同濟(jì)大學(xué)混凝土橋預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)解析學(xué)習(xí)教案

1、同濟(jì)大學(xué)混凝土橋預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)同濟(jì)大學(xué)混凝土橋預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)解析解析第一頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第1頁/共50頁第二頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第2頁/共50頁第三頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)本設(shè)計(jì)采用的規(guī)范（2004年10月1日起實(shí)施） ：公路(gngl)橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）（本課程中簡稱橋規(guī)）公路(gngl)鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）（本課程中簡稱公預(yù)規(guī)）已廢止的規(guī)范（2004年10月1日起廢止）：公路橋涵設(shè)計(jì)(shj)通用規(guī)范（JTJ021-89）公路鋼

2、筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)(shj)規(guī)范（JTJ023-85）第3頁/共50頁第四頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)承載能力極限狀態(tài)：對應(yīng)于橋涵(qiohn)結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)?？刂平孛孢_(dá)到極限承載力或極限變形剛體穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定性重復(fù)荷載作用下的疲勞正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)限值的狀態(tài)。裂縫、變形、振動(dòng)第4頁/共50頁第五頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)持久(chji)狀況：一般指橋梁的使用階段。橋涵建成后承受自重、汽車荷載等持續(xù)時(shí)間很長的狀況，

3、應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。短暫狀況：一般指橋梁的施工階段。橋涵施工過程中承受臨時(shí)性作用的狀況，僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，必要時(shí)才作正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。偶然狀況：橋梁可能遇到的罕遇狀況，如地震等。在橋涵使用過程中可能偶然出現(xiàn)的狀況，僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。第5頁/共50頁第六頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第6頁/共50頁第七頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)安全等級(橋規(guī)1.0.9條) ：按持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的嚴(yán)重程度劃分(hu fn)為三個(gè)設(shè)計(jì)等級（特大橋、重要大橋；大橋、中

4、橋、重要小橋；小橋、涵洞）。二級橋涵分類(橋規(guī)1.0.11條)第7頁/共50頁第八頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第8頁/共50頁第九頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj) 按最不利(bl)截面，最大組合彎矩值 簡支梁: 跨中截面 按控制計(jì)算的要求 簡支梁: 正截面承載力，抗裂性及應(yīng)力要求第9頁/共50頁第十頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)0dMcdfxcypdpfA0hhpapAcA基本假定： （公預(yù)規(guī)5.1.4條） 在極限狀態(tài)：受壓砼應(yīng)力圖簡化為矩形，達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 受拉砼強(qiáng)度不予考慮，鋼筋達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 第10頁/共50頁第十一頁，共50

5、頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)砼受壓區(qū)面積(min j)cA式中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)000()dcdccMf A hy0X pdpcdcfAf A0pM00()dpdpcMfA hy0cM 砼受壓區(qū)面積形心至上緣距離cy第11頁/共50頁第十二頁，共50頁。由 解出截面(jimin)受壓區(qū)高度 ，再由 解得第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)精確方法0pMx0X pA近似方法由 得0cM 00()dppdcMAfhy式中力臂 可由經(jīng)驗(yàn)值估算:0czhy(0.750.77)zh對于帶下馬蹄T梁 第12頁/共50頁第十三頁，共50頁。一根7股鋼絲的 鋼絞線, 公稱(gngchng)直徑假定(jid

6、ng)一束鋼束有6根 鋼絞線第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)15.2s15.2dmm由 6 股直徑 鋼絲和一股直徑稍大于 的鋼絲為中心螺旋絞合而成5mm5mm面積22571404mm則面積21140 6840pAmm由 求束數(shù)npA1ppAnA15.2s第13頁/共50頁第十四頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)對于全預(yù)應(yīng)砼構(gòu)件，正截面砼法向應(yīng)力規(guī)定： （公預(yù)規(guī)6.3.1條）pc式中短期荷載效應(yīng)組合下砼邊緣應(yīng)力st0.850stpc扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)加力 在砼邊緣產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力受拉為正第14頁/共50頁第十五頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)sMpepeNst0.85pc

7、+第15頁/共50頁第十六頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)使用階段預(yù)應(yīng)力(yngl)鋼筋永存應(yīng)力(yngl)的合力peN式中短期(dun q)荷載下彎矩組合值sM預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至截面形心距離砼毛截面面積A0.850stpcsstMWpepeppcNN eAWpeW砼毛截面對計(jì)算邊緣彈性抵抗矩第16頁/共50頁第十七頁，共50頁。由前述公式(gngsh)可得,第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)10.85()spepMWNeAWpepepNA又peconl式中永存預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力0.751395conpkafMP預(yù)應(yīng)力損失l按張拉控制應(yīng)力20%計(jì)故1(10.2)0.51()

8、pesppconpkNMWAefAW第17頁/共50頁第十八頁，共50頁。v式中第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)xxIWWyI毛截面(jimin)對其形心的慣性矩xy毛截面(jimin)形心至下緣距離pxpeyapa預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至下緣距離, 可設(shè)在馬蹄中心位置v最終，取兩種極限狀態(tài)計(jì)算的最大 或束數(shù) 為設(shè)計(jì)值pAn第18頁/共50頁第十九頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)跨中-梁端-過渡(gud)段第19頁/共50頁第二十頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)盡可能降低鋼束群重心，以產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力抵抗力矩單數(shù)列對稱布置，以便順利彎起滿足構(gòu)造要求為前提第20頁

9、/共50頁第二十一頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)本設(shè)計(jì)管道采用(ciyng)OVM型預(yù)應(yīng)力張拉錨固體系 配套預(yù)埋鐵皮波紋管公預(yù)規(guī)9.4.9：管道內(nèi)徑的截面面積不應(yīng)小于兩倍預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積 面積為840mm2，管道面積1680mm2 內(nèi)徑46mm。選用內(nèi)徑為70mm（外徑77mm ）615.2s第21頁/共50頁第二十二頁，共50頁。第22頁/共50頁第二十三頁，共50頁。外徑(wi jn) 內(nèi)徑+10mm第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第23頁/共50頁第二十四頁，共50頁。第24頁/共50頁第二十五頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)預(yù)應(yīng)力鋼筋(gngjn)

10、管道凈距及保護(hù)層要求凈距直線管道 不小于40mm且不宜小于管道直徑0.6倍 對于預(yù)埋管在豎直方向可將管道重疊最小保護(hù)層厚度直線管道 不小于30mm且不小于管道直徑0.5倍 曲線管道由于會(huì)產(chǎn)生徑向壓力，混凝土有崩裂危險(xiǎn)，因此要求更為嚴(yán)格。（9.4.9條）（9.1.1條）第25頁/共50頁第二十六頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)pA3 903 1671 2847pa 150.7mmpa鋼束群重心(zhngxn)至梁底距離 第26頁/共50頁第二十七頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)均勻分散布置各束錨固點(diǎn)，避免局部應(yīng)力集中，使截面應(yīng)力分布均勻滿足錨具布置和預(yù)應(yīng)力張拉所需

11、操作空間的構(gòu)造要求第27頁/共50頁第二十八頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)錨具布置(bzh)的構(gòu)造要求AAbbaacde錨墊板布置最小間距210Amm215amm135bmm錨束槽口尺寸430cmm290dmm120emm第28頁/共50頁第二十九頁，共50頁。第29頁/共50頁第三十頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第30頁/共50頁第三十一頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj) OVM預(yù)應(yīng)力錨固體系(tx)產(chǎn)品參數(shù)錨具型號156,7OVM張拉千斤頂型號150 ,YCWA B第31頁/共50頁第三十二頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)

12、YCW150千斤頂?shù)氖┕?sh gng)空間DCCLAB外形尺寸最小工作(gngzu)空間鋼絞線預(yù)留長B=1250mmC=190mmD=285mmL=370mmA=570mm第32頁/共50頁第三十三頁，共50頁。DCCLAB第33頁/共50頁第三十四頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)2 4002 800 1550 18506pa 966.7mm鋼束群重心(zhngxn)至梁底距離支座中心線12()xxaa34()xxaa5xa6xa7xa第34頁/共50頁第三十五頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj) 考慮施工方便，若有位置布置， 一般可將全部鋼束錨固在梁端 預(yù)制時(shí)，

13、主梁為小截面(jimin)，又無使用荷載，如果鋼束在此時(shí)全部張拉完畢，有可能會(huì)在梁上緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，在下緣產(chǎn)生較大壓應(yīng)力 因此將7號束安排在完成現(xiàn)澆翼緣板后再張拉，并將此束錨固端放置在梁頂?shù)?5頁/共50頁第三十六頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)鋼束縱向布置應(yīng)使其重心線不超出束界范圍從跨中向支點(diǎn)逐步彎起鋼束，可產(chǎn)生預(yù)剪力，對抵消支點(diǎn)附近較大的外荷載剪力很有利構(gòu)造上，鋼束縱向彎起有利于錨固點(diǎn)分散布置第36頁/共50頁第三十七頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)較小角度(jiod)有利于減小摩阻損失較小角度有利于馬蹄(mt)高度向支點(diǎn)不至于過大較大角度有利于提供足夠的豎向

14、預(yù)剪力彎起曲線形狀:彎起曲線可采用圓弧線、拋物線或懸鏈線，實(shí)際工程中多采用圓弧線彎起半徑構(gòu)造要求：鋼絞線的鋼絲 時(shí)， 不宜小于4m（9.4.10條）0205dmm T梁中常用的彎起角度不超過第37頁/共50頁第三十八頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj) 為了鋼束不至于豎向交叉(jioch)，本例鋼束彎起角下小上大選定為： 下部鋼束 ，上部鋼束 ， 錨于梁頂鋼束07015018鋼束線形為直線加圓弧，即從距跨中一定距離處開始按圓曲線向上彎起由于不允許曲線段進(jìn)入錨具部分，因此在錨下鋼束必須保持一定的直線長度（可取1米）第38頁/共50頁第三十九頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(sh

15、j)1x2x3x/2jLxia0iamiay1y2y1000R11000siny0miiyaa21yyy31000cosx21 cosyR2sinxR123/2jxixLaxx支座中心線起彎點(diǎn)跨中終彎點(diǎn)錨固點(diǎn)R ? ? ?第39頁/共50頁第四十頁，共50頁。v鋼束幾何參數(shù)計(jì)算可以表格(biog)進(jìn)行:第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)400903107121.9188.125239.4992.53075.9310.915742.4mia0iay1y2yR3x2x1xxiai束號12()N NiNv鋼束長度(chngd)計(jì)算為了計(jì)算工程數(shù)量，需要計(jì)算每束長度1(1000) 2180iwRSxl

16、式中鋼束預(yù)留工作長度700mmwl鋼束長度第40頁/共50頁第四十一頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)1x2x3x/2jLxia0iamiay1y2y1000R0iiaa1xx112xxxx1arcsinxxR0212()taniiaayxxx支座中心線起彎點(diǎn)跨中終彎點(diǎn)錨固點(diǎn)x控制截面控制截面0(1 cos )iiaaR12xxx水平段時(shí)彎曲段時(shí)斜線段時(shí)0第41頁/共50頁第四十二頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)97507480.017104.631378.7181535.80.074636987284371.5168.97928.918746.641796.51

17、51424.20.04357167206.79703.218827.135251.9151201.20.0013275889090.010412.318769.268572.77511.1-16716715742.418818.325239.47188.1-9090 x1x12xxRsin2y0iapaiai束號12()N N控制(kngzh)截面四分點(diǎn)截面34()N N5N6N7N位置水平段彎曲段水平段彎曲段彎曲段各控制截面上鋼束位置及傾角計(jì)算表控制截面: 跨中截面、四分點(diǎn)截面、 7號鋼束錨固處截面、支點(diǎn)截面第42頁/共50頁第四十三頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)第43頁/

18、共50頁第四十四頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj) 在符合截面上、下緣混凝土均不會(huì)出現(xiàn)超限的拉應(yīng)力的前提(qint)下，預(yù)應(yīng)力筋（束）的重心在各截面上布置的范圍， 稱為束界（或索界）syxysKxK2E1EAAAA支座(zh zu)中心線跨中第44頁/共50頁第四十五頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)保證(bozhng)梁的上緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力 最危險(xiǎn)階段：預(yù)加應(yīng)力階段10小小小小pIpIpGcsssN eNMAWWpIN式中構(gòu)件(gujin)截面下核心距xK11小小GpxpIMeKEN傳力錨固時(shí)預(yù)加力的合力小小小sxWKA1GM一期恒載下的彎矩（受壓為正）第45

19、頁/共50頁第四十六頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)0.85()0大大大大pepepscxxxN eNMAWWpeN式中構(gòu)件截面(jimin)上核心距sK20.85大大spspeMeKEN大大大xsWKAsM使用階段(jidun)永存預(yù)加力的合力短期荷載下彎矩組合值（受壓為正）保證梁的下緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力 最危險(xiǎn)階段：使用階段第46頁/共50頁第四十七頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)(shj)故預(yù)應(yīng)力鋼束重心位置(wi zhi) 應(yīng)滿足：1210.85大大小小，sGsppxpepIMMEKeeKENNpe 由于彎矩 近似按拋物線沿跨徑變化, 故上下(shngxi)限值 近似為拋物線形, 限定了預(yù)應(yīng)力鋼束布置的區(qū)域，即束界1,GsMM12,E E21大大小小，sppxEKeeKE 對支點(diǎn)截面：第47頁/共50頁第四十八頁，共50頁。第一部份 預(yù)應(yīng)