式中:?0为桥梁结构重要性系数,按公路桥涵的设计安全等级,一级、二级、三级分别用1.1、1.0 、0.9 ,本设计取用1.0;S为作用(或荷载)效应(其中汽车荷载应计入冲击系数)的组合设计值;R为构件承载能力设计值,是材料强度设计值fd和几何参数设计值ad的函数。
根据钢束布置计算而得,由荷载产生的作用效应及构件承载力如图6.1所示。图6.1显示,由荷载产生的作用效应位于构件承载力包络线之内,承载能力极限状态验算满足规范要求。
最大抗力及对应内力图 图6.1
最小抗力及对应内力图 图6.2
6.2 持久状况正常使用极限状态应力验算
预应力混凝土连续梁在各个受力阶段均有其不同受力特点。从一开始施加预应力,其预应力钢筋和混凝土就开始处于高应力下。为保证构件在各个阶段的安全,除了要进行强度验算外,还必须对其施工和使用阶段的应力情况分别进行验算。
6.2.1 正截面抗裂验算
正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算,并应符合下列要求: 1)作用短期效应组合 根据JTG—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中第6.3.1条控制,σ?st?0.80?pc?0。
计算结果见图11,单元上缘出现最小整应力为3.06Mpa,单元下缘出现最小正应力为1.25Mpa,满足设计要求
短期效应组合上缘最小正应力及下缘最小正应力 图6.3
2)作用长期效应组合。正截面混凝土拉应力根据JTG—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中第6.3.1条控制, σlt-σpc≤0即混凝土正截面不出现拉应力。计算结果如图12所示。单元上缘出现最小正应力为0.4Mpa,单元下缘出现最小正应力为0.5Mpa,未出现拉应力,满足设计要求。
长期效应组合上缘最小正应力及下缘最小正应力 图6.5
6.2.2 斜截面抗裂验算
斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力?tp进行验算,并应符合下列要求: 全预应力混凝土构件,在作用(或荷载)短期效应组合下 预制构件
?tp?0.6ftk
(1)
现场浇筑(包括预制拼装)构件
?tp?0.4ftk=0.4×2.65=1.06 混凝土斜截面主拉应力最大值为-1.0Mpa满足规范要求。
混凝土斜截面主拉应力 图6.6
6.2.3 使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算
按持久状态设计的预应力混凝土受弯构件,尚应计算其使用阶段正截面混凝土的法向正应力,受拉钢筋的拉应力及斜截面主应力。根据JTG—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第7.1.5条控制:使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力,应符合下列规定:受压区混凝土的最大压应力未开裂构件 σkc+σpt≤0.5fck=0.5×38.6=19.3,允许开裂构件 σcc≤0.5fck。
计算结果如图14所示上、下缘的最大压应力分别为19.3、15.5满足规范要求
正截面混凝土的法向正应力 图6.7
6.2.4 预应力钢筋中的拉应力验算
?p??EP?kt (1)
?p??pe?0.65fpk (2)
式中 ?EP——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;
?pe——受拉区预应力钢筋扣除全部预应力损失后的有效应力; ?kt——混凝土法向拉应力,
?p——预应力钢筋应力。
6.2.5 混凝土的主压应力验算
在基本组合条件下,斜截面混凝土主压应力根据JTG—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第7.1.6条控制:使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的主压应力,应符合下列规定:σcp≤0.6fck=0.6×38.6=23.16。计算结果如图15所示,截面最大主压应力为20.5满足规范要求。
正截面混凝土的主压应力 图 6.8
6.3 短暂状况预应力混凝土受弯构件应力验算
预应力混凝土受弯构件按短暂状况计算时, 预应力钢筋应扣除相应阶段的预应力损失,荷载采用施工荷载,截面性质采用净截面。在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定:
t1 压应力 ?cc?0.70fck' =0.7×38.6=27.02
拉应力 σtct≤1.15ftk=1.15×2.65=3.048。
6.3.1 最大悬臂浇筑阶段应力
浇筑13号梁单元,拼装挂蓝,悬臂浇注各箱梁梁段并张拉相应顶板纵向预应力束,悬臂浇注结束时全桥的压应力如图16所示。由图所示上、下缘最大压应力分别为10.1、7.7满足容许应力27.02MPa。
最大悬臂阶段主压力 图6.9
6.3.2边跨合拢阶段应力
安装排架并按施工要求进行预压,现浇边跨等高粱段,达到强度要求后,浇注边跨合龙段,张拉边跨底板纵向预应力束。边跨合拢结束时全桥的压应力如图17所示。由图所示上、下缘最大压应力分别为11.5、11.8MPa,满足容许应力27.02MPa。
边跨合拢阶段主压力 图6.10
6.3.3中跨合拢阶段应力
拼装中跨合龙吊架,焊接合龙段骨架,绑扎合龙段钢筋,浇注中跨合龙段,张拉中跨底板纵向预应力束和剩余次中跨底板纵向预应力束。中跨合拢结束时全桥的压应力如图18所示。由图所示上、下缘最大压应力分别为13.9、13.1 MPa、满足容许应力27.02MPa。
中跨合拢阶段主压力 图6.11
6.3.4 桥面铺装阶段应力
桥面铺装、等桥面系安装完毕大桥建成后的全桥恒载应力如图19所示。由图所示上、下缘最大压应力分别为13.0、12.2MPa、满足容许应力27.02MPa。
桥面铺装阶段主压力 图6.12