，将一个空间结构的力学计算问题简化成平面问题。,式中:汽车荷载效应的标准值（即主梁的最大活载内力）；汽车荷载的冲击系数，取值规则如下：,横向车道荷载的折减系数 汽车荷载的纵向折减系数 荷载横向分布系数 计算主梁弯矩可用跨中荷载横向分布系数 代替全跨各点上的，在计算主梁剪力时，应考虑 在跨内的变化，具体取值前面已作介绍；,（2）主梁活载内力计算公式为：,根据内力影响线和荷载横向分布系数的规律所

9、分隔的区间序号 车道荷载均布荷载的标准值；车道荷载集中荷载的标准值；主梁最不利效应时各个同号内力影响线的面积；主梁最不利效应时一个最大影响线峰值.,根据不同的设计要求进行内力组合,(三）内力组合,三、预应力钢筋的设计,(一）预应力钢筋预估,1、按承载能能力极限状态基本组合（P26页）,基本假定：,取下述两个状态预估中的较大值。,判断截面类型,2、按正常使用极限状态（抗裂性）短期效应组合（P58页）,预应力的有效预应力按75考虑,(二）预应力钢筋布置,1、保护层厚度（桥规P90页）,最小保护层厚度（钢筋外缘到底面）不小于钢筋公称直径,与所处的环境条件有关，I、II、III类其保护层各不相同，例如

10、II类：d=40mm,满足上述要求时，要尽可能靠近底面,2、横、纵向布置,纵向布置应与结构的弯矩包络图基本的一致横向布置应保证对称、锚固应有足够的空间,四、换算截面几何特性,五、强度承载能力验算,（一）正截面强度以工字形截面,（二）箍筋设计（P28）,以支点的Q为标准进行设计,（三）斜截面的抗剪强度验算,选取距离支点中心h/2处箍筋间距变化处,六、预应力损失（P54页）,预应力张拉控制应力,永存的有效预应力值,七、正常使用极限状态验算（P58页）,（一）正截面的抗裂性验算以跨中截面正应力控制,（二）斜截面的抗裂性验算取L/4截面中心轴、上、下缘主拉应力控制,（三）变形验算,1、使用阶段挠度计算,2、预加力引起的反拱计算及预拱度的设置,（1）预应力引起的反拱计算,（2）预拱度设置原则,八、持久状况的应力验算（P68页）,验算使用阶段砼法向压应力、预应力钢筋拉应力及斜截面主压应力,内力取标准值，不计分项系数，但要考虑冲击系数,1、跨中截面砼法向压应力验算,Mk作用的标准值Mk Mg Mp,2、受拉区预应力筋最大拉应力验算,3、斜截面主应力验算,九、短暂状况的应力验算（P71页）,验算构件在制造、运输及安装施工阶段由预应力（扣除损失）、构件自重及其他施工荷载引起的截面应力,1、法向压应力验算,2、法向拉应力验算,