同濟(jì)大學(xué) 混凝土橋 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),混凝土橋(III)課程設(shè)計(jì),內(nèi)容介紹,準(zhǔn)備知識(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束面積估算預(yù)應(yīng)力鋼束布置束界校核,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),零.準(zhǔn)備知識(shí),第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)采用的規(guī)范（2004年10月1日起實(shí)施）：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60-2004）（本課程中簡(jiǎn)稱橋規(guī)）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD62-2004）（本課程中簡(jiǎn)稱公預(yù)規(guī)）,1.設(shè)計(jì)規(guī)范,已廢止的規(guī)范（2004年10月1日起廢止）：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTJ021-89）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ023-85）,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),2.兩類極限狀態(tài)(橋規(guī)1.0.7條）,承載能力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)?？刂平孛孢_(dá)到極限承載力或極限變形剛體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定性重復(fù)荷載作用下的疲勞,正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)限值的狀態(tài)。裂縫、變形、振動(dòng),第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),3.三種設(shè)計(jì)狀況（橋規(guī)1.0.8條）,持久狀況：一般指橋梁的使用階段。橋涵建成后承受自重、汽車荷載等持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的狀況，應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。,短暫狀況：一般指橋梁的施工階段。橋涵施工過(guò)程中承受臨時(shí)性作用的狀況，僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，必要時(shí)才作正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。,偶然狀況：橋梁可能遇到的罕遇狀況，如地震等。在橋涵使用過(guò)程中可能偶然出現(xiàn)的狀況，僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),4.承載能力極限狀態(tài)計(jì)算（公預(yù)規(guī)5.1.5條）,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),5.設(shè)計(jì)安全等級(jí),安全等級(jí)(橋規(guī)1.0.9條)：按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級(jí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的嚴(yán)重程度劃分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí)（特大橋、重要大橋；大橋、中橋、重要小橋；小橋、涵洞）。,二級(jí),橋涵分類(橋規(guī)1.0.11條),一.預(yù)應(yīng)力鋼束面積估算,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),按最不利構(gòu)件設(shè)計(jì)裝配式橋梁：一般是邊梁或次邊梁,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),按最不利截面，最大組合彎矩值簡(jiǎn)支梁:跨中截面,按控制計(jì)算的要求簡(jiǎn)支梁:正截面承載力，抗裂性及應(yīng)力要求,1.按正截面承載力要求估算,屬承載能力極限狀態(tài),第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),基本假定：（公預(yù)規(guī)5.1.4條）在極限狀態(tài)：受壓砼應(yīng)力圖簡(jiǎn)化為矩形，達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值受拉砼強(qiáng)度不予考慮，鋼筋達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,基本方程（公預(yù)規(guī)5.2.2條）：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),砼受壓區(qū)面積,式中,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),砼受壓區(qū)面積形心至上緣距離,由解出截面受壓區(qū)高度，再由解得,預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)方法：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),精確方法,近似方法,由得,式中力臂可由經(jīng)驗(yàn)值估算:,對(duì)于帶下馬蹄T梁,一根7股鋼絲的鋼絞線,公稱直徑,假定一束鋼束有6根鋼絞線,鋼束“根數(shù)”與“束數(shù)”的確定：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),由6股直徑鋼絲和一股直徑稍大于的鋼絲為中心螺旋絞合而成,面積,則面積,由求束數(shù),2.按正截面抗裂性要求估算,屬正常使用極限狀態(tài)：彈性受力階段，平截面假定,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),對(duì)于全預(yù)應(yīng)砼構(gòu)件，正截面砼法向應(yīng)力規(guī)定：（公預(yù)規(guī)6.3.1條）,式中,短期荷載效應(yīng)組合下砼邊緣應(yīng)力,扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)加力在砼邊緣產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力,受拉為正,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),計(jì)算公式：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),使用階段預(yù)應(yīng)力鋼筋永存應(yīng)力的合力,式中,短期荷載下彎矩組合值,預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至截面形心距離,砼毛截面面積,砼毛截面對(duì)計(jì)算邊緣彈性抵抗矩,由前述公式可得,應(yīng)用方法：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),又,式中永存預(yù)應(yīng)力,張拉控制應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力損失,按張拉控制應(yīng)力20%計(jì),故,式中,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),毛截面對(duì)其形心的慣性矩,毛截面形心至下緣距離,預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至下緣距離,可設(shè)在馬蹄中心位置,最終，取兩種極限狀態(tài)計(jì)算的最大或束數(shù)為設(shè)計(jì)值,二.預(yù)應(yīng)力鋼束布置,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),跨中-梁端-過(guò)渡段,1.跨中截面鋼束布置,原則：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),盡可能降低鋼束群重心，以產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力抵抗力矩,單數(shù)列對(duì)稱布置，以便順利彎起,滿足構(gòu)造要求為前提,預(yù)應(yīng)力鋼束管道構(gòu)造：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)管道采用OVM型預(yù)應(yīng)力張拉錨固體系配套預(yù)埋鐵皮波紋管,公預(yù)規(guī)9.4.9：管道內(nèi)徑的截面面積不應(yīng)小于兩倍預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積面積為840mm2，管道面積1680mm2內(nèi)徑46mm。選用內(nèi)徑為70mm（外徑77mm）,外徑內(nèi)徑+10mm,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),管道距離要求：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),預(yù)應(yīng)力鋼筋管道凈距及保護(hù)層要求,凈距,直線管道不小于40mm且不宜小于管道直徑0.6倍,對(duì)于預(yù)埋管在豎直方向可將管道重疊,最小保護(hù)層厚度,直線管道不小于30mm且不小于管道直徑0.5倍,曲線管道由于會(huì)產(chǎn)生徑向壓力，混凝土有崩裂危險(xiǎn)，因此要求更為嚴(yán)格。,（9.4.9條）,（9.1.1條）,示例：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),鋼束群重心至梁底距離,2.錨固端截面鋼束布置,原則：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),均勻分散布置各束錨固點(diǎn)，避免局部應(yīng)力集中，使截面應(yīng)力分布均勻,滿足錨具布置和預(yù)應(yīng)力張拉所需操作空間的構(gòu)造要求,構(gòu)造要求：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),錨具布置的構(gòu)造要求,錨墊板布置最小間距,錨束槽口尺寸,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),張拉施工空間要求：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),OVM預(yù)應(yīng)力錨固體系產(chǎn)品參數(shù),錨具型號(hào),張拉千斤頂型號(hào),第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),YCW150千斤頂?shù)氖┕た臻g,外形尺寸,最小工作空間,鋼絞線預(yù)留長(zhǎng),B=1250mm,C=190mm,D=285mm,L=370mm,A=570mm,示例：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),鋼束群重心至梁底距離,支座中心線,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),考慮施工方便，若有位置布置，一般可將全部鋼束錨固在梁端預(yù)制時(shí)，主梁為小截面，又無(wú)使用荷載，如果鋼束在此時(shí)全部張拉完畢，有可能會(huì)在梁上緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，在下緣產(chǎn)生較大壓應(yīng)力因此將7號(hào)束安排在完成現(xiàn)澆翼緣板后再?gòu)埨⒋耸^固端放置在梁頂,說(shuō)明：,3.鋼束縱向布置,原則：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),鋼束縱向布置應(yīng)使其重心線不超出束界范圍,從跨中向支點(diǎn)逐步彎起鋼束，可產(chǎn)生預(yù)剪力，對(duì)抵消支點(diǎn)附近較大的外荷載剪力很有利,構(gòu)造上，鋼束縱向彎起有利于錨固點(diǎn)分散布置,彎起角：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),較小角度有利于減小摩阻損失,較小角度有利于馬蹄高度向支點(diǎn)不至于過(guò)大,較大角度有利于提供足夠的豎向預(yù)剪力,彎起曲線形狀:,彎起曲線可采用圓弧線、拋物線或懸鏈線，實(shí)際工程中多采用圓弧線,彎起半徑構(gòu)造要求：鋼絞線的鋼絲時(shí)，不宜小于4m（9.4.10條）,T梁中常用的彎起角度不超過(guò),實(shí)例：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),為了鋼束不至于豎向交叉，本例鋼束彎起角下小上大選定為：下部鋼束，上部鋼束，錨于梁頂鋼束,鋼束線形為直線加圓弧，即從距跨中一定距離處開(kāi)始按圓曲線向上彎起,由于不允許曲線段進(jìn)入錨具部分，因此在錨下鋼束必須保持一定的直線長(zhǎng)度（可取1米）,4.鋼束幾何參數(shù)計(jì)算,計(jì)算圖式:,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),支座中心線,起彎點(diǎn),跨中,終彎點(diǎn),錨固點(diǎn),R?,鋼束幾何參數(shù)計(jì)算可以表格進(jìn)行:,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),束號(hào),鋼束長(zhǎng)度計(jì)算,為了計(jì)算工程數(shù)量，需要計(jì)算每束長(zhǎng)度,式中,鋼束預(yù)留工作長(zhǎng)度700mm,鋼束長(zhǎng)度,5.截面鋼束重心計(jì)算,計(jì)算圖式:,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),支座中心線,起彎點(diǎn),跨中,終彎點(diǎn),錨固點(diǎn),控制截面,控制截面,水平段時(shí),彎曲段時(shí),斜線段時(shí),實(shí)例：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),束號(hào),控制截面,四分點(diǎn)截面,位置,水平段,彎曲段,水平段,彎曲段,彎曲段,各控制截面上鋼束位置及傾角計(jì)算表,控制截面:跨中截面、四分點(diǎn)截面、7號(hào)鋼束錨固處截面、支點(diǎn)截面,三.束界校核,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),束界基本概念：,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),在符合截面上、下緣混凝土均不會(huì)出現(xiàn)超限的拉應(yīng)力的前提下，預(yù)應(yīng)力筋（束）的重心在各截面上布置的范圍，稱為束界（或索界）,支座中心線,跨中,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),保證梁的上緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力最危險(xiǎn)階段：預(yù)加應(yīng)力階段,式中,構(gòu)件截面下核心距,傳力錨固時(shí)預(yù)加力的合力,一期恒載下的彎矩,（受壓為正）,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),式中,構(gòu)件截面上核心距,使用階段永存預(yù)加力的合力,短期荷載下彎矩組合值,（受壓為正）,保證梁的下緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力最危險(xiǎn)階段：使用階段,第一部份預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì),故預(yù)應(yīng)力鋼束