【《装配式预应力混凝土T梁抗弯预加固工程实例设计案例》2400字】

装配式预应力混凝土T梁抗弯预加固工程实例设计案例此处案例是根据实例改编得来，只说明装配式预应力混凝土T梁预加固设计程序与预加固锚固系统使用效果。1.1基础设计资料（1）跨度及桥面宽度某预应力混凝土T型简支梁桥，桥面宽度为9m（机动车道7m，人行道两边各1m)，计算跨径19.5m（支座中心线间距），主梁全长19.96m。（2）技术标准设计荷载：公路Ⅱ级；环境标准：Ⅰ类；设计安全等级：二级。（3）主要材料混凝土：主梁、横隔板、湿接缝均采用C40混凝土；桥面铺装采用C30混凝土。钢材：预应力筋采用3φS15.2预应力钢绞线，单位公称截面积140mm2，抗拉强度极限值1860MPa，抗拉强度设计值1260MPa，弹性模量1.95×105MPa。（4）相关设计参数相对湿度75%，预应力筋管道采用波纹管成型，管道摩擦系数μ=0.25；管道偏差系数k=0.0015；锚具变形和钢筋回缩量6mm；栏杆按7.5kN/m计。T梁典型截面尺寸和配筋如图4-2所示。图4-2T形梁截面尺寸图（单位：cm）Figure4-2T-beamsectionsizedrawing（5）主梁作用效应组合根据T型主梁结构的断面布置形式，可以得出各类荷载作用下的分布系数，从而得出主梁的作用效应组合值，包括短期、长期以及标准组合，主梁荷载及效应如表4-1所示。表4-1主梁作用效应组合Table4-1Combinationofmainbeamactioneffect荷载类别跨中截面1/4截面支座截面Mmax（kN·m）Vmax（kN）Mmax（kN·m）Vmax（kN）Vmax（kN）标准组合3195.71128.122393.90431.05659.93短期组合2481.6765.491862.89326.72506.78极限组合4117.37179.373081.11559.39852.55（6）原梁承载力复核参考文献[61]中混凝土T梁在20年服役过程中的承载能力衰减以及组合荷载效应需求的提升，拟定混凝土强度下降至C45，相关参数详见表4-2。荷载效应组合调整系数1.3。则极限作用效应组合值为5352.58kN。表4-2混凝土相关参数（单位：Mpa）Table4-2Concreterelatedparameters(unit:Mpa)混凝土标号C503450032.42.6522.41.83C453350029.62.5120.51.74首先依据1.2.2节计算要求对正截面抗弯承载力进行验算：1）受压区高度确定T形截面梁在进行正截面抗弯承载力计算时，首先要判断截面类型。根据规范[62]中规定，若时，属于第一类截面形式，否则为第二类截面形式。则，从计算结果可以得出中性轴的位置于T梁翼板之间，因此判定该截面属于第一类截面形式。设中性轴到截面上缘距离为x，则有2）抗弯极限承载力验算根据规范[61]中5.2.2条的规定：则上述计算表明：荷载极限状态组合值大于抗力值，主梁正截面抗弯承载能力不能满足公路Ⅱ级汽车荷载下的使用要求。通过对该桥预估承载能力的校核验算，主梁抗弯承载能力无法满足公路Ⅱ级汽车荷载的要求，在未来服役期内的汽车荷载等级下如继续使用极易对桥梁结构造成损伤，出现严重事故，所以需对主梁进行预加固设计，保证其能在未来通过加固后继续安全运营。1.2预加固方案设计在设计体外预应力抗弯加固方案前，需要对加固材料的用量进行计算。根据1.1节承载力校核结果（表4-3所示），采用第1.2.3节给出的T梁体外预应力抗弯加固的计算要求来初步计算出应用于加固的预应力筋材料用量。表4-3主梁承载能力复核结果Table4-3Calculationresultsofthebearingcapacityofthemaingirder类型效应组合值（kN·m）抗力值（kN·m）跨中抗弯承载力5352.585058.92通过抗弯承载能力来估算体外预应力钢束的用量，主梁跨中荷载效应组合值为5352.58kN·m，假设体外预应力筋截面重心距主梁下缘距离为50mm，则截面受压区高度按式4-1可得：解得，，满足要求。 图4-3梁底张拉体外预应力加固示意图（单位：cm）Figure4-3Schematicdiagramofexternalprestressedreinforcementundertensionofbeambottom（Unit：cm）取2束3φ12.7钢绞线，公称截面积为592.2mm2。为保证梁体结构的抗弯承载能力及主拉应力满足要求，每片梁底板各布置两根预应力束。预应力束采用3φ12.7环氧涂层钢绞线成品索，标准抗拉强度1860MPa，设计强度1260MPa，体外预应力束布置形式见图4-3。1.3预加固正截面承载力验算预加固设计完成后，须依据规范[52,62]中预应力结构的相关规定进行主梁承载能力验算，本节只列出与预锚固构造相关内容。主梁加固后验算参数采用如下：汽车荷载等级为公路Ⅱ级，设计安全等级：一级；环境类别：Ⅰ类；构件类别：B类构件。其中，原预应力钢束重心至梁底的距离ap=140mm，跨中部位正截面的抗弯惯性矩I=2.0932×1011mm4截面中性轴到混凝土受压顶面的距离c=88.52mm；预应力钢束为3φ12.7钢绞线，距梁底高度50mm，则hp,e=1600+50=1650mm；标准强度1860MPa，张拉控制应力为0.65fpk=1209MPa，永存预应力为=919.94MPa，加固用的体外索极限应力参考式4-7可得：=1159.95MPa≤fpd,e=1260MPa加固后梁体正截面抗弯承载力验算。验算之前需对加固后梁体的截面类型进行判别。受压区高度参考式4-3得：=97.37≤150mm通过计算可以发现，受压区高度小于翼缘厚度，表明中性轴的位置于T梁翼板之间，判断截面类型为第Ⅰ类截面，受压区高度。则加固后梁体的受拉区受力筋（梁体原有受力筋及加固用的预应力筋）的合力作用点至受拉区边缘的距离为：实际有效高度参考规范[52]可计算出体外预应力筋的张拉控制应力为：通过进行预加固设计后，梁体正截面的抗弯承载力为：由上可知，主梁跨中正截面抗弯承载能力在经过一定年限使用，在时间节点下经过加固后依然可以满足承载力需求。根据预应力筋的张拉控制应力计算可得张拉控制力为：1.4预埋锚固构造承载力计算由1.3节可知，预加固锚固系统所需承担的预拉力为715.97kN，根据式4-20预埋锚固构造承载力计算公式可得，设计所需锚筋截面积，选配12根埋深为300mm的HRB400锚筋，直径14mm，总截面积为7385.28mm2。锚板厚度参考规范[52]，选取Q345D耐候钢，尺寸为300mm×400mm×12mm，表面喷砂处理。其中，锚筋采取三排四列分布方式，横向间距70mm，边距30mm，纵向间距100mm，边距50mm。如图4-4所示。图4-4预埋部位三视图（单位：cm）Figure4-4Threeviewsoftheembeddedpart（Unit：cm）1.5后加锚固构造承载力计算由1.3节可知，后加锚固座所需预应力筋的拉力为715.97kN，以16mm8.8级单面环槽铆钉，五排两列铆钉布置形式进行试算，布置图如图4-5所示。其中最上层环槽铆钉所受弯矩为剪力为弯矩作用下最上一排铆钉的承受拉力为（铆钉群绕形心旋转） 竖向剪力V作用下，每个环槽铆钉承担的剪力：图4-5后加锚固座三视图（单位：cm）Figure4-5Threeviewsoftherearanchorseat（Unit：cm）查阅环槽铆钉连接副相关标准[42]，16mm单面环槽铆钉的抗拉、抗剪承载力设计值分别为126.8kN和91.2kN，代入式4-14计算：表4-4环槽铆钉力学性能Table4-4Mechanicalpropertieso