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1、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（
2、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
3、 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
4、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
5、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 36cm3 30m跨工形组合截
6、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
7、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
8、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
9、 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
10、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
11、、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
12、：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
13、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
14、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
15、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，
16、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，
17、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
18、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,第五节 预应力混凝土简支梁的制造及架设一 制梁工艺简介（一）后张法预应力混凝土梁的制造 施工过程：钢筋骨架制作并预埋管道灌注混凝土抽拔管道并穿束张拉(初、终)封端存梁。1 混凝土灌注：成孔工艺（预埋铁皮管、抽拔橡胶管）；管道准确定位；抽拔管道时机。2 力筋制作：高强钢丝用前调直，普通钢铰线使用前预拉减低松弛；钢铰
19、线下料时两端各5CM处扎紧。钢铰线束每隔11.5M用细铅丝扎紧。,3 张拉：穿束前清孔，对称张拉，双控，张拉千斤顶：单作用、双作用、三作用千斤顶4 孔道压浆：作用：防力筋锈蚀，与混凝土粘结成整体，减轻锚具受力，提高梁承载力、耐久性、抗裂性能 压浆前：冲洗管道，吹去水分 水泥浆：425号以上水泥，水灰比0.40.45，水泥浆标号不低于混凝土的80%压浆：一次压浆，甲端压入，乙端流浓浆时堵住乙端，达到压力后堵住甲端。二次压浆，一次压浆后30分钟，从另一端再来一遍。5 封端：混凝土凿毛，微膨胀混凝土，保护锚头。,（二）先张法预应力混凝土梁的制造 施工过程：张拉力筋钢筋骨架制作灌注混凝土放张存梁。1 台座：一个框架（两个锚固横梁，两个受压柱）和两个活动横梁。2 初调应力：使各力筋初应力基本相等，单束调。3 整体张拉：4 混凝土灌注：从一端向另一端推进 5 放张：二、预制梁的架设方法 工厂预制，现场架桥机架设 胜利型和红旗型架桥机 造桥机,
