向接缝也模拟成二期恒载,即此例全桥二期恒载模拟为桥面铺装、人行道、栏杆、横向接缝浇筑之和,然后再除以5均分到边梁上。 3.3.2结构作用效应计算 1. 永久作用效应组合
内力组合计算由“桥梁博士3.0”来完成。各阶段划分单元模型如图3.4所示。
第一跨主梁呈简支状态
前两跨主梁呈简支状态
三跨主梁均呈简支状态
六跨主梁呈结构连续梁桥状态 图3.4 桥博模拟的阶段单元模型图
永久作用效应计算见表3.3所示。
表3.3永久作用效应计算表 作用效应 一期 二期 ∑ 弯矩(kN?m) 剪力(kN) 弯矩(kN?m) 剪力(kN) 弯矩(kN?m) 剪力(kN) 跨中 四分点 腹板开始变薄截面α=0.5 α=0.25 α=0.073 2030.00 0.00 880.00 0.00 2910.00 0.00 1330.00 144.00 970.00 66.00 2300.00 210.00 454.00 256.00 253.00 143.00 707.00 399.00 支点α=0.00 0.00 301.00 0.00 168.00 0.00 469.00 2. 主梁主要荷载组合
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参照《公路桥涵设计通用规范》中的P18第4.1.6条及P19第4.1.7条之规定,进行承载能力极限状态效应组合和正常使用极限状态效应组合两种。
(1)正常使用极限状态的内力组合
参照作用短期效应组合(即:桥博中的内力组合II)值作为成桥状态值,并依据此弯矩包络图进行配筋计算。其效应组合表达式为:
mnSsd??SGik???1jSQjk (6.1)
i?1j?1频遇值系数:汽车荷载取0.7,人群荷载取1.0,温差荷载取0.8,其他取1.0
(2)承载能力极限状态的内力组合 使用其基本组合,效应组合表达式为:
?0Sud??0(??GiSGik??Q1SQ1k??c??QjSQjk) (6.2)
i?1j?2mn相应的系数:结构自重取1.2,汽车荷载取1.4,温差取1.4收缩徐变取1.0。 桥梁博士将按照公路-I级的规范要求自动组合,其组合内力如下表: 表3.4 作用效应组合表
组合种类 基本组合 短期效应组合 长期效应组合 标准组合 组合内容 1.2自重+1.4汽车+0.98人群+0.98温度+1.0收缩徐变 自重+0.7汽车+1.0人群+0.8温度+1.0收缩徐变 自重+0.4汽车+0.4人群+0.8温度+1.0收缩徐变 自重+汽车+人群+温度+收缩徐变
由于负弯矩对正弯矩的卸载作用,使得成桥后使用期间中跨跨中截面的正弯矩减小,且小于边跨跨中正弯矩,故选边跨内力作用效应组合代表全桥主梁作用效应组合,见表3.5、3.6。
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表3.5 主要截面正常使用状态短期效应组合的内力
截 面 内力 性质 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 最大轴力(kN) 最小轴力(kN) 最大剪力(kN) 最小剪力(kN) 最大弯矩(kN.m) 最小弯矩 (kN.m) 边支点 边跨1/4 边跨跨中 边跨3/4 左中支点 中跨1/4 0.0 469.3 0.0 0.0 -209.6 2304.0 0.0 47.0 2914.0 0.0 -303.5 1600.0 0.0 587.1 -1683.0 0.0 -269.3 1344.0 0.0 469.3 0.0 0.0 -209.6 2304.0 0.0 47.0 2914.0 0.0 -303.5 1600.0 0.0 587.1 -1683.0 0.0 -269.3 1344.0 0.0 970.2 0.0 0.0 -64.1 3218.0 0.0 325.5 4041.0 0.0 -244.6 2770.0 0.0 1232.0 -4728.0 0.0 -159.0 2197.0 0.0 392.3 0.0 0.0 -516.4 4281.0 0.0 -107.1 4956.0 0.0 -755.1 1578.0 0.0 571.7 -1222.0 0.0 -689.5 1066.0 0.0 469.3 0.0 0.0 -505.5 4677.0 0.0 -17.7 5864.0 0.0 -458.5 3294.0 0.0 571.1 -1212.0 0.0 -627.5 2884.0 0.0 667.5 0.0 0.0 -132.7 1792.0 0.0 122.0 1862.0 0.0 -377.1 -7.1 0.0 1168.0 -5306.0 0.0 -318.1 -579.6 中垮跨中 0.0 -12.8 2402.0
0.0 -12.8 2402.0 0.0 220.4 3609.0 0.0 -264.6 3120.0 0.0 -131.9 4852.0 0.0 -57.3 770.1 表3.6主要截面承载能力极限状态基本效应组合的内力值
截 面 边支点 内力性质 轴力 剪力 弯矩 轴力 最大轴力(kN) 0.0 563.2 0.0 0.0 最小轴力(kN) 0.0 469.3 0.0 0.0 23
最大剪最小剪力力(kN) (kN) 0.0 1396.0 0.0 0.0 0.0 356.2 0.0 0.0 最大 弯矩(kN.m) 0.0 469.3 0.0 0.0 最小 弯矩 (kN.m) 0.0 575.5 0.0 0.0
边跨1/4 边跨跨中 边跨3/4 左中支点 中跨1/4 中垮跨中 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 -251.5 2765.0 0.0 56.3 3497.0 0.0 -364.2 1920.0 0.0 704.6 -2019.0 0.0 -323.2 1613.0 0.0 -15.3 2882.0 -209.6 2304.0 0.0 47.0 2914.0 0.0 -303.5 1600.0 0.0 587.1 -1683.0 0.0 -269.3 1344.0 0.0 -12.8 2402.0 27.4 4194.0 0.0 516.0 5824.0 0.0 -198.2 3658.0 0.0 1729.0 -5991.0 0.0 -86.9 2918.0 0.0 380.3 4643.0 -772.5 6062.0 0.0 -221.9 6413.0 0.0 -1099.0 2448.0 0.0 561.5 -979.3 0.0 -1012.0 1830.0 0.0 -759.7 6630.0 0.0 -88.2 8277.0 0.0 -559.6 4685.0 0.0 564.3 -990.6 0.0 -935.7 4198.0 0.0 -96.7 1566.0 0.0 155.3 1423.0 0.0 -409.8 -678.7 0.0 1604.0 -7209.0 0.0 -353.7 -1368.0 0.0 -91.3 196.9 -429.3 -247.2 4636.0 6870.0
3.内力包络图
通过“桥梁博士V3.0”得出上述表格后,在由其得出内力包络图,为预应力钢束的计算和布置提供依据。内力包络图如图3.5,3.6,3.7,3.8所示:
图3.5 承载能力极限状态组合弯矩包络图
图3.6 承载能力极限状态组合剪力包络图
图3.7 正常使用极限状态短期效应组合弯矩包络图
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图3.8 正常使用极限状态短期效应组合剪力包络图
3.4 预应力钢束的估算及其布置
在得出上述包络图之后,根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范》(JTG D62—2004)规定,预应力混凝土连续梁应满足使用荷载下的正截面抗裂要求、正截面压应力要求和承载能力极限状态下的正截面强度要求预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。以下就按跨中截面在各种作用效应组合下,分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算,并且按这些估算的钢束数的多少确定主梁的配束。 3.4.1跨中截面钢束的估算和确定
1. 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范》(JTG D62—2004)第6.3.1条规定,预应力混凝土受弯构件应对正截面的混凝土压应力进行验算,以满足截面抗裂要求。
?st-0.85?pc≤0 (3-1)
式中:?st——在作用(或荷载)短期效应组合下构件的抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力,式中不含正负号;
?pc——扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的预压应力。
由于本节为估算预应力束,截面特性可以粗略地按毛截面特性计算。估算方法有两种,一种是按照界面上下缘均布置预应力筋估算,另一种是按照将上下缘预应力筋按单侧配筋估算。本设计采用后者进行估算。 ①.只在截面下缘布置预应力筋
预应力筋根数估算按照下述公式进行:
nyx≥1.18Msmax/{??Ay??con(ks?ex) }
nyx≥-1.18Msmin/{??Ay??con(kx?ex) } (当kx>ex时)
(3-2)
或 nyx≤-1.18Msmin/{??Ay??con(kx?ex) } (当kx<ex时)
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