公路预应力混凝土简支梁设计.pptx

09:5509:55第第1 1页页Ch 公路预应力砼简支梁设计计算要点09:5509:55第第2 2页页7.1概述概述与铁路梁设计的主要区别：、设计方法与规范不同 铁路：铁路桥规破坏阶段法 公路：公路桥规极限状态法（承载能力、正常使用）2、设计荷载及组合不同公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：（1）基本组合。（2）偶然组合。公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：（1）作用短期效应组合。（2）作用长期效应组合。铁路荷载组合：主力、主+附、主+特殊荷载3、设计计算不同之处：板的有效工作宽度、梁的荷载横向分布系数；09:5509:55第第3 3页页7.2公路预应力混凝土简支梁设计计算公路预应力混凝土简支梁设计计算 7.2.1 结构尺寸拟定 7.2.2 预应力筋估算及布置 7.2.3 预应力损失计算 7.2.4 持久状况承载能力极限状态计算 7.2.5 持久状况正常使用极限状态计算 7.2.6 持久状况和短暂状况构件的应力计算09:5509:55第第4 4页页 7.2.1 结构尺寸的拟定结构尺寸的拟定截面形式及分块方式：T型梁高：考虑经济、运输施工、使用等条件 （经济梁高跨度比1/151/25）腹板厚度：受力要求、构造要求、布置锚具（1/15梁高）梁肋间距：横向刚度，稳定性、桥面板受力，墩台顶尺寸上翼缘：作桥面板用下翼缘：布置预应力钢筋，使其获得最大的偏心距 横隔板：间距30倍腹板b或6m。09:5509:55第第5 5页页 7.2.2 预应力筋的估算预应力筋的估算 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范规定，在选定预应力钢筋的数量时，应满足以下三方面要求：1、按承载能力极限状态计算时，满足正截面强度的要求。2、按正常使用极限状态计算时，块件横向用砂浆或混凝土接缝处由预加力引起的预压应力不小于由使用荷载引起的拉应力1.10倍。3、在施工阶段，在预加应力及构件重力作用下，预拉区边缘拉应力不大于制造阶段混凝土抗拉标准强度的0.7倍。09:5509:55第第6 6页页1、按承载能力极限计算时满足正截面强度要求：预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度。09:5509:55第第7 7页页2、按正常使用状态计算时，拉应力满足要求估算下限；压应力满足要求估算上限。公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004的5.2.21和5.2.22条）规定，截面上的预压应力应大于荷载引起的拉应力，预压应力与荷载引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力（0.5Rba）。或为在任意阶段，全截面承压，截面上不出现拉应力，同时截面上最大压应力小于允许压应力。09:5509:55第第8 8页页当截面只在下缘布置力筋Ny下以抵抗正弯矩时 当由上缘不出现拉应力控制时：当由下缘不出现拉应力控制时：09:5509:55第第9 9页页 7.2.3 预应力损失的计算预应力损失的计算（一）预应力损失分类：1.瞬时损失 钢筋与管边摩阻损失：I1 锚具变形，钢筋回缩引起的损失：l 2 加温养护时温差引起的预应力损失l3（后张法无此项）混凝土弹性压缩引起的损失：l 42.长期损失 混凝土徐变、收缩引起的损失:l 6 钢筋松弛引起的损失:l 509:5509:55第第1010页页（二）预应力损失计算 1、l1力筋与管边的摩阻损失。l1来自于两个原因：曲线型钢筋张拉时对管边壁施以正压力而引起的摩擦，其值随钢筋弯起角的总和而增加；由于管边对其设计位置的偏差，致使接触面增加，从而引起摩阻力。（张拉端应力最多，间跨中逐渐减小）。计算式：（con力筋锚下控制应力）从张拉端至计算截面长度上，力筋弯起角之和，以弧度计算。从张拉端至计算截面的管边长度，一般可取在纵轴上的投影，以m计。管边壁摩擦系数，按表6.2.2采用。管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，按表6.2.2采用。09:5509:55第第1111页页2、l2锚头变形、钢丝回缩和接缝压缩引起的损失。L预应力筋的有效长度；L 锚具变形、钢丝回缩和接缝压缩值，统一取6mm。Ep预应力钢筋的弹性模量。09:5509:55第第1212页页3、l4混凝土弹性压缩损失 若全部力筋同时一次张拉，此时混凝土已被压扁，故不产生弹性压缩引起的预应力损失；若分批张拉，第二批张拉时混凝土发生的弹性压缩会使第一批张拉的力筋产生应力损失。近似处理：1/4跨截面代表平均截面，力筋都位于其合力作用点。N被张拉钢筋的根数，或分批张拉的批数。pc在预应力钢筋重心处，由全部预加应力产生的混凝土法向应力。09:5609:56第第1313页页4、l5钢筋松弛损失 张拉系数，一次张拉：取1.0；超张拉：取0.9。钢筋松弛系数，级松弛取1.0；级松弛取0.3；pe传力锚固时预应力筋中的应力=con-l1-l2-l4（1）预应力钢丝、钢绞线（2）精轧螺纹钢筋09:5609:56第第1414页页5、l6混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。预应力钢筋传力锚固龄期t0，计算考虑龄期t时的混凝土收缩应变，查6.2.7表；加载锚固龄期t0，计算考虑龄期t时的混凝土徐变系数，查6.2.7表；构件受拉区在计算截面全部钢筋重心处，由预加应力（扣除相应损失）产生的混凝土法向压应力。09:5609:56第第1515页页 7.2.4 持久状况承载能力极限状态计算 1、受弯构件正截面抗弯承载力计算09:5609:56第第1616页页2、受弯构件斜截面抗剪承载力计算简支梁和连续梁近边支点梁段，斜截面抗剪承载力计算时的计算位置：（1）距支座中心h/2处截面（2）受拉区弯起钢筋弯起点处截面（3）锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面（4）箍筋数量或间距改变处的截面（5）构件腹板宽度变化处的截面计算公式：09:5609:56第第1717页页Vcs斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值（KN）；Vsb与斜截面相交的普通弯起钢筋抗剪承载力设计值（KN）；Vpd与斜截面相交的预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值（KN）；1 异号弯矩影响系数；简支梁和连续梁近边支点时取1.0；否则取0.92 预应力提高系数；普通或预应力引起的弯矩与外荷载弯矩方向相同取1.0；其它预应力受弯构件取1.25；3 受压翼缘的影响系数；取1.1；P 斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率：P=100，当P2.5时取2.5。09:5609:56第第1818页页3、受弯构件斜截面抗弯承载力计算此时最不利的斜截面水平投影长度按下列公式试算确定：09:5609:56第第1919页页 7.2.5 7.2.5 持久状况正常使用极限状态计算、正截面抗裂验算：（作用）短期效应组合：（作用）长期效应组合：2、斜截面抗裂验算：（作用）短期效应组合：st在作用（或荷载）短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土法向拉应力；lt在荷载长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土法向拉应力；pc扣除全部预应力损失后的预应力在构件抗裂验算边缘混凝土的预压应力；tp在作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力；09:5609:56第第2020页页09:5609:56第第2121页页3、挠度验算：钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可根据给定的构件刚度用结构力学的方法计算。预应力混凝土构件刚度：预应力混凝土构件刚度：如果已知某钢筋混凝土简支梁的短期荷载作用弯矩为M，则该构件在短期荷载作用下的挠度为：09:5609:56第第2222页页公路桥规规定：预应力混凝土受弯构件：1、当预加应力产生的长期反拱度大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，可不设预拱度；2、当预加应力产生的长期反拱度小于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，应设预拱度。其值应按该项荷载的挠度值与预加应力长期反拱度之差采用。受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，即按荷载短期效应组合和规定的刚度计算的挠度值，乘以长期增长系数。当采用C40以下的混凝土时：=1.60当采用C50 C80的混凝土时：=1.451.35，中间强度等级用直线内插。09:5609:56第第2323页页使用阶预应力混凝土受弯构件应力检算：1、持久状况预应力混凝土构件应力计算 按持久状况预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向应力、受拉区钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过规定值。计算时作用（荷载）取其标准值，汽车荷载应考虑冲击系数；考虑预加应力效应，其分项系数取1.0。7.2.6 持久状况和短暂状况构件的应力计算由作用或荷载标准值产生的（1）混凝土法向压应力kc和拉应力kt：（2）预应力钢筋应力p：09:5609:56第第2424页页2、短暂状况预应力混凝土构件应力计算桥梁构件按短暂状况设计时,应计算其在制作、运输及安装阶段，由自重、施工荷载等引起的正截面和斜截面的应力，并不应超过规定的限值。施工荷载除特别规定的荷载外均采用标准值，当有组合时不考虑荷载组合系数。预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：压应力：拉应力：预拉区应配置其配筋率不小于0.4%的纵向钢筋预拉区应配置其配筋率不小于0.2%的纵向钢筋预拉区应配置其配筋率在前两者之间，采用内插