土木建筑第4章预应力混凝土简支梁(NXPowerLite).ppt

第4章 预应力钢筋混凝土简支梁,第一节 后张法预应力混凝土简支梁标准设计及构造 第二节 先张法预应力混凝土简支梁标准设计简介 第三节 其他形式预应力混凝土简支梁简介 第四节 后张法预应力混凝土简支梁设计与计算 第五节 预应力混凝土简支梁的制造及架设,钢筋混凝土结构的局限性 抗拉强度低，使用时开裂，限制裂缝宽度的同时也限制了高强混凝土和高强钢筋的采用，跨度越大，自重所占比例越高，跨度难以发展。 预应力混凝土梁的优越性 采用混凝土和高强钢筋； 提高抗裂性，增强耐久性和刚度； 尺寸、自重减小；增大跨度； 预剪力可以提高抗剪能力；力筋应力变幅小，疲劳性能好。,预应力混凝土简支梁发展应用情况 55年研制， 56年陇海新沂河桥（28孔23.8米）铁路桥， 57年京周线20米简支公路T梁， 国内铁路一般用于16-32M，已有64M跨度；国内公路一般用于20-50M。32M及以下多为T及板式截面，40M以上多为箱形。 世界最大跨度预应力简支梁跨度76M，奥地利ALM桥,第一节 后张法简支梁标准设计及构造,一铁路后张简支梁标准设计及构造,（一）标准设计简介,早期为拉锚体系，现在基本为拉丝体系。 58年 拉锚 计算跨度 15.8 19.8 23.8 27.7 31.7 65年 对常用的23.8 31.7 修改 75年 拉丝 叁标桥2018 2019 (跨度 16 20 24 32) 83年 专 桥 2037 2038 32 m跨， 89年 专 桥 2059系列 发展方向： 张拉锚固体系：系列化，大吨位群锚 QM XM OVM锚等 力筋： 高强低松弛,（二）分片简支梁构造 构造要点：力筋类型、强度、力筋线形、锚具在梁端分布、 腹板、端部变厚及锚下螺旋筋等。 以专桥2059F梁（T梁）为例介绍构造特点 1、梁的总体设计 梁长32.6m、道碴槽宽1.92m、梁高2.5m、梁中心距1.8m 跨中腹板16cm 端部20cm 下翼缘宽88cm 高20cm 利于力筋布置 降低力筋重心 道碴槽与腹板相交处设梗斜 满足 hi /h 1/10 挡碴墙断缝: 使墙不参与主梁受力，防止墙顶混凝土压碎 横隔板：作用两片梁成整体，共同很好地分担列车活载,2、梁内钢筋布置 力筋： 13束 钢铰线 每束5-75 XM-5或QM-5锚具 橡胶管或波纹管成孔 普通钢筋 （T20MnSi A3） 箍筋：跨中-1/8 2肢 10 200mm 1/8- 1/16支座 加密 10 100mm 1/16-梁端 4肢 10 80mm,下翼缘处： 最下排预应力筋处 10根8纵向非预应力筋，增强正截面抗裂性 为增强下翼缘的纵向抗裂性 设间距100mm 8封闭箍筋 纵向水平钢筋：防止腹板收缩裂纹，限制下翼缘竖向裂纹上升至腹板时开展过宽 沿管道定位筋：保证力筋线形 其他同普通钢筋混凝土梁,二公路后张简支梁标准设计及构造,（一）标准设计简介,（一）标准设计简介 标准设计截面形式 板式（多为空心板） 与 T梁 1 空心板 标准设计有 10m20m，中性轴附近为空心 2 T梁 多片T梁 横隔板连接（或再辅以桥面板连接） 下翼缘马蹄 编制了跨度25 30 35 40m 标准设计 高强钢丝束或钢铰线 群锚体系 3 装配式截面 下部预应力混凝土工形或开口槽形，架设就位后搁预制微弯板或平板，再浇筑桥面。,（二）构造特点,1 20m（计算跨度）跨空心板 板高90CM 板宽124CM 2X7-75 端部箍筋加密 2 30m跨T梁 梁长2996cm、梁高175cm 梁中心距 160cm（较大跨度180 cm） 上翼缘宽 158cm， 跨中腹板 16cm 下面有马蹄宽36cm 端部腹板 36cm 3 30m跨工形组合截面 5cm预制板做现浇桥面底模， 主梁力筋75钢铰线 XM或QM锚具 预制部分（主梁、横隔板、桥面板）C50 现浇部分C30,第二节 先张法简支梁标准设计简介,一铁路先张法简支梁标准设计简介,1 标准图简介 图号：叁标桥2017 ，叁标桥2020 2022。 以上三图90年 和91年改进为：专桥2080 ，专桥2081 ，专桥2082 90-94 还编制了一些 截面形式：板式和工形 普高梁： 工形， 横隔板连接。 低高梁： 8m跨实心板；10m空心板；12 16m工形, 无须横隔板。 2 力筋类型 高强钢丝、钢铰线、粗钢筋。 常用强度不低于850MPA IV级以上的精轧螺纹钢 近年来也多用高强、低松弛钢铰线。,3 力筋线形和力筋“绝缘”的目的和做法 直线形和折线形 折线形合理高但工艺复杂。 多用直线形，端部、分批把硬质塑料管套在钢铰线 上绝缘，防止端部上翼缘混凝土开裂。 先张法梁抗剪 力筋多为直线配筋，力筋不能弯起分担剪力，故： 腹板厚度在支点附近要适当加厚。 箍筋加密。,二公路先张法预应力混凝土梁标准设计简介,标准设计为：预应力空心板 跨度 10 13 16m ； 梁高 0.4 0.55 0.7m ； 板宽 1.03； 力筋 分别为 11X75 14X75 16X75； 力筋布置 在底版； 混凝土 400号 ； 其余 类同后张空心板。,第三节 其他型式预应力混凝土简支梁简介,一部分预应力混凝土简支梁,1、“部分预应力混凝土”的含义：使用荷载下可出现拉应力或开裂 2、全预应力混凝土梁缺点：徐变上拱度大，有锚下裂纹和沿梁纵向裂纹。 3、部分预应力混凝土梁优点：减少徐变上拱度，减少锚下裂纹和沿梁纵向裂纹。,第三节 其他型式预应力混凝土简支梁简介,一部分预应力混凝土简支梁,4、预应力度： 5、发展历程： 奥地利 多瑙河上维也纳帝国桥 主跨169.6M 80年 上海 青浦 朝阳河桥 20M公路简支梁 广深线 深圳 铁路高架桥10M、8M跨度 大秦线 16M跨度 钢铰线和粗钢筋两种类型 京密引水渠桥等 部分预应力将大量发展。,二预应力混凝土铁路槽形梁,1构造特点：下承式结构、建筑高度低、三向施加预应力 2组成：行车道板、主梁、端横梁 3 三向施加预应力： 行车道板（道床板）：横向预应力 主梁：纵向和竖向预应力 4 实例： 英国 52年 罗什尔汉桥 日本 70年代 第二丘里桥 跨度68M 北京 82年左右 京承线怀楼站附近 20M双线 京秦线通县西双桥编组站内 24M单线 5 优缺点及适用情况： 建筑高度低 结构复杂，施工较难， 混凝土用量大 净空和建筑高度要求严格时可采用，如城市立交。,三整体式预应力混凝土铁路简支梁,1 构造优点： 建筑高度低、无碴桥面桥面宽由3.9减至2.32.5M、自重轻 截面形式： II形和箱形 桥面特点： 梁体灌注后再浇注承轨台，钢轨扣件上下、左右预留调整量 4 构造缺点： 轨面标高不易调整，工艺较复杂 5 计算特点： 除抗弯、抗剪外，还要进行抗扭计算 6 应用：96年铁专院 标准图2109 2111 2117,四双预应力混凝土简支梁,概念： 下翼缘施加预压应力的同时，上翼缘施加预拉应力，以抵消或减小荷载作用下下翼缘的拉应力和上翼缘的压应力。 2 截面形式：工形和箱形 3 优缺点：建筑高度低、用钢量大、制造麻烦梁 4 计算特点： 并无多大区别，考虑受压预应力筋对梁上翼缘的预拉应力，需多次试算，较繁琐。 应用： 77年 ALM桥 跨度76 梁高2.5 高跨比1/30.6 95年 沪杭高速公路两座桥： 标准跨径40M（计算跨径38.86M） 预拉力筋75钢铰线 预压力筋32X8合金钢管,五横向分块式预应力混凝土简支梁,构造特点： 梁体分段、工厂预制、现场拼接就位、张拉力筋 而成 整体梁。 2 串联工序：接干拼、胶拼、穿束张拉 串联梁的接缝影响： 全梁静载破坏实验表明，胶接缝对梁体极限强度无甚 影响，对抗裂性能略有下降。不是接缝本身而是其周围 应用： 南昆打埂桥及 白水河一号桥 跨度56M分段拼装式结构 体外预应力： 力筋在腹板外，仅在转向块和锚固处与梁相连。 如： 美国 LONGKEY桥,六预弯预应力混凝土简支梁,概念： 型钢预制成向上拱的预弯梁，然后在1/4跨左右施加一对向下的集中力（预弯力），使下翼缘受拉，此状态下用高等级混凝土将下翼缘包住，待混凝土达到规定强度时，卸去预弯力，下翼缘混凝土（一期混凝土）受压，就位后再浇注二期混凝土。 特点： 刚度大（高跨比1/251/40）、抗裂性好（开裂后荷载转给钢梁）、制作简单、省工省料 使用范围：需大跨度、建筑高度低时及其他场合，范围广 4 应用：50年代 比利时； 60年代 日本研发多，68-83年建成200多座公路桥，80年代中后期用于铁路新干线；88年 辽宁桓仁县 16米三跨公路桥； 长沙袁家岭和新中路立交桥,第四节 后张法简支梁设计与计算,一截面尺寸的拟定,1 常用高跨比： 铁路：1/10-1/12 公路：1/16-1/18 特殊形式如双预应力、预弯梁等更低。 2 桥面板厚、梁肋间距 与普通混凝土梁基本相同 3 腹板厚：主要与主拉应力、剪应力有关，一般只在 梁端适当扩大； 桥规规定不小于14cm或上下翼缘板梗胁间腹板高的 1/20（有预箍）、1/15（无预箍） 4 下翼缘形状与尺寸：主要取决于力筋布置。 重心尽量靠下 管道净距满足规定 注意张拉端锚具 5 主梁荷载与内力计算：基本同钢筋混凝土梁。,二、承载能力极限状态计算,承载能力计算主要包括正截面承载能力计算和斜截面承载能力计算 1 正截面承载能力计算： 首先，根据强度条件估算力筋面积； 然后，按照强度条件进行校核。 估算力筋面积： 力筋面积和布置确定后，再进行校核 （1 ） 确定中性轴位置 例如 （2） 检算：,斜截面承载能力计算： 斜截面抗剪计算 斜截面抗弯计算 三、正常使用极限状态计算 （一）正应力计算 选取控制截面，按正常使用阶段荷载计算正截面上钢筋和混凝土的应力。 计算中预加力作为一个偏心的压力荷载考虑，然后将外荷载及预加力引起的应力叠加。注意以下几点： 1 有效预压力 正常使用阶段损失全部发生 2 截面特性选取 后张法： 一期 净截面 二期 换算截面 先张法：全部用换算截面,（二）主拉应力计算 短期荷载效应组合下，斜截面抗裂性应满足：,（三）正截面抗裂性及裂缝宽度计算 短期荷载效应组合下，受拉区边缘应力 预压应力 全预应力： 现行桥规是检算抗裂安全系数大于1.2 部分预应力A： 部分预应力B：拉应力不限制，则,（四）变形与预拱度计算 1 上拱：偏心预应力引起 下挠：荷载作用（恒载和活载）。 恒载挠度 是长期作用的挠度包括恒载、预应力及混凝土 的收缩和徐变。 公、铁路桥规未对恒载挠度有明确限制规定 活载挠度 是列车、汽车和行人等引起的。 静活载挠度： 铁路，不超过L/800；公路，不超过L/600。 刚度取值问题： E，考虑动载疲劳对刚度的影响，予以折减； 截面特性注意开裂与否。,四 疲劳承载能力的检算 工程结构在多次重复荷载作用下，由于累积疲劳损伤达到的极限状态，称为结构的疲劳承载能力极限状态。 方法一：“定值法” 求出钢筋和混凝土的最大应力值，使其不超过规范规定的容许应力限值。该限值是根据不同应力比在200万次的荷载循环所得的S-N曲线而确定。 方法二：“等效等幅重复法” “定值法”视铁路荷载为“等幅重复荷载”，而实际桥梁承受的是“变幅重复荷载”，因此，为进行疲劳验算，铁道部制订了标准荷载效应谱，它是根据铁路不同年运量，按不同跨度划分的。,运营动力系数：标准荷载效应比频谱是设计基准期内可能产生的荷载效应的综合，并不等于荷载效应的标准值，因此，疲劳验算时，动力系数需作修改，一般简化取1.15。 等效等幅应力：将按标准活载求得的应力换算为相应的等效等幅应力。用等效等幅应力系数表示。 等效等幅应力系数：根据标准荷载效应比频谱，按铁路不同年运量、不同跨度及材料的S-N曲线方程在200万次时求算的。,五 纵向预应力钢筋及箍筋的布置 （一）纵向预应力钢筋的布置 预应力布置原则： 从抗弯强度出发，力求力筋有最大偏心； 从预加力时的混凝土应力来讲，偏心不能太大； 从运营阶段混凝土来讲，偏心不能太小； 据以上三点，可确定力筋布置的“束界”。 例如：,预应力束布置方法： 在力筋合力束界范围内确定力筋线形， 同时考虑梁端锚头布置和弯曲半径 确定各段长度（梁端直线段、曲线段、弯起点、 跨中部分直线段）,（二）箍筋的布置 可先按构造要求布置，然后检算抗剪承载能力或主拉应力 理解桥规中关于非预应力箍筋的规定。如： 直径不小于8MM 间距不大于200MM 宜用螺纹筋 力筋所在翼缘设闭合箍筋，间距不大于100MM，在梁端500MM范围翼缘内，间距为60-80MM。,六 锚下应力分析及配筋 实验表明，离开锚固端集中力作用面大致一个梁高以外的横截面应力均匀分布，而靠近锚头的这一段长度横截面应力不均匀，称这一段为端块，其中的应力为局部应力。 端块混凝土不但有沿梁长方向的纵应力，而且有沿梁高方向的横向应力且可能是横向拉应力，另外还存在剪应力。 通过锚头中心线的纵截面上拉应力的合力为劈裂力，可能导致沿梁长方向的纵向水平裂纹。故要进行抗裂性检算。 提高锚下局部承压强度的措施： 分布钢筋网或锚下螺旋筋,