范例08線性靜力預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)詳細(xì)分析

1、1. 概要預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨座位置，由錨具局部壓力引起的應(yīng)力非常復(fù)雜，在靠近墊板處會(huì)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，在其它部位會(huì)產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力。在較大張力作用下有可能引起構(gòu)件縱向開裂，較大的主拉應(yīng)力也可能造成斜向裂縫。鑒于近年預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋出現(xiàn)的一些縱向或斜裂縫，公路規(guī)范對(duì)錨固區(qū)要求進(jìn)行局部應(yīng)力分析(公路規(guī)范條)并對(duì)端塊提出了構(gòu)造要求。有些國(guó)家的規(guī)范提出了簡(jiǎn)化計(jì)算方法、拉壓桿模型(Strut-and-Tie Model)以及有限元分析方法。本例題將介紹預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)的三維有限元分析方法，確認(rèn)錨固區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)并進(jìn)行配筋。1.1預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)配筋預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)張力分布預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)的受力狀況如下：. 錨固區(qū)

2、背面Z方向上的剝離力(Spalling Force) T1. 錨固區(qū)背面Y方向上的破裂力(Bursting Force) T2. 錨固區(qū)前和箱形混凝土翼緣上的張力 T3. 錨固區(qū)下部張力 T4. 因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋的偏心布置引起的彎矩張力 T5. 鋼筋彎起位置的張力 T6根據(jù)錨固區(qū)的張力分布，一般按下圖方式配筋。錨固區(qū)配筋示意. F1：針對(duì)T1的配筋. F2：針對(duì)T2和T3的配筋. F3：針對(duì)T4和T5的配筋. F4：針對(duì)T6的配筋2. 結(jié)構(gòu)信息2.1 幾何信息分析對(duì)象是矮塔斜拉橋預(yù)應(yīng)力箱梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)，錨固區(qū)的頂板有斜拉索的錨固區(qū)，底板有內(nèi)部和外部鋼束的錨固區(qū)。本模型對(duì)底板的外部錨固塊進(jìn)行

3、了三維仿真有限元分析。底板外部錨固塊的正面和側(cè)面圖如下：正面圖側(cè)面圖底板外部錨固塊的正面和側(cè)面示意圖2.2使用材料混凝土材料強(qiáng)度為40Mpa，普通鋼筋采用了HRB335，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用了1*715.2mm鋼鉸線。3. 模型3.1 模型形狀三維實(shí)體單元模型包含了錨固塊、一部分腹板和底板并考慮了對(duì)稱效果。底板厚度為0.6m，腹板厚度為0.4m，錨固塊尺寸為1,000 X 750 X 2,600。模型形狀如下圖所示：模型形狀3.2邊界條件因?yàn)橹荒M了一個(gè)節(jié)段的部分模型，所以約束了腹板和底板順橋向(X方向)的位移。另外因?yàn)榈装鍖?duì)于XZ平面對(duì)稱，所以約束了對(duì)稱面的橫向位移。腹板還約束了Z方向的位移。邊界

4、條件3.3荷載1) 預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉力本例題只查看因?yàn)閺埩σ鸬腻^固區(qū)應(yīng)力，所以只加載了預(yù)應(yīng)力鋼筋的張力，并認(rèn)為張力均勻作用在墊板上。張力大小為337.3 / (0.3X0.256) = 4391.93kN/m2 。(參見下圖)張拉力荷載因?yàn)楸纠}將張力均勻作用在錨固區(qū)表面的墊板上，所以無(wú)法確認(rèn)彎矩引起的張力(T5)和彎起鋼筋引起的張力(T6)。4. 分析結(jié)果4.1應(yīng)力分析結(jié)果順橋向應(yīng)力(SXX) (MPa)橫橋向應(yīng)力(SYY) (MPa)豎向應(yīng)力(SZZ) (MPa)在錨固面上發(fā)生較大的壓應(yīng)力，在周邊的腹板和底板交界上發(fā)生較大的拉應(yīng)力。4.2根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果計(jì)算配筋使用程序提供的“局部方向內(nèi)

5、力總和”功能，可以獲得計(jì)算位置的剖面內(nèi)力。1) 錨固區(qū)背面橫橋向張力(T1) 計(jì)算截面位置以及截面內(nèi)力比較了錨固區(qū)背面與受壓面平行的幾個(gè)截面的內(nèi)力。錨固區(qū)背面橫橋向截面驗(yàn)算截面位置Fx ( kN )Fy ( kN )Fz ( kN )錨固區(qū)背面 1-488.44180.93-888.71錨固區(qū)背面2-713.16117.56-761.28錨固區(qū)背面3-648.6487.04-648.64錨固區(qū)背面4-685.27-14.22-432.41 計(jì)算配筋A(yù)s_req = T1 / fsa = 180.93 / (185*1000) = 9.78E-4 m2= 9.78 cm2As_usd = H22

6、 X 2 X 7 EA = 54.194 cm2配筋范圍：150mm X 7EA = 1.05m 配筋方法為了抵抗橫橋向拉力，配置了如下圖所示形狀鋼筋。錨固區(qū)背面橫橋向鋼筋橫截面圖 側(cè)面圖2) 與錨固區(qū)背面垂直的面上的張力(T2, T3). 計(jì)算截面位置(與預(yù)應(yīng)力鋼筋平行的截面)及截面內(nèi)力與錨固區(qū)背面垂直的計(jì)算截面截面位置Fx ( kN )Fy ( kN )Fz ( kN )錨固區(qū)中心-211.62410.78-37.92錨固區(qū)右側(cè)-92.56705.42-857.32錨固區(qū)左側(cè)-44.58107.91760.22. 計(jì)算配筋A(yù)s_req = T1 / fsa = 705.42 / (185*

7、1000) = 3.813E-3 m2= 38.13 cm2As_usd = H19 X 2 X 10 EA = 57.30 cm2配筋范圍：150mm X 10 EA = 1.50m. 配筋方法為了抵抗橫橋向拉力，配置了如下圖所示形狀鋼筋。與錨固區(qū)背面垂直的鋼筋橫截面圖側(cè)面圖3)錨固區(qū)底面順橋向張力(T4). 計(jì)算截面位置及截面內(nèi)力錨固區(qū)底面順橋向計(jì)算截面截面位置Fx ( kN )Fy ( kN )Fz ( kN )底板頂面1-75.811824.90-239.42底板頂面2-58.691357.00-418.80底板底面1-45.28304.26-652.46底板底面2-41.86209.33-624.48. 計(jì)算配筋A(yù)s_req = T1 / fsa = 1824.9 / (185*1000) = 9.864E-3 m2= 98.64 cm2As_usd = H25 X 3 X 12 EA = 182.412 cm2配筋范圍：150mm X 12 EA = 1.80m 配筋方法為了抵抗順橋向拉力，配置了如下圖所示形狀鋼筋。錨固區(qū)底