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力筋要根据弯矩包络图进行,按曲线配筋,预应力束的线形大部分由直线和曲线(圆曲线或抛物线)。
由于MIDAS软件可以将除钢束次内力外的其它次内力在配筋前算出,因此计算出的预估值与实际值较为接近,若计算出来有所偏差,只需调整刚束数量,布置形式直到满足要求即可。连续梁预应力筋束的配置除满足《桥规》构造要求外,还应考虑以下原则:
(1)纵向预应力筋为结构的主要受力钢筋,为了设计和施工方便,进行对称布束,锚头布置尽量靠近压应力区。
(2)应选择适当的预应力束筋的形式和锚具型式,对不同跨径的桥梁结构,要选用预加力大小适当的预应力筋,以达到合理的布置型式。避免造成因预应力束筋与锚具型式选择不当,而使结构构造尺寸加大。当预应力筋选择过大,每束的预加力不大,造成大跨结构中布束过多,而构造尺寸限制布置不下时,则要求增大截面。反之,在跨径不大的结构中,如选择预加力很大的单根束筋,也可能使结构受力过于集中而不利。
(3)预应力束筋的布置要考虑施工的方便,也不能像普通钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋,而导致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋对应的是一巨大的集中力,这样锚固区受力比较复杂,因而必须在构造上加以保证,为此常导致结构构造复杂,而使施工不便。
(4)预应力束布置,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。
(5)预应力束筋的配置,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的关系。
(6)预应力束筋的布置应避免使用多次反向曲率的连续束,因为这会引起很大的摩阻损失,降低预应力束筋的效益。
(7)预应力束筋的布置,不但要考虑结构在使用阶段的弹性受力状态的需要,而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。
(8)预应力筋数量较多时,易分层布置,一般来说,先锚固下层力筋,后锚固上层力筋。
(9)预应力筋应应对称于构件截面的几何竖轴线。
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除满足以上要求外,还应满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)构造要求。
2.4.2 预应力筋的估配计算原理
预应力钢束的设计是通过先估算再反复调整确定的,之所以称为钢束“估算”,是因为计算中使用的组合结果并不是桥梁的真实受力。确定钢束需要知道各截面的计算内力,而布置好钢束前又不可能求得桥梁的真实受力状态,故只能称为“估算”。此时与真实受力状态的差异由以下四个方面引起:① 未考虑预加力的作用;② 未考虑预加力对徐变、收缩的影响;③ 未考虑(钢束)孔道的影响;④ 钢束预应力损失值只能根据经验事先拟定。
根据截面受力情况,其配筋不外乎有三种形式:截面上、下翼缘均布置预应力筋以抵抗正负弯矩;仅在截面下翼缘布置预应力筋以抵抗截面的正弯矩或仅在上翼缘配置预应力筋以抵抗负弯矩。
预应力筋估配计算方法如下:
(1)由预加力引起的截面上、下翼缘混凝土应力,分别为?hy上,?hy下:
?hy上W上=Ny上(eh上?kh下)?Ny下(eh下?kh下) (2-1) ?hy下W下=?Ny上(eh上?kh上)?Ny下(eh下?kh上) (2-2)
式中: W上、W下——截面上、下翼缘抗弯模量; kh上、kh下——截面上、下翼缘核心半径;
?ky上、?ky下——预加力引起的截面上、下翼缘混凝土应力; Ny上、Ny下——截面上、下翼缘预加合力; eh上、eh下——截面上、下翼缘预加合力偏心距。
(2)在最大弯矩Mmax作用下,截面上、下翼缘混凝土应力满足:
?hy上?Mmax?R 或 ?hy上W上?RW上?Mma x (2-3) W上?hy下?Mmax?0 或 ?hy下W下?Mmax (2-4) W下式中: Mmax——荷载最不利组合时计算截面所受正弯矩; R——混凝土容许压应力,其余符号意义同前; (3)在最小弯矩作用下,截面上、下翼缘混凝土应力满足
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?hy上?Mmin (2-5) ?0 或 ?hy上W上??MminW上?hy下?Mmin (2-6) ?R 或 ?hy下W下?RW下?MminW下式中, Mmin——荷载最不利组合时的计算截面所受负弯矩,其余符号意义同前; (4)上、下翼缘最大配筋 下翼缘最大配筋为 :
(RW上?Mmax)(eh上?kh上)?(RW下?Mmin)(eh上?kh下)Ny下?(eh上?eh下)(kh上?kh下)上翼缘最大配筋:
(2-7)
Ny上?(RW上?Mmax)(eh下?kh上)?(RW下?Mmin)(eh下?kh下) (2-8)
(eh上?eh下)(kh上?kh下)式中,符号意义同前; (5)上、下翼缘最小配筋 下翼缘最小配筋为:
Ny下?Mmax(eh上?kh下)?Mmin(eh上?kh上) (2-9)
(eh上?eh下)(kh上?kh下)上翼缘最小配筋为
Ny上?Mmax(eh下?kh下)?Mmin(eh下?kh上) (2-10)
(eh上?eh下)(kh上?kh下)式中,符号意义同前。
(6)预应力筋估算时有效预应力的取值
对于铁路桥,在使用阶段配筋估算时,预应力钢筋有效预应力可取
?y1?(0.50~0.f5p5)在施工阶段配筋估算时,预应力钢筋有效预应力可取k;
'?y1?(1.05~1.15)?y1。
2.4.3 预应力筋的实际布置
预应力混凝土梁桥预应力钢筋的分类,大致有以下几种:按力筋布置的走向,可分为纵向力筋,横向力筋和竖向力筋。大跨度梁桥通常按三向预应力设计。沿桥跨方向布置的纵向力筋也称为主筋,其数量和布筋位置要根据结构的受力状态来确定。力筋按其位置,可分为顶板筋,底板筋和腹板筋等;按其特性分为正弯矩筋,负弯矩筋
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和抗剪筋等。预应力筋的布置应对称于构件截面的几何竖轴线,否则在确定构件的内力时尚须考虑预加力对截面竖轴线的偏心影响。
纵向预应力筋的作用在于提供预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而使梁体的拉应力不大,甚至处于受压状态。本桥是全预应力混凝土连续梁桥,在施工阶段和使用阶段不能出现拉应力,需配置纵向钢束来抵抗截面的正负弯矩。
本桥是悬臂施工法,为了满足施工阶段不出现拉应力的要求,故纵向力筋应采用分段配筋。在悬臂施工施工阶段,梁体结构主要承受负弯矩,为了能支撑梁体自重和施工荷载,需在每节段浇注完成后,在顶板处对梁体施加预应力以抵抗截面负弯矩;在合拢段浇注完成后,梁体会进行体系转换,此时梁体会同时承受正负弯矩,需在底板处张拉预应力筋来抵抗截面正弯矩。为了满足施工阶段和运营阶段的要求,应根据拟定的钢绞线类型,进行预应力筋的调束,使得梁体受力满足要求。
图2-2 预应力钢束形状
2.5 PSC验算结果
通过MIDAS软件的PSC设计,得出各项验算结果。均满足满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005以及《京沪高速暂行规定》的要求。
以正截面抗弯验算为例:
正截面抗弯按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005 第6.2.3条计算,安全系数按规范中的表6.1.5取值(下同)。程序验算结果见表2-4
表2-4正截面抗弯验算结果 位置 截面号 2 2 3 3 最大/最小 最大 最小 最大 最小 组合名称 组合1 组合2 组合1 组合2 验算 OK OK OK OK KM (kN?m) -125.40 -497.43 4675.06 1278.16 Mn (kN?m) 56359.26 56359.26 98388.20 98388.20 边支点 xx大学本科毕业设计 第16页
43080.76 最大 组合1 OK 8 8373.86 最小 组合2 OK 8 1/4边跨 44947.78 最大 组合1 OK 9 7690.34 最小 组合2 OK 9 44631.68 最大 组合1 OK 13 -10494.53 最小 组合2 OK 13 1/2边跨 39660.72 最大 组合1 OK 14 -18451.32 最小 组合2 OK 14 -40.83 最大 组合1 OK 18 -64347.95 最小 组合2 OK 18 2/3边跨 -14732.21 最大 组合1 OK 19 -79604.89 最小 组合2 OK 19 -71xx8.58 最大 组合1 OK 23 -153804.40 最小 组合2 OK 23 中支点 -58099.77 最大 组合1 OK 24 -133668.44 最小 组合2 OK 24 28278.96 最大 组合1 OK 30 -21978.99 最小 组合2 OK 30 1/4中跨 40268.05 最大 组合1 OK 31 -1xxxx.01 最小 组合2 OK 31 76087.61 最大 组合1 OK 37 24245.97 最小 组合2 OK 37 1/2中跨 76062.98 最大 组合1 OK 38 24890.32 最小 组合2 OK 38 注: 组合1——支座沉降+恒载+移动荷载+整体升温; 组合2——支座沉降+恒载+移动荷载+整体降温;
M——设计弯矩,k——正截面抗弯强度安全系数,Mn——容许值。
146116.91 146116.91 146118.81 146118.81 -726506.58 -3868xx.11 -159149.26 -67191.71 -289741.26 -289741.26 188942.84 188942.84 396448.71 396448.71 396410.87 396410.87 -292639.35 -98719.01 -858643.xx -440571.76 194359.71 194359.71 194602.27 194602.27 其它PSC验算结果见附录1