桥博计算先张预应力混凝土空心板梁损失.pdf

离金： 桥 计算先张预应力混凝土空心板粱损失 6 1 桥博计算先张预应力混凝土空心板梁损失 高金 ( 上海勘 测设计研究院 ． 上海2 0 0 4 3 4) 【 摘要】 分析了先张法预应力混凝土空心板梁桥的应用现状， 比较了先张法和后张法预应力损失计算的 区别 ， 实现了采用桥梁博士计算先张法预应力混凝土空心板梁的损失。 【 关键词】 先张法； 预应力损失 ； 混凝土空心板梁； 桥梁博士 【 中图分类号】 T U 3 1 1 ． 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 — 0 0 6 1 — 0 3 先张法预应力混凝土空心板梁桥具有材料指标低， 自 重轻， 建筑高度低， 工厂化程度高， 运输、 吊装方便， 工期短， 施工对地面交通影响较小等优点。在景观要求不高， 施工 工期要求较短， 桥梁平面线形较为简单的情况下， 采用这种 结构形式具有绝对优势。因此先张法预应力混凝土空心板 梁桥在桥梁建设中得到广泛应用。 1 设 计现状 先张法预应力混凝土空心板梁桥结构简单 ， 受力明确， 技术成熟， 交通部标准图和上海市标准图提供了多种标准 跨径板梁供选择。但在桥梁设计过程中， 由于受到桥位客 观条件和桥梁平面线形的制约， 空心板梁的跨径常常不是 标准跨径， 悬臂长度也不是标准图中规定的长度， 甚至同一 孔跨各块板的跨度也差异较大； 另外， 特殊用途的桥梁， 空 心板梁受到的荷载与标准图中的设计荷载差异较大， 在这 些情况下， 需要对空心板梁进行设计和计算。 通常预应力混凝土空心板梁桥设计计算有以下几个要 点： ①计算对象： 边板、 中板； ②恒载： 包括梁体 自重和二期 荷载， 其中桥面铺装和栏杆的重量可按每片梁的宽度平均 分配， 也可铺装重量按各片梁上的铺装宽度计算， 栏杆重量 按铰接板梁法分配； ③活载 ： 汽车荷载和人群荷载按照铰接 板梁法计算横 向分布系数， 分配到各片梁上； ④ 预应力损 失： 各阶段的预应力损失按照 J T G 1 3 6 2—2 o o 4 ~ 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》 ) 计算。 桥梁博士( 以下简称桥博) 结构分析软件是业内应用最 广泛的计算软件， 空心板梁桥也多用桥博计算。上述计算 要点中的恒载及活载计算方法成熟 ， 横向分布系数可采用 桥博的横向分布系数计算模块实现。但桥博提供的预应力 计算 ， 只能模拟后张法预应力损失， 无法模拟先张法预应力 损失。因此， 采用桥博计算先张法预应力混凝土空心板梁 时， 预应力损失的计算需要套用后张法的模式来实现， 在软 件应用过程中需要注意哪些问题， 如何正确的填写预应力 参数 ， 将是本文讨论的重点 2 先张法预应力损失的计算分析 为了在桥博中套用后张法的计算模式来实现先张法预 应力损失的计算， 有必要先来 比较一下先张法与后张法预 应力损失的异同点。根据《 规范》 第 6 ． 2节， 预应力混凝土 构件在正常使用极限状态计算时 ， 应考虑表 1 所列的因素引 起的预应力损失， 计算公式见《 规范》 第 6 ． 2 ． 2～6 ． 2 ． 7条， 各阶段的预应力损失值按《 规范》 表 6 ． 2 ． 8的规 定进行 组合。 结合上述公式和桥博计算特点 ， 先张法预应力损失可 按下述方法计算 ： ( 1 ) 先张法无此项损失。 ( 2 ) ， 已知张拉台座长度及钢筋回缩值 ， 即可按照 规范公式计算。 ( 3 ) 。， 已知预应力钢筋与张拉台座间的加热养护温 差 ， 即可按照规范公式计算。 ( 4 ) ， 先张法预应力混凝土构件 ， 是放松钢筋时 有优良的抗老化性能； 浇注式沥青混凝土的组成结构决定 了其耐高温性能不是很理想， 抗车辙能力差是其弱点之一， 但现阶段国内有关科研单位对沥青胶结料进行改性， 增强 其高温条件下的变形性能。 参考文献 [ 1 ] 葛折圣， 黄晓明， 许国光． 用弯曲应变能方法评价沥青混合料 的低温抗裂性能明[ J ] ． 东南大学学报， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 4 ) ： 2 4 — 2 6 ． [ 2 ] 向源， 闫东波， 汪林． 浇注式沥青混凝土高温稳定性影响因素 分析[ J ] ． 中外公路， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 5 ) ： 2 3 6 — 2 3 8 ． [ 3 ] 黄卫， 李洪涛． 钢桥面浇注式沥青混合料铺装的高温稳定性研 究[ J ] ． 重庆交通学院学报， 2 0 0 3 ， 2 2 ( 1 ) ： 3 2— 3 5 ． [ 4 ] 王敬民， 谭志龙， 樊叶华． 浇注式混凝土在钢桥面铺装中的应 用[ J ] ． 中外公路， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 3 ) ： 4 5 - 4 8 ． [ 5 ] 杨国涛． 钢桥面铺装材料低温性能的深入研究[ D ] ． 南京： 东 南大学 ， 2 0 0 7 ． [ 收稿日期】 2 0 1 2— 0 9 — 0 5 [ 作者简介] 黄志勇( 1 9 8 8 一) ， 男， 广东梅州人， 硕士， 从事道 路工程研究。 6 2 低温建筑技术 2 0 1 2 年第1 2 期【 总第 1 7 4期) 由混凝土弹性压缩引起的预应力损失， 而后张法预应力混 凝土构件当采用分批张拉时， 是先张拉的钢筋由张拉后 批钢筋所引起的混凝土弹性压缩预应力损失。 因此可以人 为的将先张法预应力筋的 分为两部分， 一部分是放松自 身及前批钢筋所引起的混凝土弹性压缩预应力损失， 另一 部分是放松后批钢筋所引起的混凝土弹性压缩预应力损 失。 同时放张时 ， 由于受到较短钢筋放张引起的混凝土弹性 压缩影响， 其它较长钢筋的 是沿长度变化的， 为了模拟 这种变化， 可假设先张法预应力钢筋的放张顺序是从长到 短， 即有效长度最大的一根先放张， 有效长度最小的一根最 后放张。 放张时预应力筋的应力 =张拉控制应力o r 。 一 or 一 。 一 0 ． 5 or o 表 1 先张法与后张法预应力损失项 目比较 损失项 目 计算符号 先张法 后张法 ( 5 ) 6= ( 0 ． 5 2 0 " 一0 ． 2 6 ) ， 式中， = 一 ，其它参数与预应力钢筋的材料和张拉方式有关， 均为已知值 ， 则 可计算。 ( 6 ) ， 公式计算较复杂， 但收缩徐变损失从放松预 应力钢筋的一刻开始发生， 只要保证此刻预应力钢筋的应 力真实， 混凝土的龄期正确， 可由桥博自动计算。 桥博数据文件填写时， 成孔面积填⋯ 0’ ， 即模拟先张法 没有孔道， 截面特性按换算截面计算。 成孔方式选择“ 用户 自定义” ， 管道摩阻系数、 局部偏差系数都填⋯ 0’ ， 即实现了 = 0 。 张拉控制应力按[ 张拉控制应力 一( + + ( 自身及前批)+0 ． 5 o , ] MP a 输入。 因 在张拉控制应 力中已经扣除， 所以“ 钢柬锚固时弹性回缩合计总变形”填 0 ， 张拉方式任意选择。 传力锚固时的钢筋松弛损失 0 ． 5 0 - 已经在张拉控制应 力中扣除， 传力锚固后的钢筋松弛损失0 ． 5 or 采用松弛率来 计算， 松弛率[ 0 ． 5 or ／桥博 中输入的张拉控制应力] MP a ； 松弛时间， 根据《 规范》 附表 F ． 3规定， 2 d钢筋松弛损失完成 5 0 ％， 4 0 d完成 1 0 0 ％， 而在桥博模型中， 认为钢筋放张时， 松 弛损失完成了5 0 ％， 剩余损失的完成时间应该 =( 4 0一钢筋 张拉的天数) d ， 假设从钢筋张拉到放张共 7 d时间， 则桥博 中的“ 松弛时间” 输入 3 3 d ， 桥博规定， 输入“ 松弛时间” 以 后， 不同时间的松弛率按所填天数直线内插取值。 至此 ， 可用桥博实现先张法预应力混凝土构件的预应 力损失计算。 3 算例 某 2 5 m先张预应力混凝土空心板梁桥， 桥宽2 6 m， 由2 3 片中板和2片边板构成 ， 每片中板宽 1 ． 0 m， 边板宽 1 ． 5 m， 梁 高 1 ． 1 m， 梁长2 4 ． 9 6 m， 采用 C 5 0混凝土， 弹性模量E =3 ． 4 5 X 1 0 M P a ， 中板构造尺寸和预应力钢筋数量如图 1和图 2 所示 。 图1 中板断面图f c m 1 图2 中板钢筋构造 图( e m) 中板钢筋构造图中， 1～ 7号为预应力钢筋， l 8号为普通 受力钢 筋。预 应 力钢 筋 采用 抗 拉 强 度标 准值 = 1 8 6 0 MP a ， 公称直径d=1 5 ． 2 ram的低松弛高强度钢绞线， 预 应力钢绞线的张拉控制应力为o r 。 。 =0 ． 7 5 f p =1 3 9 5 MP a ， 不 采用超张拉， 弹性模量 E 。=1 ． 9 51 0 MP a ； 普通钢筋为直 径 d=2 0 m m的 HR B 3 3 5钢筋。 预应力钢筋的有效长度见 表 2 。 截面几何性质考虑预应力钢筋对换算截面的影响， 结 果见表 3 。 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦损失 先张法无此 项损失。 锚具回缩损失 ， 交通部标准图规定： 张拉台座长度按 5 0 m计， 一端张拉 ， 钢筋回缩值取用6 ra m。 ＆ 1 9 5 1 0 = 2 3 - 4 MP a o’ 温差损失 。 ， 交通部标准图规定： 预应力钢筋与张拉台 座间的加热养护温差取2 0 ℃。 高金： 桥博计算先张预应力混凝土空心板梁损失 o = 2 2 0 = 4 0 MP a 。 混凝土的弹性压缩损失 ， 计算过程见表7 。 表2 预应力钢筋有效长度 面移 m 形心距下缘／ m 惯性 矩／ m O ． 6 O 8 l 8 0 ． 5 5 53 7 钢筋松弛损失 ， 公式中， = 。 。 一 =1 3 9 5— 2 3 ． 4= 1 3 7 1 ． 6 M P a ， b= ( o ． 5 2 v_ 匹一 0 ． 2 6 ) p e 一 1 ． 0 p k 0 ． 3( 0 ． 5 2 _0 ． 2 6 )1 3 7 1 ． 6_5 0 ． 8 M 由桥博 自动计算。 桥博中应输入的张拉控制应力和 钢筋松弛率见表 4一表 6 。 表 4 混凝土的弹性压缩损失 仃 计算表 表 5 混凝土的弹性压缩损失 叮 计算 将以上数据输入桥博， 即可正确计算先张法预应力混凝土 构件的预应力损失。但先张法预应力钢筋的传递长度尚不 能很好的模拟 ， 常用的解决方法是将同一编号的预应力钢 筋在桥博中分成多个编号 ， 每个编号的钢筋长度在有效长 度和扣除传递长度之后的长度之间梯度变化 ， 即在传递长 度范围内用阶梯形变化的应力代替三角形变化的应力。桥 博中钢筋编号的个数可以是实际钢筋的根数， 也可以是 比 实际更多的根数， 钢筋编号个数改变以后， 钢束长度、 钢束 根数、 钢束束数、 钢束单根面积都要做出相应调整。 表 6 混凝土的弹性压缩损失 计算表 4结 语 先张法预应力混凝土空心板梁以其 自身的优势在小跨 径桥梁工程中运用较为广泛， 尤其在受场地和工期限制 ， 且 跨数较多时， 它的经济效益更为突出。但在工程设计时， 经 常会遇到需要对板梁重新计算设计的情况， 而 目前的桥梁 计算软件都不能很好的模拟先张法预应力构件的损失计算 问题 ， 本文通过理论分析和算例试算， 解决了用桥梁博士分 析软件计算先张法预应力混凝土空心板梁预应力损失的问 题 ， 并探讨了先张法预应力钢筋传递长度的模拟方法 ， 有利 于进一步促进先张法预应力混凝土空心板梁的推广应用。 参考文献 [ 1 ] 李国平 ． 预应力混凝土结构设计原理[ M] ． 北京： 人民交通出 版社 ． [ 2 ] 李莉， 周军 ． 先张法预应力钢绞线混凝土空心板梁的运用及 问题建议[ J ] ． 城市道路与防洪， 2 0 1 1 ， ( 1 O ) ． [ 3 ] J T G 19 6 2— 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范[ s ] ． [ 收稿 日期] 2 0 1 2— 0 8—1 5 [ 作者简介] 高金( 1 9 8 0 一) ， 女 ， 吉林松原人， 硕士研究生， 工程师 ， 从事桥梁设计工作 。