鋼筋錨固簡要設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用實(shí)例

1、鋼筋錨固簡要設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)分公司李小健2014年 5 月目錄1.鋼筋錨固的主要類型及適用范圍 .21.1鋼筋錨固的主要類型 .21.2鋼筋錨固應(yīng)用范圍 .22.簡要設(shè)計(jì)原理和主要計(jì)算內(nèi)容 .22.1鋼筋錨固設(shè)計(jì)的依據(jù) .22.2簡要設(shè)計(jì)原理 .22.3主要計(jì)算內(nèi)容 .32.3.1預(yù)埋鋼筋的錨固長度計(jì)算. 32.3.2鉆孔錨桿抗拔承載力計(jì)算. 32.3.3預(yù)埋件錨筋直徑計(jì)算 .3應(yīng)用實(shí)例（某剛構(gòu)連續(xù)梁托架預(yù)壓及掛籃靜載試驗(yàn)錨固端方案設(shè)計(jì)） . 43.1有關(guān)工程設(shè)計(jì)情況 .43.1.1橋梁總體布置 .43.1.2上部結(jié)構(gòu) .43.1.3橋墩及基礎(chǔ) .53.2托架預(yù)壓及掛籃靜載試驗(yàn)錨固端方案

2、設(shè)計(jì). 53.2.1總體方案 .53.2.2試驗(yàn)荷載計(jì)算 .53.2.3承臺頂面錨固設(shè)施計(jì)算 .63.2.4加力設(shè)備選擇 .93.3其它要求 .101鋼筋錨固的主要類型及適用范圍1.1 鋼筋錨固的主要類型1）錨固鋼筋可采用普通帶肋鋼筋、預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼絞線，應(yīng)用時(shí)依據(jù)荷載及受力方式等選用鋼筋類型。2）鋼筋錨固可采用兩種形式，一種是砼結(jié)構(gòu)施工前進(jìn)行鋼筋預(yù)埋，錨固長度等通過計(jì)算確定；另一種時(shí)砼施工完成后鉆孔預(yù)埋，錨固長度等也依據(jù)材料類型等通過計(jì)算確定。1.2 鋼筋錨固應(yīng)用范圍1）懸灌梁主墩與梁體非采用剛構(gòu)連接設(shè)計(jì)時(shí)為便于施工而采用預(yù)埋鋼筋進(jìn)行墩柱頂面與懸灌梁 0#段底部的臨時(shí)錨固，以抵

3、抗施工過程中由掛籃走行及懸澆段砼澆注對墩柱產(chǎn)生的不平衡彎矩。2）特殊情況下支架或托架預(yù)壓、掛籃靜載試驗(yàn)采用重力加載法沒有條件或措施費(fèi)投入較大時(shí)可采用反力法進(jìn)行等效預(yù)壓設(shè)計(jì)， 相對于加載點(diǎn)的另一端設(shè)置錨固端，錨固端的抗拉、抗剪一般也可采用錨固鋼筋。3）施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋砼構(gòu)件側(cè)面設(shè)置托架等構(gòu)件時(shí)局部連接點(diǎn)也采用預(yù)埋錨固螺栓抵抗構(gòu)件端部的拉力和剪力。4）懸灌梁施工掛籃走行、臨時(shí)固定等抗傾覆也采用鋼筋錨固。5）臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中懸索的錨固端設(shè)置也采用鋼筋錨固。簡要設(shè)計(jì)原理和主要計(jì)算內(nèi)容2.1 鋼筋錨固設(shè)計(jì)的依據(jù)主要采用規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等。2.2 簡要設(shè)計(jì)原理1）預(yù)埋鋼筋錨固長度

4、依據(jù)鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、砼的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、鋼筋直徑及外形系數(shù)等通過計(jì)算確定， 并考慮其它條件的影響予以修正， 使錨2固端抗拉承載力與鋼筋強(qiáng)度等強(qiáng)。2）預(yù)埋件中的中的錨筋錨固長度依據(jù)受力方式確定，錨筋直徑的確定需依據(jù)軸心力 N、剪力 V、彎矩 M及錨筋的層數(shù)、錨板的剛度等綜合計(jì)算確定。3）后鉆孔的錨桿抗拔錨固承載力依據(jù)鉆孔直徑、砂漿與砼孔壁之間的粘結(jié)強(qiáng)度特征值及錨固段長度等綜合計(jì)算確定。特殊情況下采用新材料、新工藝時(shí)也可采用化學(xué)漿液進(jìn)行植筋錨固，但是費(fèi)用較高。2.3 主要計(jì)算內(nèi)容預(yù)埋鋼筋的錨固長度計(jì)算1）基本錨固長度計(jì)算：普通鋼筋： lab = f y dft預(yù)應(yīng)力鋼筋（包括鋼絞線和精軋螺紋鋼

5、金）： lab = f py df t2）受拉鋼筋的錨固長度計(jì)算：l= laa ab當(dāng)縱向受拉普通鋼筋末端采用機(jī)械錨固措施時(shí)la = 0.6l ab3）受壓鋼筋的錨固長度計(jì)算：l a = 0.7l a鉆孔錨桿抗拔承載力計(jì)算Ra = . f .ur .hr錨桿嵌入深度要求大于錨桿筋體直徑的 40 倍。錨桿孔徑不宜小于 100mm。預(yù)埋件錨筋直徑計(jì)算1）預(yù)埋件計(jì)算簡圖如下圖示意：32）當(dāng)有剪力、法向拉力和彎矩共同作用時(shí)，按下列兩個(gè)公式計(jì)算，并取其中的較大值：As V+N+M0.8b f y1.3rb f y zrv f yAs N+M0.4rb f y z0.8b f y3）當(dāng)有剪力、法向壓力和彎

6、矩共同作用時(shí)，按下列兩個(gè)公式計(jì)算，并取其中的較大值：AV - 0.3N+ M - 0.4Nzsrv f y1.3rb f y zAs M - 0.4Nz0.4rbf y z應(yīng)用實(shí)例（某剛構(gòu)連續(xù)梁托架預(yù)壓及掛籃靜載試驗(yàn)錨固端方案設(shè)計(jì)）3.1 有關(guān)工程設(shè)計(jì)情況橋梁總體布置剛構(gòu)橋按路線分幅設(shè)計(jì)，主跨結(jié)構(gòu)對稱。上部結(jié)構(gòu)1（）81+150+81）m剛構(gòu)上部結(jié)構(gòu)箱梁為變截面單箱單室斷面，箱頂寬 11.25m，底寬 6.5m，箱梁頂面設(shè)單向 2%的橫坡。42）0#梁段梁高為 9.2m，現(xiàn)澆段和合攏段梁高為 3.4m，其間梁底下緣曲線按 1.8 次方拋物線變化。3）箱梁截面頂板跨中厚度 0#梁段為 50cm，

7、箱梁截面底板厚度 0#梁段墩身范圍為 90cm，箱梁腹板厚度墩身范圍內(nèi)的 0#梁段為 90cm。4）箱梁采用 C55砼。5）0#段總長度 13.0m，墩柱外懸臂長度 1.0m；懸澆段最大節(jié)段長度 4.5m，最大節(jié)段重量 208.52t 。橋墩及基礎(chǔ)1）主墩縱向由雙肢薄壁墩組成，薄壁墩為矩形空心截面，橫橋向7.5m，順橋向 3.0m，兩片墩間凈距為 5.0m，墩身上部端與箱梁 0#梁段固接，下部端與承臺固接。墩身采用 C50砼。墩柱高度：左幅 3#墩 88.0m，4#墩 68.0m；右幅 3#墩 88.0m，4#墩 73.0m。2）主墩承臺采用 16*15*5m整體式矩形承臺；承臺采用 C30砼

8、。3）主墩樁基采用 9 根直徑 2.2m 樁基，過渡墩采用 4 根 2.0m 樁基；樁基采用 C30砼。3.2 托架預(yù)壓及掛籃靜載試驗(yàn)錨固端方案設(shè)計(jì)總體方案托架預(yù)壓及掛籃靜載試驗(yàn)采用預(yù)應(yīng)力索加載方案，承臺頂面設(shè)置錨固端，托架頂部或掛籃加載處設(shè)置張拉端，張拉點(diǎn)位處設(shè)置剛性縱梁及分配梁， 使試驗(yàn)時(shí)托架或掛籃承受的荷載及分布接近于實(shí)際施工荷載。張拉點(diǎn)設(shè)置 2 處，左右側(cè)位于梁體腹板處，對稱于梁中線。試驗(yàn)荷載計(jì)算1）托架上荷載計(jì)算5I-I截面梁體斷面面積 24.15m2；J-J 截面梁體斷面面積 35.90m2.0#段單端懸臂段梁體自重標(biāo)準(zhǔn)值1Gk =(24.15 + 35.90) 1.0 25.0

9、= 750.63KN試驗(yàn)時(shí)考慮 1.2 的加載系數(shù)，采用兩點(diǎn)加載，則單點(diǎn)加載值為= Gk 1.2 = 750.63 1.2 = 450.4KN222）掛籃試驗(yàn)荷載計(jì)算節(jié)段梁體最大重量 208.52t ，靜載試驗(yàn)時(shí)考慮 1.2 的加載系數(shù)。采用兩點(diǎn)加載，則單點(diǎn)加載值為= G 1.2 = 2085.2 1.2 = 1251.12KN22承臺頂面錨固設(shè)施計(jì)算1）錨固荷載取值承臺錨固端在 0#段托架預(yù)壓試驗(yàn)及掛籃靜載試驗(yàn)時(shí)均采用，故取試驗(yàn)荷載最大值：N max = (450.4,1251.12) max = 1251.12KN2）錨固端設(shè)計(jì)方案一（預(yù)埋精軋螺紋鋼）（1）錨固件規(guī)格及數(shù)量計(jì)算：錨固件采用

10、f pk = 930MPa 的 32 精軋螺紋粗鋼筋，設(shè)計(jì)張拉控制力為672KN。預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f py = 650MPa ；有效截面面積Ae = 647.5mm2單根螺紋鋼筋的抗拉承載力Nl = 647.5 650 = 420.9KN單個(gè)錨固點(diǎn)預(yù)埋精軋螺紋鋼筋數(shù)量N1251.12n = 2.976根據(jù)構(gòu)造要求設(shè)置 4 根精軋螺紋鋼筋。（2）錨固長度計(jì)算承臺砼標(biāo)號 C30，砼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ft = 1.43MPa基本錨固長度計(jì)算f pyl ab = d其中 = 0.14 ， f py = 650MPa ，則l ab = f py d = 0.14 650 32 = 2036.4

11、mmft1.43采用機(jī)械錨固措施，即錨固筋端頭采用固定端模式， 則錨固長度計(jì)算值為l a = 0.6l ab = 0.6 2036.4 = 1221.8mm實(shí)際施工時(shí)錨固長度取不小于 1.3m。（3）錨筋結(jié)構(gòu)布置錨固端中心距承臺邊沿 35cm，左右錨固端中心間距 5.6m，對稱布置。每個(gè)錨固端錨筋數(shù)量布置 4 根，正方型布置，中心間距 30cm；承臺頂面處設(shè)置 42*42*1.2cm 限位鋼板；錨筋外露長度 50cm。錨筋平面位置及結(jié)構(gòu)布置見附圖。錨筋與張拉預(yù)應(yīng)力束采用法蘭鋼板進(jìn)行轉(zhuǎn)換，鋼板采用Q345 鋼，厚度120mm（也可采用 24塊較厚鋼板疊加）。法蘭鋼板如下圖示意：7法蘭鋼板受力驗(yàn)算

12、：承受的彎矩M = 1 1251.12 0.3 = 93.834KN .m 4截面模量W = 1 210 1202 = 504000mm36抗彎驗(yàn)算 =98.834 106= 196.1MPa = 250.0MPa504000滿足要求。3）錨固端設(shè)計(jì)方案二（預(yù)埋鋼絞線）（1）錨固件規(guī)格及數(shù)量計(jì)算：錨固件采用 f ptk =1860MPa 的直徑 15.20mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，張拉控制應(yīng)力為con = 1395MPa ，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f py = 1320MPa 。單根鋼絞線抗拉承載力N t = 1320140 = 184.8KN單個(gè)錨固點(diǎn)預(yù)埋鋼絞線數(shù)量n = N = 1251.12 = 6.8

13、Nt184.8根據(jù)構(gòu)造要求及加載拉力束等情況考慮，預(yù)埋12 根鋼絞線。（2）錨固長度計(jì)算承臺砼標(biāo)號 C30，砼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ft = 1.43MPa基本錨固長度計(jì)算f pyl ab = d其中 = 0.17 ， f py = 1320MPa ，則f py132015.2 = 2385.2mml ab = d = 0.17 ft1.43實(shí)際施工時(shí)端部不設(shè)錨墊板時(shí)錨固長度取2.5m。當(dāng)鋼絞線端部設(shè)置擠壓錨及鋼板采用機(jī)械錨固措施時(shí)， 錨固長度可采用上8述計(jì)算值的 60%，則錨固長度取值為l a = 0.6l ab = 0.6 2385.2 = 1431mm實(shí)際施工時(shí)錨固長度取 1.5m。（3）錨固

14、端結(jié)構(gòu)布置錨固端中心距承臺邊沿 35cm，左右錨固端中心間距 5.6m，對稱布置。每個(gè)錨固端布置鋼絞線 12 根。錨固端平面位置及結(jié)構(gòu)布置見附圖。錨固端與張拉預(yù)應(yīng)力束采用錨具（不小于12 孔的連接器）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。加力設(shè)備選擇1）鋼絞線承載力計(jì)算受力索采用采用直徑15.20mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，張拉控制應(yīng)力為con= 1395MPa試驗(yàn)時(shí)鋼絞線拉應(yīng)力取控制應(yīng)力的60%，以便于鋼絞線的再次使用，則單根鋼絞線承載力設(shè)計(jì)值Tu = 0.6 1395140 = 117.18KN2）掛籃靜載試驗(yàn)加載方案單加載點(diǎn)所需鋼絞線數(shù)量1251.12n = 10.7根實(shí)際可選用 12 根鋼絞線。試驗(yàn)時(shí)張拉端工具錨選用不小于M15-12 型錨具，千斤頂張拉力選用不