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公路
桥面
宽度
26
- 资源描述：
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公路—I级桥面宽度26,公路,桥面,宽度,26
- 内容简介：
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重庆交通 大学毕业设计（论文） - 36 - 第 7 章 索塔锚固区受力分析 述 斜拉 桥 索塔作为主要的受力构件之一， 结构的绝大部分恒载、活载都要通过索塔传至桥墩、承台及基础。索塔 锚固区在斜拉索索力作用下的 受力相当复杂，有局部受压（高应力集中）、横向框架的侧壁受弯 和 受拉 、 塔柱竖向受压等情况 ， 而索塔的安全可靠对整个结构至关重要，因此，需要对锚固区段作较详细的局部应力分析。 为了抵抗上塔柱在张力作用下的横向框架的弯矩和拉力，须在其侧壁内设置起箍筋作用的闭合预应力筋，可采用环向预应力筋，也可采用井字形预应力粗钢筋。锚索区预应力平面布置的传力机理是：锚索区 段除参与索塔的总体功能外，还将拉索的集中力传递到索塔侧壁内，进而逐渐传递到基础，为防止混凝土在拉索锚固力的作用下，开裂，将预应力作为外力施加到锚索区平面内，以平衡拉索锚固力所产生的内力。 索区受力 该桥桥塔塔冠区为单箱单室截面，在高度 40m 范围内有 25 对斜拉索锚固，斜拉索在塔冠上的标准索距为 拉索锚固在加强的塔壁内侧齿块上。计入恒、活、温度、支座沉降等最不利荷载组合，其索力的纵桥向水平分力的 组合值见表 7 表 7固区荷载组合一览表 索号 自重 温度 汽车座沉降本组合 短期组合 标准组合107 6880 52 097 6683 6778108 6902 114 6688 6782109 6922 117 6678 6774110 6650 74 792 6396 6495111 6410 493 6135 6239112 6270 225 5926 6017113 6118 015 5753 5840114 6242 094 5828 5920115 6250 039 5790 5876116 6070 776 5580 5662117 5720 303 5196 5268重庆交通 大学毕业设计（论文） - 37 - 118 5550 051 4989 5063119 5380 797 4780 4851120 5040 342 4405 4464121 4998 226 4302 4363122 4814 57 963 4076 4139123 4648 707 3857 3920124 4484 5 399 3605 3657125 4338 130 3378 3432126 4270 902 3187 3238127 4250 650 2986 3026128 4200 347 2741 2777129 4120 28 9 955 2424 2455130 4106 514 2072 2092131 4100 04 948 1615 1627132 4126 896 1570 1580133 4120 463 2030 2046134 4122 912 2391 2418135 4180 306 2707 2740136 4210 608 2948 2987137 4264 904 3179 3231138 4374 1 184 3406 3463139 4510 460 3631 3687140 4620 735 3842 3913141 4788 5 004 4062 4136142 4976 280 4288 4363143 5020 03 6 402 4387 4462144 5366 856 4752 4839145 5534 092 4950 5038146 5726 350 5168 5252147 6108 835 5568 5659148 6250 036 5742 5832149 6282 23 118 5818 5912150 6142 013 5741 5828151 6264 186 5895 5985152 6396 72 431 6098 6200153 6628 65 724 6356 6452154 6900 064 6654 6747155 6908 123 6718 6808156 6912 178 6779 6869重庆交通 大学毕业设计（论文） - 38 - 注：表中基本组合 、短期组合和标准组合均 为最大 组合 值 ，不考虑作用长期效应组合的影响。 塔冠区采用 凝土，按全预应力混凝土设计。 索力的纵桥向水平分力的 组合 值，沿塔高方向可分为 5 个索区段 控制： 按承载能力极限状态设计时，作用效应基本组合 的最大值 如下 表 7 表 7载能力极限状态 控制力 索区 双根索水平力(单根索水平力(锚下均布荷载（KN/m )25 21 8180 4090 1363320 16 7230 3615 1205015 13 6350 3175 1058312 9 5410 2705 901786 4460 2230 743351 3650 1825 6083 按正常使用极限状态设计时，作用效应 短期 组合 的最大值 如下表 7 表 7常使用 极限状态 控 制力 索号 双根索水平力(单根索水平力(锚下均布荷载（KN/m )25 21 6780 3390 1130020 16 5930 2965 988315 13 5200 2600 866712 9 4410 2205 735086 3630 1815 605051 2990 1495 4983 按 作用 标准值 直接 组合 的最大值 ，见下表 7 表 7准值 控制力 索号 双根索水平力(单根索水平力(锚下均布荷载（KN/m )25 21 6870 3435 1145020 16 6020 3010 1003315 13 5270 2635 878312 9 4470 2235 745086 3690 1845 615051 3030 1515 5050 注：表中的值是组合后的结果，主要用于验算使用阶段的 应力验算。 算分析 由于索塔节段在预加应力阶段即外加荷载时的受力分析不同于一般的梁式结构的分析，为简化分析工作，从塔冠中取出一个横断面，于是塔冠的受重庆交通 大学毕业设计（论文） - 39 - 力可归结为平面应变问题。计算采用二维杆系单元，在计算中将整个结构视为均质弹性体，未考虑普通钢筋的影响，也未考虑索力的垂直分力，再 对称面上根据对称性加定向支承。 图 7固区断面及受力示意图 注：图中 F 表示单根索作用在水平框架上的水平分力，其值 应根据 承载能力极限状态 、 正常使用极限状态 或 使用阶段 而 采用 相应的 表 77 7的值 。 取一个索塔标准索距段 为水平框架进行分析，单根拉索索力可近似为分布在锚下宽 30均布荷载，由此 根据对称性 建立平面杆系计算模型 7 面杆系计算模型 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 40 - 肋 肋 图 7筋控制断面 按承载能力极限状态设计时， 作用效应基本组合如下 表 7 表 7载能力极限状态 基本组合 N d V d M d N d V d M 21 4090 0 0 16 3615 0 0 13 3175 0 0 9 2705 0 0 2230 0 0 1825 0 0 A 截面 BB 截面注：表中的值是组合后的结果，主要用于验算正截面的抗弯承载力。 按 正常使用极限状态设计时，作用效应基本组合如下表 7 表 7常使用 极限状态 短期组合 N s V s M s N s V s M 21 3390 0 0 16 2965 0 0 13 2600 0 0 9 2205 0 0 1815 0 0 1495 0 0 A 截面 BB 截面注：表中的值是按正常使用极限状态组合后的结果，主要用于验算正常使用阶段的抗裂验算和预应力筋的估算。 表 7准值组 合 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 41 - N k V k M k N k V k M 21 3435 0 0 16 3010 0 0 13 2635 0 0 9 2235 0 0 1845 0 0 1515 0 0 A 截面 BB 截面注：表中的值是组合后的结果，主要用于验算使用阶段的 应力验算。 注：表 77 7轴力以拉力为正，弯矩以使索塔外壁受拉为正。 以 25 21 号索区段为例， 在使用阶段 每侧作用的单根索的水平力为3435索索力可近似为分布在锚下宽 30均布荷载即 11450KN/m，其受力特点是： 肋 肋 拉索作用下的两肋应力 （ 1）肋 1 处应力从 直线变化；肋 2 处应力从 变化，以上应力以拉应力为正。 （ 2）肋 2 内腔锚下压应力较大，故一方面设计中做好锚下构造钢筋的布置以减缓应力集中问题，另一方面要求平面预应力束作用时，不能在此产生较大的压应力，相反可以施加较小的拉应力，即预应力束应尽量布置在塔冠截面的外缘。 （ 3）在外力的作用下，塔冠断面呈框架受力状态，设计中不能只在斜拉索索力作用方向施加预应力，必须在肋 2 内也布置预应力钢束，以消除肋2的外缘拉应力。 本设计采用井字形预应力粗钢筋，较常用的环向预应力钢束相比较，粗钢筋在塔冠区可布置多层，从而 使塔冠区的受力更加均匀。在塔冠区域布置重庆交通 大学毕业设计（论文） - 42 - 的环向预应力钢束，由于索塔断面尺寸的限制，钢束的弯曲曲率半径较小（根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （以下简称规范）第 规定：后张法预应力混凝土构件的曲线形预应力钢筋的曲线半径 对于斜拉桥桥塔内围箍用的半圆形预应力钢筋，半径在 右时，须采用特殊措施 ） ，预应力损失较大，经初步估算，仅预应力钢束与管道壁间的摩擦引起的预应力损失就达张力控制应力的近 30%，且施工困难。而采用预应力粗钢筋，预应力损失较小，可以更好的发挥预应力效应，且张拉吨位小，便 于施工，锚下集中应力也比环向预应力钢束小。 根据以上计算结果，进行预应力筋的布置。预应力体系采用 32 的精轧螺纹粗钢筋，标准强度为30拉控制应力值锚下控制张拉力 F=673 应力筋的估算 应力损失 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第 规定：后张法预应力混凝土构 件在正常使用极限状态计算中，应考虑由下列因素引起的预应力损失： 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 1l锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 2l混凝土的弹性压缩 4l预应力钢筋的应力松弛 5l混凝土的收缩与徐变 6l预应力损失值无可靠试验数据，可按经验公式计算。 在估算预应力筋时，不考虑4l与6l。 由 规范 ， 预应力混凝土构件，预应力钢筋的张拉控制应力值重庆交通 大学毕业设计（论文） - 43 - 对后张法构件为梁体内锚下应力）应符合下列规定： 精轧螺纹刚筋的张拉控制应力值 式中 预应力钢筋抗拉强度标准值，按规范表 2 的规定采用。 由规范 ， 后张法构件张拉时，预应力钢筋与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失，可由下式计算： 1l e 1(7式中 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数，因索塔锚固区的管道成型方式采用预埋金属波纹管，故 = 从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和（ 此处 =0； k 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数， k = x 从张拉端至计算截面的管道长度，可近似地取该管道在构件纵轴上的投影长度（ m） ，肋 1 的 A A 截面处 x =5m，肋 2 的 B B 截面处 x = 由规范 ， 预应力直线钢筋由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失，可按下式计算： 2l (7式中 l 张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值（ ,按表 设计采用钢筋螺纹锚具，故需计入带螺帽锚具的螺帽缝隙 l =1 l 张拉端至锚固端之间的距离（ ，肋 1 处 l = 2 处l = 精轧螺纹钢筋的弹性模量，510 由规范 ， 预应力钢筋由于钢筋松弛引起的预应力损失终极值，可按下列规定计算： 精轧螺纹钢筋一次张拉5l= (7重庆交通 大学毕业设计（论文） - 44 - 表 7应力损失计算 损失a a l ( a l1 a l2 a l5 a l1 a l2 a l (p a)a a p ( 2)N p ( N)面 中为一根预应力钢筋的值。 应力筋的估算原则 根据在正常使用阶段按正常使用极限状态 的最不利组合内力 使截面上下缘不出现拉应力的原则，进行预应力钢筋根数的估算。 由下缘不出现拉应力，则： (7由上缘不出现拉应力，则： 0(7由式 (7求得预加力的下限式 (7求得预加力的下限存预 加力，然后根据 公式 (7出预应力粗钢筋的根数。 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 45 - (7式中 每根预应力粗钢筋的截面面积。 由规范 可知， 估算预应力筋根数时，截面性质对计算应力或控制条件影响不大，可采用毛截面。 应力筋 布置 图 7固区预应力筋平面初始布置图 算预应力筋 A=； I=m ； 表 7面预应力筋的估算 索区 N s M s N n n 21 3390 020 16 2965 15 13 2600 12 9 2205 86 1815 51 1495 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 46 - A=； I=m ； 表 7面 预应力筋的估算 索区 M s N n n n (对 ）25 21 020 16 15 13 12 9 86 51 注：表中预加力为预应力钢筋的合力； 经计算，可根据图 7行锚固区预应力筋的平面布置。 效预应力 预应力损失值1l、2l、5l已如前述，忽略 混凝土的弹性压缩4l(不采用分批张拉），下面计算混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失值6l： 由规范 ，由混凝土收缩、徐变引起的构件受拉区预应力钢筋的预应力损失，可按下列公式计算： 151,06 ；221ie (7 式中 构件受拉区全部纵向钢筋截面重心处由预应力产生的混凝土法向压应力 ，此时，预应力损失值仅考虑预应力钢筋锚固时的损失，不得大于传力锚固时混凝土立方体抗压强度的 学毕业设计（论文） - 47 - 倍； 预应力钢筋的弹性模量， 预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值， 构件受拉区全部纵向钢筋配筋率； A 构件截面面积，对后张法构件， i 截面回转半径，对后张法构件，2 ； 构件受拉区预应力钢筋截面重心至构件截面重心的距离； 构件受拉区全部钢筋截面重心至构件截面重心轴的距离； 0, 预应力钢筋传力锚固龄期为0t，计算考虑的龄期为 t 时的混凝土收缩应变，其终极值 0,按表 用 ； 0, 加载龄期为0t，计算考虑的龄期为 t 时的徐变系数，其终极值 0,可按表 用； 由规范表 据桥梁所处环境的年平均相对湿度 70% 90%, h 600， 传力锚固龄期和加载龄期均是 28d，查得 0,= 0,= 由公式 (7应力损失值6l的计算表如下： 表 7面预应力损失值6l重庆交通 大学毕业设计（论文） - 48 - 索区 E P 收缩系数 a EP a 变系数 p p ps a 21 5 16 5 13 5 9 5 5 5 7面预应力损失值6l索区 E P 收缩系数 a EP a 变系数 p p ps a 21 5 16 5 13 5 9 5 5 5 效预应力计算表下： 表 7面有效预应力(索区 25 21 20 16 15 13 12 9 86 51a l 面有效预应力(重庆交通 大学毕业设计（论文） - 49 - 索区 25 21 20 16 15 13 12 9 86 51a l 载能力极限状态 计算 算原则 由规范 桥梁构件的承载能力极限状态计算，应采用下列表达式： dd (7式中 0 桥梁结构的重要性系数，按公路桥涵的设计安全等级，一级、二级、三级分别取用 处取0= S 作用（或荷载）效应（其中汽车荷载应计入冲击系数）的组合设计值，按表 1 采用 ，当进行预应力混凝土连续梁等超静定结构的承载能力极限状态计算时，公式中的作用（或荷载）效应项应该为 0，其中 预应力（扣除全部预应力损失）引起的次效应； P 为预应力分项系数，当预应力效应对结构有利时，取 P =结构不利时，取 P = R 构件承载力设计值； R ( ) 构件承载力 函数 ； 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 50 - 材料强度设 计值； 几何参数设计值； 应力次效应 图 7加力次内力计算模型 预应力（扣除全部预应力损失）引起次弯矩2 表 7次弯矩2M r M r M 21 16 13 9 注：表中 次 弯矩以使索塔外壁受拉为正 ，对 面有利，对 面不利。 预应力混凝土连 续梁等超静定结构的次弯矩可按等效荷载分析的弹性计算求得，由预加力产生的在构件截面上的次弯矩 2按下列公式确定： 2 1M 1 (7重庆交通 大学毕业设计（论文） - 51 - 式中 预加力（扣除相应阶段预应力损失）的等效荷载在构件截面 产生的总弯矩值； 1预加力（扣除相应阶段预应力损失）对净截面重心轴引起的主弯矩值； 预加力钢筋（扣除相应阶段预应力损失）的合力； 预加力钢筋合力的偏心距。 截面抗弯承载力计算 面抗弯承载力计算 图 7面承载力计算 （ 1） 求混凝土受压区高度（中性轴位置） x ： 由 X=0，得 7 (7重庆交通 大学毕业设计（论文） - 52 - 式中 受拉区纵向预应力钢筋的截面面积和抗拉强度设计值 。 预应力混凝土构件的截面受压区高度 x ，和普通钢筋混凝土构件一样，应符合下列要求： 0hx b(7式中 b 预应力混凝土受弯构件截面的相对界限受压区高度 ，此处取b= （ 2）承载力 计算 矩形截面若偏安全的略去非预应力钢筋的影响，则其正截面强度按下式计算 ： = 2)2( 020 =R （ 7 式中 弯矩组合设计值； 混凝土轴心抗压 强度设计值，按 规范表 用； 0h 截面有效高度，0h= ，此处 h 为截面全高； b 矩形截面宽度； 轴力 按承载能力极限状态 组合值，此处为拉力； 2 预应 力（扣除全部预应力损失）引起的次效应 。 面抗弯承载力计算 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 53 - 图 7面承载力计算 （ 1） 求混凝土受压区高度（中性轴位置） x ： 由 X=0，得 (7 (7式中 受拉区纵向预应力钢筋的截面面积和抗拉强度设计值 。 预应力混凝土构件的截面受压区高度 x ，和普通钢筋混凝土构件一样，应符合下列要求： 0hx b(7式中 b 预应力混凝土受弯构件截面的相对界限 受压区高度，此处取b= （ 2） 矩形截面若偏安全的略去非预应力钢筋的影响，则其正截面强度按下式计算 2020 =S (7式中 a 受拉区预应力钢筋的合力点至受拉区边缘的距离 ； 其它符号意义同前。 算表重庆交通 大学毕业设计（论文） - 54 - 表 7面承载力计算表 索区 N d f p d A p f cd b b h 0 x b h 0 M d r 0 M p2 r p r 0 S+r p S p R （抗力）25 21 4090 770 16 3615 770 13 3175 770 9 2705 770 6 2230 770 1 1825 770 7面承载力计算表 索区 f p d A p f cd b h 0 x h 0 M d r 0 M p2 r p r 0 S+r p S p R（ 抗力）25 21 770 16 770 13 770 9 770 6 770 1 770 ： （ 1）表 77截面尺寸以 m 计，面积以 凝土和钢筋的强度设计值以 ，轴力组合 ，弯矩组合和抗力以 ； （ 2） 面的次弯矩 对结构有利，故预应力分项系数； 面的次内力对结构不利，故 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 55 - 经计算， 面的抗弯承载力均是满足要求的。 斜截面 抗剪承载力 对水平框架的斜截面抗剪承载力，现行桥规 未推荐适当的计算公式， 并且 索塔内 尚未配置箍筋和弯起钢筋， 故不做计算与验算 。 久状况正常使用极限状态计算 由规范 由预加力产生的混凝土法向压应力拉应力 (7预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力钢筋应力： 0(7相应阶段预应力钢筋的有效预应力 (7式中 净截面面积； 后张法构件的预应力钢筋的合力，根据 规范 ，对后 张法构件， 受拉区预应力钢筋的有效预应力； 净截面惯性矩； 净截面重心至预应力钢筋合力点的距离； 净截面重心至计算纤维处的距离； 受拉区预应力钢筋的张拉控制力； 重庆交通 大学毕业设计（论文） - 56 - l 受拉区相应阶段的预应力损失值；使用阶段时为全部预应 力 值； 预应力钢筋弹性模量 2由预加力 由规范 受弯构件由作用（或荷载）产生的截面抗裂验算边缘混凝土 的法向应力，应按下列公式计算： (7式中 按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩值 。 由 规范 全预应力混凝土构件在作用短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘不允许出现拉应力（不得消压）。 由规范 预应力混凝土受弯构件应按下列规定进行正截面抗裂验算：正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算 ,并应符合下列要求： 全预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下， (7重庆交通 大学毕业设计（论文） - 57 - 表 7面 抗 裂验算计算表 索区 N p M p2 e n I n y n N s M s A 0 I 0 y 0 pc a 21 390 16 965 13 600 9 205 6 815 1 495 面 抗 裂验算计算表 索区 a p M p2 e n I n y n M s I 0 y 0 pc a 21 16 13 9 6 1 面，索塔内壁为受拉边；对 面，
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