1)估算边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋
采用Φ15.2每根钢绞线面积Ay=139mm,抗拉强度标准值fpk=1860MPa,张拉控制应力取?con=0.75fpk=0.75×1860=1395MPa,预应力损失按张拉控制应力的20%估算。取?=0.8。
由表3.5可知:Msmax=5864.00 kN?m,Msmin=1862.00 kN?m。取预应力钢筋重心距下缘距离为0.15m,根据表3.2可求得ks=0.3428m,kx=0.7262;
ex?yx-0.2?1.3587-0.15?1.2087。根据(3-2)式可得:
j
2
nyx≥1.18Msmax/{??Ay??con(ks?ex) }=1.18×5864.00 kN?m/{0.8×139 mm×1395 MPa×(0.3248m+1.2087m)}×1000=29.09根
nyx≤-1.18Msmin/{??Ay??con(kx?ex) }=-1.18×1862.00 kN?m/{0.8×139 mm×1395 MPa(0.7262-1.2087)}=29.36根
所以边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋为:29.09≤nyx≤29.36根。
2
2
2)估算中跨跨中截面下缘所需预应力钢筋:
类似边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋方法进行。由于中间支点负弯矩对中跨跨中正弯矩的卸载作用,使得中跨跨中截面正弯矩比边跨跨中截面正弯矩小。为了施工方便,中跨跨中截面下缘所需预应力钢筋也可按照边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋布置。
② .只在截面上缘布置预应力筋
nys≥-1.18Msmin/{??Ay??con(kx?es) }
nys≥1.18Msmax/{??Ay??con(ks?es) } (3-3) 或 nys≤1.18Msmax/{??Ay??con(ks?es) }
估算支点截面上缘所需预应力所需钢筋:
由表3.5可知:Msmax=-1212.00 kN?m,Msmin=-5306.00 kN?m。取预应力钢筋重心距上缘距离为0.15m,根据表3.2可求得ks=0.3246m,kx=0.5494;
es?ys-0.15?(2?1.2572)-0.15?0.5928。根据(3-3)式可得:
支点截面上缘所需预应力所需钢筋为:-35.34≤nys ≤34.36根。 (计算过程类似估算边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋的计算步骤)。 2. 按正常使用极限状态的截面压应力要求估算钢束数
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7.1.5条使用阶段预应力混凝土受弯构件的压应力应符合下面规定:
?kc+ ?pt≤0.5fck (3-4)
式中:?kc——在作用(或荷载)标准值产生的混凝土受压缘的法向拉应力,?kc= Mk
26
/ W;
?pt——由预应力产生的混凝土法向拉应力; fck——混凝土轴心抗压强度标准值;
Mk——按作用(或荷载)标准值组合计算的弯矩值; W——受弯侧的抗弯模量。
类似按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数那样,同样可按单侧配筋估算。
① .只在截面下缘布置预应力筋
nyx≤(0.5fck?Wx+Mkmin)/{??Ay??con(ks?ex)} (3-5) nyx≤(0.5fck?Ws-Mkmax)/{ ??Ay??con(kx?ex)} (当kx>ex时) 或 nyx≥(0.5fck?Ws-Mkmax)/{ ??Ay??con(kx?ex)} (当kx<ex时)
1)估算边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋
采用Φ15.2每根钢绞线面积Ay=139mm,抗拉强度标准值fpk=1860MPa,张拉控制应力取?con=0.75fpk=0.75×1860=1395MPa,预应力损失按张拉控制应力的20%估算,取?=0.8,混凝土轴心抗压强度标准值fck=32.4MPa。
由表3.5可知:Mkmax=5864.00 kN?m,Mkmin=1862.00 kN?m。取预应力钢筋重心距下缘距离为0.15m,根据表3.2可求得ks=0.3428m, kx=0.7262;
ex?yx-0.2?1.3587-0.15?1.2087,Wx=I/yx=0.3615/1.3587=0.266,Ws=I/ys=0.3615/0.
j
2
6413=0.564。根据(3-5)式可得:
边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋为:-43.73根≤nyx≤25.64根。 2)估算中跨跨中截面下缘所需预应力钢筋:
类似边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋方法进行。由于中间支点负弯矩对中跨跨中正弯矩的卸载作用,使得中跨跨中截面正弯矩比边跨跨中截面正弯矩小。为了施工方便,中跨跨中截面下缘所需预应力钢筋也可按照边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋布置。
② .只在截面上缘布置预应力筋
nys≤(0.5fck?Ws-Mkmax)/{??Ay??con(kx?es)}
nys≤(0.5fck?Wx+Mkmin)/{??Ay??con(ks?es)} (当ks>es时) (3-6)
或 nys≥(0.5fck?Wx+Mkmin)/{??Ay??con(ks?es)}(当ks<es时) 估算支点截面上缘所需预应力所需钢筋:
由表3.5可知:Mkmax=-1212 kN?m,Mkmin=-5306kN?m。取预应力钢筋重心距上缘距离为
0.15m,根据表
3.2
27
可求得ks=0.3246m,kx=0.5494;
es?ys-0.15?(2?1.2572)-0.15?0.5928,Wx=I/yx=0.455/1.2572=0.362,Ws=I/ys=0.45
5/0.7428=0.613。根据(3-6)式可得:
支点截面上缘所需预应力所需钢筋为:-13.42根≤nys≤62.89根 3. 承载能力极限状态下的正截面强度要求估算钢束数
预应力梁达到受弯极限状态时,受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度,受拉区钢筋达到抗拉设计强度,如图3.9所示。截面的安全性通过计算截面抗弯安全系数来保证。在初步估算预应力筋数量时,对于T形或箱型截面,当中性轴位于受压翼缘内可按矩形截面计算,当忽略实际上存在的双筋影响时(受拉区、受压区都有预应力筋),计算结果偏大,但作为力筋数量的估算是允许的。
按破坏阶段估算预应力筋的基本公式是:
xM?0, ?M?M? f?b?x(h-) ?0pcd02?X?0,N y?fcd?b?x
联立解得:x?h0?h02?2?0?Mfcd?b由此:
ny?fcd?b?(h0?h02?2?0?M) (3-7)
Ay?fpdfcd?b式中:ny——按极限承载能力估算得预应力筋数量的最小值; fcd——混凝土轴心抗压强度设计值; fpd——预应力筋抗拉强度设计值; ?0——桥梁结构重要性系数; b——受压翼缘宽度; h0——截面的有效高度。
28
图3.9 按极限承载能力估算预应力筋计算图示
当截面承受双向弯矩时,可分别视为单筋截面,分别计算上下缘所需的力筋数量。 1)估算边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋
采用Φ15.2每根钢绞线面积Ay=139mm,预应力筋抗拉强度设计值fpd=1260 MPa。混凝土轴心抗压强度设计值fcd =22.4MPa。桥梁结构重要性系数?0=1.0。
由表3.6可知:M=8277.00 kN?m,取预应力钢筋重心距下缘距离为0.15m,则有效高度h0=1.85m,受压翼缘宽度b=2.2m。根据(3-7)式可得:nyx≥26.21根。 2)估算中跨跨中截面下缘所需预应力钢筋:
类似边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋方法进行。由于中间支点负弯矩对中跨跨中正弯矩的卸载作用,使得中跨跨中截面正弯矩比边跨跨中截面正弯矩小。为了施工方便,中跨跨中截面下缘所需预应力钢筋也可按照边跨跨中截面下缘所需预应力钢筋布置。
3)估算支点截面上缘所需预应力所需钢筋:
由表3.6可知:M=-7209.00 kN?m,取预应力钢筋重心距上缘距离为0.15m,则有效高度h0=1.85m,受压翼缘宽度b=0.4m。根据(3-7)式可得:nys≥25.75根。
(4).估算结果
综合考虑以上3种钢筋估算方法得出的钢筋束估算结果,由钢筋估算结果知:中边跨和各梁的正弯矩钢束相差不多,为方便钢束布置和施工,各梁正弯矩钢束都取用30股,负弯矩钢束定为30股。具体成束及束号为:正弯矩采用6束5Φ15.2钢绞线(OVM15-5锚具),分别记为2N1、2N2、2N3;中支点负弯矩束采用6束5Φ15.2(OVM15-5锚具),分别记为:3N4、3N5。
29
j
j
j
2
3.4.2钢束布置
1.连续梁预应力筋束的配置除满足《公预规》构造及受力要求外,还应考虑以下原则:
①.应选择适当的预应力束筋的布置形式与锚具形式,对不同跨径的梁桥结构,要选用预加力大小适当的预应力束筋,以达到合理的布置形式。避免因预应力束筋与锚具形式选择不当,而使结构构造尺寸加大。当预应力束筋截面选择过小,造成大跨结构中布束过多,而构造尺寸限止布置不下时,则要求增大束筋截面。
②.预应力束筋的布置要考虑施工的方便,不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋,否则将导致结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一巨大的集中力,这样锚下应力区受力比较复杂,因而必须在构造上加以保证。
③.预应力束筋的布置,既要符合结构受力的要求,又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。
④.预应力束筋的布置,应考虑材料经济指标的先进性,这往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切关系。
⑤.预应力束筋应避免使用多次方向曲率的连续束,否则引起很大的摩阻损失,降低预应力束筋的效益。
⑥.预应力束筋的布置,不但要考虑结构在使用阶段弹性受力状态的需要,而且要考虑到结构在破坏阶段时的需要。
本设计为简支转连续梁桥,主梁在简支状态下主要承受自重产生的正弯矩和预加力作用,因此在正弯矩束布置时应满足简支状态下的受力要求。其次截面上缘负弯矩的钢束不仅用来承担二期恒载,活载负弯矩及结构次内力,同时又是结构体系转换的有效手段,因此在负弯矩束布置时应注意这一点。
遵循以上原则,结合本设计的施工特点,对于跨中截面,在保证布置预留管道构造要求的前提下,尽可能使钢束群重心的偏心距大些。采用直径50mm的预留铁皮波纹管,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)9.1.1条规定,管道至梁底和梁侧净距不应小于4cm及管道直径1/2。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)9.4.9条规定,水平净距不应小于4cm及管道直径的0.6倍,在竖直方向可叠置。根据以上规定,跨中截面的细部构造如前面图3.2所示。
此处由于选择预留铁皮波纹管,故在竖直方向可叠置。混凝土保护层厚度为75mm,管道净距为100mm,钢束布置结果如图3.10所示。
30