土木建筑第4章预应力混凝土简支梁(NXPowerLite).ppt

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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,

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