[结构设计原理]课程设计

《结构设计原理》课程设计任务书

一、课程设计的目的

课程设计是学生学完课程学习内容后进行的一次基本技能训练，是一项综合性的教学环节，它是培养高级技术人才的一个重要环节。通过课程设计达到下述目的：

1、巩固、提高、充实和运用所学过的专业理论与专业知识，尤其是无法在考试中实现的大量设计计算问题；

2、培养和锻炼学生独立工作能力及分析和解决实际工程技术问题的能力； 3、提高学生理解和贯彻执行国家基本建设有关方针政策的水平； 4、培养学生树立正确的设计思想、观点和方法；

5、在设计过程中，进一步提高学生计算、绘图、运用科技资料与编写技术文件等方面的能力。

二、课程设计要求

学生对课程设计工作要严肃认真，独立思考，刻苦专研，自觉培养良好的学风与工作态度，按时完成一份完整的课程设计。

1、要以独立思考为主，同时要尊重指导教师的意见；

2、设计必须符合2004年新颁布的《公路桥梁规范》有关要求； 3、设计应体现技术上先进、经济上合理、安全上可靠；

4、设计说明书由本人亲自编写，严禁从现有书刊文献中成段抄录。书写文字力求工整，语言简明、扼要、通顺，计算部分必须写出公式与完整的计算过程，并要说明式中符号意义；

5、说明书一律手写（A4纸），不得复印。插图随文章绘制，插图要完整且大致符合比例；

6、绘制的图纸要求大小统一，图面清晰整洁，要求正确标注尺寸、符号及图例。

三、课程设计内容

根据给定的桥梁基本设计资料（主要结构尺寸、计算内力等）设计预应力混凝土简

支T型主梁。主要包括：

1、预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置； 2、截面几何性质计算；

3、承载能力极限状态计算（正截面和斜截面承载力计算）； 4、预应力损失估算；

5、应力验算（短暂状况和持久状况的应力验算）；

6、抗裂验算（正截面与斜截面抗裂验算）或裂缝宽度计算； 7、主梁变形（挠度）计算；

8、锚固局部承压计算和锚固区设计； 9、绘制主梁施工图。

四、课程设计的数据

通过预应力混凝土简支T型梁桥的一片主梁设计，要求掌握设计过程的数值计算方法及有关构造要求规定，并绘制施工图。

（一）基本设计资料

1、设计荷载：公路I级荷载，人群荷载3.5kN/m2，结构重要性系数0=1.0。 2、环境标准：Ⅱ类环境 3、材料性能参数 （1）混凝土

强度等级为C50，主要强度指标为：

;ftk2.65MPa 强度标准值 fck32.4MPa

强度设计值 fcd22.4MPa;ftd1.83MPa 弹性模量 Ec3.45104MPa

（2）预应力钢筋采用ASTM A416-97a标准的低松弛钢绞线（17标准型），其强度指标为：

抗拉强度标准值 fpk1860MPa 抗拉强度设计值 fpd1260MPa 弹性模量 Ep1.95105MPa 相对界限受压区高度 b0.4,pu0.2563

公称直径为15.24mm，公称面积为140mm2。 （3）非预应力钢筋

1）纵向抗拉非预应力钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为 抗拉强度标准值 fsk400MPa 抗拉强度设计值 fsd330MPa 弹性模量 Es2.0105MPa 相对界限受压区高度 b0.53,pu0.1985

2）箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为： 抗拉强度标准值 fsk330MPa 抗拉强度设计值 fsd280MPa 弹性模量 Es2.0105MPa 4、主要结构尺寸

主梁标准跨径LK25m，梁全长24.96m，计算跨径L124.3m。

主梁高度h=1400mm，主梁间距S=1600mm，其中主梁上翼缘预制部分宽为1580mm，现浇段宽为20mm，全桥由9片梁组成。主梁跨中截面尺寸如图1所示。主梁支点截面或锚固截面的梁肋宽度为360mm。

图1 主梁跨中截面

（二）内力计算结果摘录 1、恒载内力

（1）预制主梁自重g1p11.45kN/m

（2）二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆）g2p6.51kN/m 恒载内力计算结果见表1（数据做参考，若有问题，可以修改）。 2、活载内力

汽车荷载按公路-Ⅰ级荷载计算，冲击系数1+µ=1.193，人群荷载按3.5kN/m2计算。 活载内力以2号梁为准。活载内力计算结果见表2（数据做参考，若有问题，可以修改）。

3、内力组合

（1）基本组合（用于承载能力极限状态计算）

M

d

1.2(MG1kMG2k)1.4MQ1k1.12MQ2k

Vd1.2(VG1kVG2k)1.4VQ1k1.12VQ2k

（2）短期组合（用于正常使用极限状态计算）

M

s

(M

G1k

M

)0.7G2k

M

Q1k

1

M

Q2k

（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）

M

l

(M

G1k

M

)0.4(G2k

M

Q1k

1

M

Q2k

)

各种情况下的组合结果见表3。

表1 恒载内力计算结果

表2 活载内力计算结果

注：车辆荷载内力MQ1k 、VQ1k中已计入冲击系数1+µ=1.193。

表3 荷载内力计算结果

（三）施工方法要点

后张法施工，采用金属波纹管和夹片锚具，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，当混凝土达到设计强度时进行张拉，张拉顺序与钢束序号相同。

（四）设计要求

1、方案一：按全预应力混凝土设计预应力混凝土T形主梁。

2、方案二：按部分预应力混凝土A类构件设计预应力混凝土T形主梁。 3、方案三：按部分预应力混凝土B类构件（允许裂缝宽度为0.1mm）设计预应力混凝土T形主梁。

※学生应按指导教师要求选择其中一个方案进行设计。

五、课程设计应完成的工作

1．编制计算说明书；

2．绘制施工图（主要包括：主梁支点横断面图、主梁跨中横断面图、主梁钢束布置图、主梁钢束数列表等，根据设计内容自己决定）。

六、课程设计进度按排（可根据实际情况自己灵活按排）

七、应收集的资料及主要参考文献

1、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）,北京：人民交通出版社； 2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）,北京：人民交通出版社；

3、《混凝土简支梁（板）桥》易建国编，北京：人民交通出版社，2000年； 4、闫志刚主编，钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土简支梁桥结构设计。北京：机械工业出版社，2009

5、《桥梁工程》，范立础，北京：人民交通出版社, 2000年； 6、结构设计原理，叶见曙编著，北京：人民交通出版社,2006；

发出任务书日期： 20 年 月 日

计划完成日期： 20 年 月 日

指导教师（签名）：

《结构设计原理》课程设计任务书

一、课程设计的目的

课程设计是学生学完课程学习内容后进行的一次基本技能训练，是一项综合性的教学环节，它是培养高级技术人才的一个重要环节。通过课程设计达到下述目的：

1、巩固、提高、充实和运用所学过的专业理论与专业知识，尤其是无法在考试中实现的大量设计计算问题；

2、培养和锻炼学生独立工作能力及分析和解决实际工程技术问题的能力； 3、提高学生理解和贯彻执行国家基本建设有关方针政策的水平； 4、培养学生树立正确的设计思想、观点和方法；

5、在设计过程中，进一步提高学生计算、绘图、运用科技资料与编写技术文件等方面的能力。

二、课程设计要求

学生对课程设计工作要严肃认真，独立思考，刻苦专研，自觉培养良好的学风与工作态度，按时完成一份完整的课程设计。

1、要以独立思考为主，同时要尊重指导教师的意见；

2、设计必须符合2004年新颁布的《公路桥梁规范》有关要求； 3、设计应体现技术上先进、经济上合理、安全上可靠；

4、设计说明书由本人亲自编写，严禁从现有书刊文献中成段抄录。书写文字力求工整，语言简明、扼要、通顺，计算部分必须写出公式与完整的计算过程，并要说明式中符号意义；

5、说明书一律手写（A4纸），不得复印。插图随文章绘制，插图要完整且大致符合比例；

6、绘制的图纸要求大小统一，图面清晰整洁，要求正确标注尺寸、符号及图例。

三、课程设计内容

根据给定的桥梁基本设计资料（主要结构尺寸、计算内力等）设计预应力混凝土简

支T型主梁。主要包括：

1、预应力钢筋及非预应力钢筋数量的确定及布置； 2、截面几何性质计算；

3、承载能力极限状态计算（正截面和斜截面承载力计算）； 4、预应力损失估算；

5、应力验算（短暂状况和持久状况的应力验算）；

6、抗裂验算（正截面与斜截面抗裂验算）或裂缝宽度计算； 7、主梁变形（挠度）计算；

8、锚固局部承压计算和锚固区设计； 9、绘制主梁施工图。

四、课程设计的数据

通过预应力混凝土简支T型梁桥的一片主梁设计，要求掌握设计过程的数值计算方法及有关构造要求规定，并绘制施工图。

（一）基本设计资料

1、设计荷载：公路I级荷载，人群荷载3.5kN/m2，结构重要性系数0=1.0。 2、环境标准：Ⅱ类环境 3、材料性能参数 （1）混凝土

强度等级为C50，主要强度指标为：

;ftk2.65MPa 强度标准值 fck32.4MPa

强度设计值 fcd22.4MPa;ftd1.83MPa 弹性模量 Ec3.45104MPa

（2）预应力钢筋采用ASTM A416-97a标准的低松弛钢绞线（17标准型），其强度指标为：

抗拉强度标准值 fpk1860MPa 抗拉强度设计值 fpd1260MPa 弹性模量 Ep1.95105MPa 相对界限受压区高度 b0.4,pu0.2563

公称直径为15.24mm，公称面积为140mm2。 （3）非预应力钢筋

1）纵向抗拉非预应力钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为 抗拉强度标准值 fsk400MPa 抗拉强度设计值 fsd330MPa 弹性模量 Es2.0105MPa 相对界限受压区高度 b0.53,pu0.1985

2）箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为： 抗拉强度标准值 fsk330MPa 抗拉强度设计值 fsd280MPa 弹性模量 Es2.0105MPa 4、主要结构尺寸

主梁标准跨径LK25m，梁全长24.96m，计算跨径L124.3m。

主梁高度h=1400mm，主梁间距S=1600mm，其中主梁上翼缘预制部分宽为1580mm，现浇段宽为20mm，全桥由9片梁组成。主梁跨中截面尺寸如图1所示。主梁支点截面或锚固截面的梁肋宽度为360mm。

图1 主梁跨中截面

（二）内力计算结果摘录 1、恒载内力

（1）预制主梁自重g1p11.45kN/m

（2）二期恒载（包括桥面铺装、人行道及栏杆）g2p6.51kN/m 恒载内力计算结果见表1（数据做参考，若有问题，可以修改）。 2、活载内力

汽车荷载按公路-Ⅰ级荷载计算，冲击系数1+µ=1.193，人群荷载按3.5kN/m2计算。 活载内力以2号梁为准。活载内力计算结果见表2（数据做参考，若有问题，可以修改）。

3、内力组合

（1）基本组合（用于承载能力极限状态计算）

M

d

1.2(MG1kMG2k)1.4MQ1k1.12MQ2k

Vd1.2(VG1kVG2k)1.4VQ1k1.12VQ2k

（2）短期组合（用于正常使用极限状态计算）

M

s

(M

G1k

M

)0.7G2k

M

Q1k

1

M

Q2k

（3）长期组合（用于正常使用极限状态计算）

M

l

(M

G1k

M

)0.4(G2k

M

Q1k

1

M

Q2k

)

各种情况下的组合结果见表3。

表1 恒载内力计算结果

表2 活载内力计算结果

注：车辆荷载内力MQ1k 、VQ1k中已计入冲击系数1+µ=1.193。

表3 荷载内力计算结果

（三）施工方法要点

后张法施工，采用金属波纹管和夹片锚具，钢绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉，当混凝土达到设计强度时进行张拉，张拉顺序与钢束序号相同。

（四）设计要求

1、方案一：按全预应力混凝土设计预应力混凝土T形主梁。

2、方案二：按部分预应力混凝土A类构件设计预应力混凝土T形主梁。 3、方案三：按部分预应力混凝土B类构件（允许裂缝宽度为0.1mm）设计预应力混凝土T形主梁。

※学生应按指导教师要求选择其中一个方案进行设计。

五、课程设计应完成的工作

1．编制计算说明书；

2．绘制施工图（主要包括：主梁支点横断面图、主梁跨中横断面图、主梁钢束布置图、主梁钢束数列表等，根据设计内容自己决定）。

六、课程设计进度按排（可根据实际情况自己灵活按排）

七、应收集的资料及主要参考文献

1、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）,北京：人民交通出版社； 2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）,北京：人民交通出版社；

3、《混凝土简支梁（板）桥》易建国编，北京：人民交通出版社，2000年； 4、闫志刚主编，钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土简支梁桥结构设计。北京：机械工业出版社，2009

5、《桥梁工程》，范立础，北京：人民交通出版社, 2000年； 6、结构设计原理，叶见曙编著，北京：人民交通出版社,2006；

发出任务书日期： 20 年 月 日

计划完成日期： 20 年 月 日

指导教师（签名）：