桥梁设计之预应力钢束设计估算及布置

桥梁设计之之预应力钢钢束设计、、估算及布布置预应力钢束束设计预应力力束设设计估算—计算中使用用的组合结结果并不是是桥梁的真真实受力未考虑预加加力的影响响未考虑预加加力对徐变变、收缩的的影响③未考虑虑（钢束））孔道的影影响各钢束的预预应力损失失值只能根根据经验事事先拟定预应力束的调束预应力束的布置预应力束的估束预备知识（1）预应力钢筋筋7-φj15.24表示：一束由7股φ15.24的钢绞线组组成，每股股钢绞线由由6根直径5mm的钢丝围绕绕一根直径5.5mm的芯丝顺一一个方向扭扭结而成的的7股钢绞线，其理论论重量1.101Kg/m。其参数如如下所示：：抗拉强度标标准值：fpk=1860MPa张拉控制应应力：σcon≤0.75fpk抗拉强度设设计值：fpd=1260MPa有效张拉力力：σpe=σcon-σl预备知识预加力合力力偏心距e上、e下的计算通过查询Midas截面特性值值来计算。。通过AutoCad查询截面特特性值来计计算；右击“截面”（如右图图所示）单击“表格”如图4-1所示提取其其中的面积、Iyy、Czp、Czm。其中：Iyy：对单元局局部坐标系系y轴的惯性距距；Czp：沿单元局局部坐标系系+z轴方向，单单元截面中中和轴到边边缘纤维的的距离。Czm：沿单元局局部坐标系系-z轴方向，单单元截面中中和轴到边边缘纤维的的距离。预备知识截面特性值值表格思考题预加力合力力偏心距e上、e下与Czp、Czm的关系？图4-1预应力束估估算根据《公路钢筋混混凝土及预预应力混凝凝土桥涵设设计规范》JTGD62-2004）规定在选定预应应力筋的数数量时，应应满足以下下三方面要要求：(1)承载能力极极限状态下下的强度要要求；(2)正常使用极极限状态下下的应力要要求；(重点)(3)施工阶段的的应力要求求。预应力估算算依据按承载能力力极限计算算时满足正正截面强度度要求受压区混凝凝土应力达达到混凝土土抗压设计计强度受拉区钢筋筋达到抗拉拉设计强度度承载能力极极限状态极限状态整体结构或或构件的某某一特定状状态，超过过这一状态态界限结构或构构件就不再再满足设计计规范的某某一功能要要求。预应力束估估算受压区高度度预应力筋数数或（1）对于仅承承受一个方方向的弯矩矩的单筋截截面梁矩形截面判断截面类类型按承载能力力极限计算算时满足正正截面强度度要求预应力束估估算（2）若截面承承受双向弯弯矩时，需需配双筋的的梁可据截面上上正、负弯弯矩按上述述方法分别别计算上、、下缘所需预应力力筋数量。。这忽略实际际上存在的的双筋影响响（受拉区区和受压区区都有力筋筋）会使计计算结果偏大，作为力筋筋数量的估估算是允许许的。按承载能力力极限计算算时满足正正截面强度度要求预应力束估估算思考题：为什么忽略略实际上存存在的双筋筋影响会使使计算结果果会偏偏大？按正常使用用极限计算算时满足应应力要求正常使用极极限状态预压应力荷载引起的的拉应力预压应力荷载引起的的压应力混凝土的允允许压应力力截面上、下下缘均不产产生拉应力力截面上、下下缘的混凝凝土均不被被压坏预应力束估估算按正常使用用极限计算算时满足应应力要求预压应力荷载引起的的拉应力预压应力荷载引起的的压应力混凝土允许许的压应力力预应力束估估算（1）由预加力力引起截面上上、下翼缘缘混凝土应应力按正常使用用极限计算算时满足应应力要求预应力束估估算注意对于公路桥桥，在使用用阶段配筋筋估算时，，预应力钢钢筋有效预应应力σpe=（0.6-0.65）fpk；在施工阶阶段配筋估算时，预预应力钢筋筋有效预应应力（1.0-1.15）σpe。上翼缘最大大配筋为：：上翼缘最小小配筋为：：下翼缘最大大配筋为：：下翼缘最小小配筋为：：按正常使用用极限计算算时满足应应力要求截面上核心心距截面下核心心距预应力束估估算（2）截面只在在下缘布置置力筋以抵抵抗正弯矩矩按正常使用用极限计算算时满足应应力要求预应力束估估算（3）当截面中中只在上缘缘布置力筋筋以抵抗负负弯矩按正常使用用极限计算算时满足应应力要求预应力束估估算按正常使用用极限计算算时满足应应力要求（4）上、下缘缘配筋的判判别条件受弯构件截截面配筋数数量截面承受的的弯矩截面的几何何特性以截面上下下缘均配有有力筋抵抗抗正负弯矩矩的情况下下所导出的公式为为依据：配底板筋配顶板筋预应力束估估算按正常使用用极限计算算时满足应应力要求弯矩M取值说明注意：一次落架生生成形成的的内力包络络图与分阶阶段依次落落架生成的的内力包络络图存在不不小的差异异。预应力束估估算预应力束估估算三跨连续刚刚构桥弯矩矩包络图考虑施工过过程的弯矩矩变化体系转换前前的最大弯弯矩包络图图预应力束估估算预应力束布布置预应力束的的布置（1）钢束布置原原则，应使使其重心线线不超出束束界范围。。（2）钢束弯起角角度，应与与所承受的的剪力变化化规律相配配合。弯起角角α不宜大于20°；对于弯出出梁顶锚固固的钢束，α值往往超出出此值，常常常在20°～30°之间。（3）弯起钢丝丝束的形式式，原则上上宜为抛物物线，若为为施工方便则又又宜采用悬悬链线，或或采用圆弧弧弯起并以以切线伸出梁端或或梁面。后后张法预应应力混凝土土构件的曲曲线形预应力钢筋筋，其曲线线半径应符符合下列规规定：钢丝丝束、钢绞线束钢钢丝直径等等于或小于于5mm时，不宜小小于4m；钢丝直径大大于5mm时，不宜小小于6m。（4）预应力钢钢筋弯起点点的确定：：a）从受剪考考虑，应提提供一部分分抵抗外荷荷载剪力的的预剪力。但实实际上，受受弯构件跨跨中部分的的肋部混凝凝土已足够承受荷荷载剪力，，因此一般般是根据经经验，在跨跨径的三分点到四四分点之间间开始弯起起。b）从受弯考考虑，由于于预应力钢钢筋弯起后后，其重心心线将往上移，，使偏心距距变小。即即预加力弯弯矩将变小小。因此，应满足足预应力钢钢筋弯起后后的正截面面的抗弯承承载力要求。预应应力钢筋束束的弯起点点尚应考虑虑斜截面抗抗弯承载力要求。。即保证钢钢筋束弯起起后斜截面面上的抗弯弯承载力，不低于于斜截面顶顶端所在的的正截面抗抗弯承载力力。预应力束布布置预应力束的的布置预应力束布布置预应力束布布置的具体体规定（1）在靠近端端支座区段段横向对称称弯起，尽尽可能沿梁梁端面均匀布置置，同时沿沿纵向可将将梁腹板加加宽。在梁梁端部附近，设置置间距较密密的纵向钢钢筋和箍筋筋。并符合合T形和箱形梁对对纵向钢筋筋和箍筋的的要求。（2）预应力直直线管道的的混凝土保保护层厚度度，对构件件顶面和侧面，，当管道直直径大于55mm时，不应小小于45mm；对构件底面面不应小于于50mm.当桥梁处于于受侵蚀的的环境时，上述保保护层厚度度应增加10mm。后张法预预应力混凝土构件的的端部锚固固区，在锚锚具下面应应设置厚度度不小于16mm的垫板或采采用具有喇喇叭管的锚锚具垫板。。锚垫板下应设间间接钢筋，，其体积配配筋率不应应小于0.5%。后张法构件件（3）后张法预应应力混凝土土构件，其其预应力管管道的混凝土土保保护护层层厚厚度度，，应应符符合合《公路路桥桥规规》的下下列列要要求求：：直线线形形预预应应力力钢钢筋筋的的最最小小混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度不不应应小小于于钢筋筋公公称称直直径径，，后后张张法法构构件件预预应应力力直直线线形形钢钢筋筋不不应应小小于管管道道直直径径的的1/2且应应满满足足下下表表规规定定：：预应应力力束束布布置置预应应力力束束布布置置的的具具体体规规定定对外外形形呈呈曲曲线线形形且且布布置置有有曲曲线线预预应应力力钢钢筋筋的的构构件件，，其其曲线线平平面面内内和和曲曲线线外外的的管管道道的的最最小小混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度，，也应应根根据据《公路路桥桥规规》给出出公公式式计计算算得得到到。。按上上述述公公式式计计算算的的保保护护层层厚厚度度，，如如小小于于各各类类环环境境的的直直线管管道道的的保保护护层层厚厚度度，，应应取取相相应应环环境境条条件件的的直直线线管管道道的保保护护层层厚厚度度。。预应应力力束束布布置置预应应力力束束布布置置的的具具体体规规定定预应应力力束束管管道道的的构构造造要要求求（1）直线线管管道道之之间间的的水水平平净净距距不不应应小小于于40mm，且且不宜宜小小于于管管道道直直径径的的0.6倍；；对对于于预预埋埋的的金金属属或或塑塑料料波纹纹管管和和铁铁皮皮管管，，在在竖竖直直方方向向可可将将两两管管道道叠叠加加。。后张张法法构构件件（4）按按计计算算需需要要设设置置预预拱拱度度时时，，预预留留管管道道也也应应同同时时起拱拱。。（3）管道道内内径径的的截截面面面面积积不不应应小小于于预预应应力力钢钢筋筋截截面面面积积的的两两倍倍。。（2）曲线线形形预预应应力力钢钢筋筋管管道道在在曲曲线线平平面面内内或或曲曲线线平平面外外相相邻邻管管道道间间的的最最小小距距离离可可据据《公路路桥桥规规》有关关公公式计计算算。。预应应力力束束布布置置（1）应应选选择择适适当当的的预预应应力力束束的的型型式式与与锚锚具具型型式式（3）预预应应力力束束的的布布置置，，既既要要符符合合结结构构受受力力的的要要求求，，又又要注注意意在在超超静静定定结结构构体体系系中中避避免免引引起起过过大大的的结结构构次次内力力。。（4）预预应应力力束束的的布布置置，，应应考考虑虑材材料料经经济济指指标标的的先先进进性性（5）预预应应力力束束应应避避免免合合用用多多次次反反向向曲曲率率的的连连续续束束（6）预预应应力力束束的的布布置置，，不不但但要要考考虑虑结结构构在在使使用用阶阶段段的的弹性性力力状状态态的的需需要要，，而而且且也也要要考考虑虑到到结结构构在在破破坏坏阶阶段段时的的需需要要。。预应应力力束束布布置置（2）应应力力束束的的布布置置要要考考虑虑施施工工的的方方便便预应应力力束束布布置置的的注注意意事事项项（7）预预应应力力筋筋应应尽尽量量对对称称布布置置。。（8）应应留留有有一一定定数数量量备备用用管管道道，，一一般般占占总总数数的的1%。（9）预应应力力筋筋布