同濟大學 混凝土橋 預應力鋼束設計

預應力鋼束設計,混凝土橋(III)課程設計,內容介紹,準備知識預應力鋼束面積估算預應力鋼束布置束界校核,第一部份預應力鋼束設計,零.準備知識,第一部份預應力鋼束設計,第一部份預應力鋼束設計,本設計采用的規(guī)范（2004年10月1日起實施）：公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-2004）（本課程中簡稱橋規(guī)）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTGD62-2004）（本課程中簡稱公預規(guī)）,1.設計規(guī)范,已廢止的規(guī)范（2004年10月1日起廢止）：公路橋涵設計通用規(guī)范（JTJ021-89）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTJ023-85）,第一部份預應力鋼束設計,2.兩類極限狀態(tài)(橋規(guī)1.0.7條）,承載能力極限狀態(tài)：對應于橋涵結構或其構件達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_到極限承載力或極限變形剛體穩(wěn)定性結構轉變?yōu)闄C動體系結構或構件喪失穩(wěn)定性重復荷載作用下的疲勞,正常使用極限狀態(tài)：對應于橋涵結構或其構件達到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。裂縫、變形、振動,第一部份預應力鋼束設計,3.三種設計狀況（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)時間很長的狀況，應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。,短暫狀況：一般指橋梁的施工階段。橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況，僅作承載能力極限狀態(tài)設計，必要時才作正常使用極限狀態(tài)設計。,偶然狀況：橋梁可能遇到的罕遇狀況，如地震等。在橋涵使用過程中可能偶然出現(xiàn)的狀況，僅作承載能力極限狀態(tài)設計。,第一部份預應力鋼束設計,4.承載能力極限狀態(tài)計算（公預規(guī)5.1.5條）,第一部份預應力鋼束設計,5.設計安全等級,安全等級(橋規(guī)1.0.9條)：按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設計時，公路橋涵結構的設計安全等級，應根據(jù)結構破壞可能產(chǎn)生的嚴重程度劃分為三個設計等級（特大橋、重要大橋；大橋、中橋、重要小橋；小橋、涵洞）。,二級,橋涵分類(橋規(guī)1.0.11條),一.預應力鋼束面積估算,第一部份預應力鋼束設計,按最不利構件設計裝配式橋梁：一般是邊梁或次邊梁,第一部份預應力鋼束設計,按最不利截面，最大組合彎矩值簡支梁:跨中截面,按控制計算的要求簡支梁:正截面承載力，抗裂性及應力要求,1.按正截面承載力要求估算,屬承載能力極限狀態(tài),第一部份預應力鋼束設計,基本假定：（公預規(guī)5.1.4條）在極限狀態(tài)：受壓砼應力圖簡化為矩形，達到抗壓強度設計值受拉砼強度不予考慮，鋼筋達到抗拉強度設計值,基本方程（公預規(guī)5.2.2條）：,第一部份預應力鋼束設計,砼受壓區(qū)面積,式中,結構重要性系數(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,預應力鋼束設計方法：,第一部份預應力鋼束設計,精確方法,近似方法,由得,式中力臂可由經(jīng)驗值估算:,對于帶下馬蹄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：,第一部份預應力鋼束設計,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,第一部份預應力鋼束設計,對于全預應砼構件，正截面砼法向應力規(guī)定：（公預規(guī)6.3.1條）,式中,短期荷載效應組合下砼邊緣應力,扣除全部預應力損失后的預加力在砼邊緣產(chǎn)生預壓應力,受拉為正,第一部份預應力鋼束設計,計算公式：,第一部份預應力鋼束設計,使用階段預應力鋼筋永存應力的合力,式中,短期荷載下彎矩組合值,預應力鋼筋合力作用點至截面形心距離,砼毛截面面積,砼毛截面對計算邊緣彈性抵抗矩,由前述公式可得,應用方法：,第一部份預應力鋼束設計,又,式中永存預應力,張拉控制應力,預應力損失,按張拉控制應力20%計,故,式中,第一部份預應力鋼束設計,毛截面對其形心的慣性矩,毛截面形心至下緣距離,預應力鋼筋合力作用點至下緣距離,可設在馬蹄中心位置,最終，取兩種極限狀態(tài)計算的最大或束數(shù)為設計值,二.預應力鋼束布置,第一部份預應力鋼束設計,跨中-梁端-過渡段,1.跨中截面鋼束布置,原則：,第一部份預應力鋼束設計,盡可能降低鋼束群重心，以產(chǎn)生較大的預應力抵抗力矩,單數(shù)列對稱布置，以便順利彎起,滿足構造要求為前提,預應力鋼束管道構造：,第一部份預應力鋼束設計,本設計管道采用OVM型預應力張拉錨固體系配套預埋鐵皮波紋管,公預規(guī)9.4.9：管道內徑的截面面積不應小于兩倍預應力鋼筋截面面積面積為840mm2，管道面積1680mm2內徑46mm。選用內徑為70mm（外徑77mm）,外徑內徑+10mm,第一部份預應力鋼束設計,管道距離要求：,第一部份預應力鋼束設計,預應力鋼筋管道凈距及保護層要求,凈距,直線管道不小于40mm且不宜小于管道直徑0.6倍,對于預埋管在豎直方向可將管道重疊,最小保護層厚度,直線管道不小于30mm且不小于管道直徑0.5倍,曲線管道由于會產(chǎn)生徑向壓力，混凝土有崩裂危險，因此要求更為嚴格。,（9.4.9條）,（9.1.1條）,示例：,第一部份預應力鋼束設計,鋼束群重心至梁底距離,2.錨固端截面鋼束布置,原則：,第一部份預應力鋼束設計,均勻分散布置各束錨固點，避免局部應力集中，使截面應力分布均勻,滿足錨具布置和預應力張拉所需操作空間的構造要求,構造要求：,第一部份預應力鋼束設計,錨具布置的構造要求,錨墊板布置最小間距,錨束槽口尺寸,第一部份預應力鋼束設計,張拉施工空間要求：,第一部份預應力鋼束設計,OVM預應力錨固體系產(chǎn)品參數(shù),錨具型號,張拉千斤頂型號,第一部份預應力鋼束設計,YCW150千斤頂?shù)氖┕た臻g,外形尺寸,最小工作空間,鋼絞線預留長,B=1250mm,C=190mm,D=285mm,L=370mm,A=570mm,示例：,第一部份預應力鋼束設計,鋼束群重心至梁底距離,支座中心線,第一部份預應力鋼束設計,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制時，主梁為小截面，又無使用荷載，如果鋼束在此時全部張拉完畢，有可能會在梁上緣產(chǎn)生拉應力，在下緣產(chǎn)生較大壓應力因此將7號束安排在完成現(xiàn)澆翼緣板后再張拉，并將此束錨固端放置在梁頂,說明：,3.鋼束縱向布置,原則：,第一部份預應力鋼束設計,鋼束縱向布置應使其重心線不超出束界范圍,從跨中向支點逐步彎起鋼束，可產(chǎn)生預剪力，對抵消支點附近較大的外荷載剪力很有利,構造上，鋼束縱向彎起有利于錨固點分散布置,彎起角：,第一部份預應力鋼束設計,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不至于過大,較大角度有利于提供足夠的豎向預剪力,彎起曲線形狀:,彎起曲線可采用圓弧線、拋物線或懸鏈線，實際工程中多采用圓弧線,彎起半徑構造要求：鋼絞線的鋼絲時，不宜小于4m（9.4.10條）,T梁中常用的彎起角度不超過,實例：,第一部份預應力鋼束設計,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始按圓曲線向上彎起,由于不允許曲線段進入錨具部分，因此在錨下鋼束必須保持一定的直線長度（可取1米）,4.鋼束幾何參數(shù)計算,計算圖式:,第一部份預應力鋼束設計,支座中心線,起彎點,跨中,終彎點,錨固點,R?,鋼束幾何參數(shù)計算可以表格進行:,第一部份預應力鋼束設計,束號,鋼束長度計算,為了計算工程數(shù)量，需要計算每束長度,式中,鋼束預留工作長度700mm,鋼束長度,5.截面鋼束重心計算,計算圖式:,第一部份預應力鋼束設計,支座中心線,起彎點,跨中,終彎點,錨固點,控制截面,控制截面,水平段時,彎曲段時,斜線段時,實例：,第一部份預應力鋼束設計,束號,控制截面,四分點截面,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算表,控制截面:跨中截面、四分點截面、7號鋼束錨固處截面、支點截面,三.束界校核,第一部份預應力鋼束設計,束界基本概念：,第一部份預應力鋼束設計,在符合截面上、下緣混凝土均不會出現(xiàn)超限的拉應力的前提下，預應力筋（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,第一部份預應力鋼束設計,保證梁的上緣混凝土不出現(xiàn)拉應力最危險階段：預加應力階段,式中,構件截面下核心距,傳力錨固時預加力的合力,一期恒載下的彎矩,（受壓為正）,第一部份預應力鋼束設計,式中,構件截面上核心距,使用階段永存預加力的合力,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)拉應力最危險階段：使用階段,第一部份預應力鋼束設計,故預應力鋼束