《預(yù)應(yīng)力鋼束的估算與布置案例》3400字

第第頁預(yù)應(yīng)力鋼束的估算與布置案例綜述1.1鋼束面積估算1.1.1.按承載能力極限計(jì)算時(shí)滿足正截面強(qiáng)度要求預(yù)應(yīng)力梁達(dá)到受彎的極限狀態(tài)時(shí)，受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達(dá)到混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，受拉區(qū)鋼筋達(dá)到抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。截面的安全性是通過截面抗彎安全系數(shù)來保證的。對(duì)于僅承受一個(gè)方向的彎矩的單筋截面梁，所需預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量按下式計(jì)算：如圖：hh0xNdfcd圖5-1，（5-1），（5-2）解上兩式得：受壓區(qū)高度（5-3）預(yù)應(yīng)力筋數(shù)（5-4a）或（5-4b）式中：—截面上組合力矩?！炷量箟涸O(shè)計(jì)強(qiáng)度；—預(yù)應(yīng)力筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；—單根預(yù)應(yīng)力筋束截面積；b—截面寬度1.1.2.按正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力要求（主要依據(jù)）ee上Np下Np上e下Y上Y下MminnMmax+++Np下Np上Mmax合成+--Mmin合成圖5-2規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁和涵洞的設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）規(guī)定，截面上的預(yù)壓應(yīng)力應(yīng)大于荷載引起的拉應(yīng)力以及該預(yù)壓應(yīng)力之和。并且由荷載引起的壓應(yīng)力應(yīng)小于混凝土的壓應(yīng)力。允許的壓應(yīng)力，或者在任何階段，整個(gè)截面都處于壓力下，截面上沒有拉應(yīng)力，并且截面上的最大壓應(yīng)力小于允許的壓應(yīng)力。作為計(jì)算公式編寫：對(duì)于截面上緣（5-5）（5-6）對(duì)于截面下緣（5-7）（5-8）式中：—由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力，W—截面抗彎模量，—混凝土軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。Mmax、Mmin項(xiàng)的符號(hào)當(dāng)為正彎矩時(shí)取正值，當(dāng)為負(fù)彎矩時(shí)取負(fù)值，且按代數(shù)值取大小。在大多數(shù)情況下，由于鋼束的高橫截面和較大的壓縮區(qū)域面積，上下邊緣的壓縮應(yīng)力不是控制因素。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，僅考慮上下邊緣的拉應(yīng)力極限條件（求出預(yù)應(yīng)力筋的最小數(shù)量）。公式（5-5）變?yōu)椋?-9）公式（5-7）變?yōu)椋?-10）根據(jù)截面受力情況，其配筋可以分為三種形式：截面上、下緣均布置力筋以抵抗正負(fù)彎矩；僅在上緣配置力筋以抵抗負(fù)彎矩或者僅在截面下緣布力筋以抵抗正彎矩：截面上下緣均布置力筋上邊緣和下邊緣均配備力筋，可抵抗正負(fù)彎矩。力筋在截面的上邊緣和下邊緣分別產(chǎn)生的壓應(yīng)力分別為：（5-11）（5-12）將式（5-9）、（5-10）分別代入式（5-11）、（5-12），聯(lián)立方程后求解得到:（5-13）（5-14）令代入式（5-13）、（5-14）中得到：（5-15）（5-16）式中：Ap—每束預(yù)應(yīng)力筋的面積；—預(yù)應(yīng)力筋的永存應(yīng)力；e—預(yù)應(yīng)力力筋重心離開截面重心的距離；K—截面的核心距；A—混凝土截面面積，取有效截面計(jì)算。2當(dāng)僅在截面的上邊緣布置力筋以抵抗負(fù)彎矩時(shí)由：得：當(dāng)由上緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)（5-17）當(dāng)由下緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)（5-18）當(dāng)按上緣和下緣的壓應(yīng)力的限制條件計(jì)算時(shí)(求得預(yù)應(yīng)力筋束數(shù)的最大值)。可由前面的式（5-6）和式（5-8）推導(dǎo)得：（5-19）（5-20）3、當(dāng)僅在截面的下邊緣布置力筋以抵抗正彎矩時(shí)由：得：當(dāng)由上緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)：（5-21）當(dāng)由下緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制時(shí)：（5-22）1.2預(yù)應(yīng)力束的布置縱向預(yù)應(yīng)力束采用Φ11.24鋼絞線，直徑為11.24mm，面積140mm2,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860Mpa，彈性模量為1.9×105Mpa，，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75?pk=1395MPa。錨具共采用三種形式，分別是OVM15-12型錨具，OVM15-15型錨具，OVM15-17型錨具。預(yù)應(yīng)力豎筋的配束原則：1）應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力筋類型和錨固類型。對(duì)于不同跨度的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇具有適當(dāng)預(yù)加力的預(yù)應(yīng)力筋，以實(shí)現(xiàn)合理的布置。避免預(yù)應(yīng)力筋和錨固的選擇不當(dāng)，否則可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)的尺寸。2）預(yù)應(yīng)力筋的布置應(yīng)考慮到施工的便利性，不能像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中任意切割鋼筋那樣切斷預(yù)應(yīng)力筋，這會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中錨固件的布置過多。3）預(yù)應(yīng)力筋的布置應(yīng)考慮材料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性，這些指標(biāo)通常與橋梁系統(tǒng)的選擇，結(jié)構(gòu)尺寸和施工方法密切相關(guān)。4）預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)避免使用具有多個(gè)反向曲率的鋼絞線，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致較大的摩擦損失并降低預(yù)應(yīng)力筋的效益。5）預(yù)應(yīng)力筋的布置不僅應(yīng)考慮彈性應(yīng)力狀態(tài)下使用階段的結(jié)構(gòu)需求，而且還應(yīng)考慮破壞階段中結(jié)構(gòu)的需求。6）預(yù)應(yīng)力筋的布置應(yīng)使重心不超過梁的束界，并應(yīng)盡可能對(duì)稱地布置，錨頭應(yīng)盡可能靠近壓應(yīng)力區(qū)域。7）預(yù)應(yīng)力豎筋的彎曲角度，預(yù)應(yīng)力梁通常應(yīng)從中跨的第三點(diǎn)到四分之一點(diǎn)開始彎曲，并且彎曲角度應(yīng)符合其承受的剪切力定律。彎曲角度不應(yīng)大于20°。對(duì)于錨定在梁頂部的鋼筋，通常在25°至30°之間。8）在橫截面上布置鋼束時(shí)，應(yīng)將直梁盡可能直接地錨固在齒板上，并盡可能靠近頂板，并將彎曲梁布置在腹板上，以利于向下彎曲和分散錨固。9)彎起的曲線形狀可以采用圓弧線，懸鏈線和拋物線。公路橋梁中多采用圓弧線。根據(jù)以上的布置原則以及所估算的預(yù)應(yīng)力筋配筋數(shù)量要求，鋼束初步布置圖如下：圖5-30#鋼束布置斷面圖圖5-4邊跨合攏段鋼束布置斷面圖圖5-5邊跨預(yù)應(yīng)力筋布置立面圖1.3預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算根據(jù)《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）6.2規(guī)定，后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)計(jì)算中，應(yīng)考慮由下列因素引起的預(yù)應(yīng)力損失：預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁之間的摩擦σl1錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮σl2混凝土的彈性壓縮σl4預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛σl5混凝土的收縮與徐變?chǔ)襩6預(yù)應(yīng)力鋼筋與錨圈口之間的摩擦可在錨圈外增大張拉力來抵消，因此本次設(shè)計(jì)不考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋與錨圈口間的摩擦損失。1.3.1預(yù)應(yīng)力與管道壁間摩擦引起的應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道間摩擦引起的應(yīng)力損失可按下式計(jì)算：式中：σcon—張拉鋼筋時(shí)錨下的控制應(yīng)力（=0.75）；μ—預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)；θ—從張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和，以rad計(jì)；k—管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，取0.0015；x—從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度,以米計(jì)。表1.2系數(shù)k及μ的值管道成型方式Kμ鋼絞線精軋螺紋鋼筋抽心成型0.00150.550.5預(yù)埋鐵皮管0.00300.350.4預(yù)埋金屬波紋管0.00150.20～0.250.61.3.2錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失，可按下式計(jì)算：式中：l—錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值；統(tǒng)一取6mm；L—預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效長(zhǎng)度；EP—預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量。取1.95×105MPa。1.3.3混凝土的彈性壓縮引起的應(yīng)力損失后張法構(gòu)件一般采用分批張拉錨固并且多數(shù)情況是采用逐束進(jìn)行張拉錨固的，這樣，張拉后批鋼束時(shí)所產(chǎn)生的混凝土彈性壓縮將使先批已張拉并錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生應(yīng)力損失，按下式計(jì)算：式中：—在計(jì)算截面上先張拉鋼筋重心處，由后張拉各批鋼筋所產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力之和；—預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的彈性模量之比。若逐一計(jì)算的值則甚為繁瑣，可采用下列近似計(jì)算公式式中：N—計(jì)算截面上分批張拉的鋼束批數(shù).鋼束重心處混凝土法向應(yīng)力，可按下式計(jì)算：式中：M1為自重彎矩。1.3.4鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失如果鋼筋在一定拉應(yīng)力值下，將其長(zhǎng)度固定不變，則鋼筋中的應(yīng)力將隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，這種現(xiàn)象稱為鋼筋的松弛或應(yīng)力松弛。按下列公式計(jì)算：對(duì)于鋼絲、鋼絞線，本設(shè)計(jì)中采用：=ψ·ξ式中：ψ—張拉系數(shù)，一次張拉時(shí)，ψ=1.0；超張拉時(shí)，ψ=0.9；ξ—鋼筋松弛系數(shù)，Ⅰ級(jí)松弛（普通松弛），ξ=1.0；Ⅱ級(jí)松弛（低松弛），ξ=0.3；—傳力錨固時(shí)的鋼筋應(yīng)力，對(duì)后張法構(gòu)件=；1.3.5收縮徐變損失由混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力損失，這種損失可由以下公式計(jì)算： 式中：—由于混凝土收縮、徐變的影響，構(gòu)件受拉區(qū)的全部縱向鋼筋在截面重心處會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失；—由于混凝土收縮、徐變的影響，構(gòu)件受壓區(qū)的全部縱向鋼筋在截面重心處會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失；—由于預(yù)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)自重的作用，構(gòu)件受拉區(qū)的全部縱向鋼筋在截面重心處產(chǎn)生混凝土法向應(yīng)力；—由于預(yù)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)自重的作用，構(gòu)件受壓區(qū)的全部縱向鋼筋在截面重心處產(chǎn)生混凝土法向應(yīng)力；—截面回轉(zhuǎn)半徑，，后張法采用凈截面—構(gòu)件受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力筋與非預(yù)應(yīng)力筋截面重心至構(gòu)件截面重心軸的距離；—構(gòu)件受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力筋與非預(yù)應(yīng)力筋截面重心至構(gòu)件截面重心軸的距離；—預(yù)應(yīng)力鋼筋傳力錨固齡期為，計(jì)算考慮的齡期為t時(shí)的混凝土收縮、徐變，其終極值可按《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中表6.2.7取用；—加載齡期為，計(jì)算考慮的齡期為t時(shí)的徐變系數(shù)，可按《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中表6.2.7取用。以頂板束T0為例，計(jì)算其在各單元的預(yù)應(yīng)力損失值，表格如下：表1.3T0鋼束預(yù)應(yīng)力損失表單元位置應(yīng)力(瞬時(shí)損失):A(N/mm^2)彈性變形損失:B(N/mm^2)比值(A+B)/A徐變/收縮損失(N/mm^2)松弛損失(N/mm^2)應(yīng)力(所有損失)/應(yīng)力(瞬時(shí)損失)端部有效鋼束數(shù)18I1166.96220.07371.0001-1.4172-11.63160.98896.000018J1169.66570.07921.0001-1.4978-11.79070.98876.000019I1169.66570.07921.0001-1.4972-11.79070.98876.000019J1171.82460.08361.0001-1.5492-11.91830.98866.000020I1171.82460.08491.0001-1.5666-11.91830.98866.000020J1171.02440.09041.0001-1.6217-12.10400.98846.000021I1171.02440.09131.0001-1.6158-12.10400.98846.000021J1191.15740.10401.0001-1.7530-13.28960.98756.000022I1191.15740.10401.0001-1.7530-13.28960.98756.000022J1211.61720.11641.0001-1.8521-14.58610.98666.000023I1211.61720.11641.0001-1.8521-14.58610.98666.000023J1212.94770.11601.0001-1.8627-14.40640.98676.000024I1212.94770.11601.0001-1.8627-14.40640.98676.000024J1211.61720.11641.0001-1.8521-14.58610.98666.000025I1211.61720.11641.0001-1.8521-14.58610.98666.000025J1191.15740.10401.0001-1.7530-13.28960.98756.000026I1191.15740.10401.0001-1.7530-13.28960.98756.000026J1171.02440.09131.0001-1.6158-12.10400.98846.000027I1171.02440.09041.0001-1.6217-12.10400.98846.000027J1171.82460.08491