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桥梁设计计算书

2)预应力钢筋布置(1)跨中截面预应力钢筋的布置后张法预应力混凝土受弯构件的预应力管道布置应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》中的有关构造要求。

参考已有的设计图纸并按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》中的构造要求,对跨中截面的预应力钢筋进行初步布置如图N1N2N3端部及跨中预应力钢筋布置图(尺寸单位:mm)N1N2N3(2)锚固面钢束布置为使施工方便,全部3 束预应力钢筋均锚于梁端。

这样布置符合均匀分散的原则,不仅能满足张拉的要求,而且N1、N2 在梁端均弯起较高,可以提供较大的预剪力。

(3)其它截面钢束位置及倾角计算①钢束弯起形状、弯起角θ及其弯曲半径采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲;为使预应力钢筋的预加力垂直作用于锚垫板,N1、N2 和N3 弯起角均取θ=7°;各钢束的弯曲半径为: 1N R =40000mm ;2N R =25000mm ;3N R =15000mm 。

②钢束各控制点位置的确定 N3号束,其弯起布置如图由0cot θ⋅=c L d 确定导线点距锚固点的水平距离 mm c L d 32577cot 400cot 00=⋅=⋅=θ 由2tan2θ⋅=R L b 确定弯起点至导线点的水平距离mm R L b 91727tan 150002tan 02=⨯=⋅=θ所以弯起点至锚固点的水平距离为mm L L L b d w 417491732572=+=+=则弯起点至跨中截面的水平距离为mm L x w k 73424174286112302862/24460=-+=-+=根据圆弧切线的性质,图中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线点的水平距离相等,所以弯止点至导线点的水平距离为 mm L L b b 9107cos 917cos 0021=⨯=⋅=θ 故弯止点至跨中截面的水平距离为mm L L x b b k 91699109177342)(21=++=++同理可计算N1、N2的控制点位置,将各钢束的控制参数汇总于下表中 表-24① 各截面钢束位置及其倾角计算计算N3号钢束上任一点i 离梁底距离i i c a a +=及该点处钢束的倾角i θ,式中a 为钢束起弯前重心至梁底的距离,mm a 100=;i c 为i 点所在计算截面处钢束位置的升高值。

计算时首先判断出i 点所在处的区段,然后计算i c 及i θ当0)(≤-k i x x 时,i 点位于直线段还未弯起,0=i c ,故0;100===i i mm a a θ。

当)()(021b b k i L L x x +≤-<时,i 点位于圆弧弯起段,按下式计算i c 及i θRx x x x R R c k i i k i i )(sin)(122-=---=-θ当)()(21b b k i L L x x +>-时, i 点位于靠近锚固端的直线段,此时007==θθi ,按下式计算i c 及i θ02tan )(θb k i i L x x c --=各截面钢束位置i a 及倾角i θ计算值见下表 表-25④钢束平弯段的位置及平弯角N1、N2、N3 三束预应力钢绞线在跨中截面布置在同一水平面上,而在锚固端三束钢绞线则都在肋板中心线上,为实现钢束的这种布筋方式,N2、N3 在主梁肋板中必须从两侧平弯到肋板中心线上,为了便于施工中布置预应力管道,N2、N3 在梁中的平弯采用相同的形式,其平弯位置如图下图。

平弯段有两段曲线弧,每段曲线弧的弯曲角为o 38.41808000612=⨯=πθ。

3)非预应力钢筋截面积估算及布置首先按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》中公式(5.2.2-1)和公式(5.2.3-2)在不考虑预应力钢筋作用的情况下估算截面的受压区高度x ,然后按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》中公式(5.2.2-2)、公式(5.2.3-1)、公式(5.2.3-3)结合已知的预应力钢筋用量估算普通钢筋的用量(1)按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量在确定预应力钢筋数量后,非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来确定。

设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力点到截面底边的距离为a =80mm ,则有mm a h h 17208018000=-=-=先假定为第一类T 形截面,由公式)2/(0'0x h x b f M f cd d -≤γ计算受压区高度x :)2/720.1(080.2104.2248.52713x x -⨯⨯= 求得 m h m x f 14.0067.0'=<=则根据正截面承载力计算需要的非预应力钢筋截面积为 2'1441330210012606720804.22mm f A f x b f A tdppd f cd s =⨯-⨯⨯=-=采用4根直径为22mm 的HRB400 钢筋,提供的钢筋截面面积为21520mm A s =。

在梁底布置成一排如图其间距为100mm ,钢筋重心到底边的距离为s α=45mm 。

非预应力钢筋布置图(尺寸单位:mm)(六)、 主梁截面几何特性计算后张法预应力混凝土梁主梁截面几何特性应根据不同的受力阶段分别计算。

本示例中的T 形梁从施工到运营经历了如下三个阶段。

(1)主梁预制并张拉预应力钢筋主梁混凝土达到设计强度的90%后,进行预应力的张拉,此时管道尚未压浆,所以其截面特性为计入非预应力钢筋影响(将非预应力钢筋换算为混凝土)的净截面,该截面的截面特性计算中应扣除预应力管道的影响,T 梁翼板宽度为2080mm。

(2)灌浆封锚,主梁吊装就位并现浇20mm湿接缝。

预应力钢筋张拉完成并进行管道压浆、封锚后,预应力钢筋能够参与截面受力。

主梁吊装就位后现浇20mm 湿接缝,但湿接缝还没有参与截面受力,所以此时的截面特性计算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面,T 梁翼板宽度仍为2080mm。

(3)桥面、栏杆及人行道施工和运营阶段桥面湿接缝结硬后,主梁即为全截面参与工作,此时截面特性计算采用计入非预应力钢筋和预应力钢筋影响的换算截面,T 梁翼板有效宽度为2100mm 截面几何特性的计算可以列表进行,以第一阶段跨中截面为例列下表,同理,可求得其它受力阶段控制截面几何特性如表所示表-26第一阶段跨中截面几何性质计算表注:797.51045.3/100.2/45=⨯⨯==C S ES E E α;S E 查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》表3.2.4,C E 查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》表3.1.4。

表-27第二阶段跨中截面几何性质计算表注:797.51045.3/100.2/45=⨯⨯==C S ES E E α;S E 查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》表3.2.4,C E 查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》表3.1.4。

表-28第三阶段跨中截面几何性质计算表注:797.51045.3/100.2/45=⨯⨯==C S ES E E α;S E 查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》表3.2.4,C E 查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》表3.1.4。

表-29 各控制截面不同阶段的截面几何特性汇总表(七)、持久状况截面承载能力极限状态计算1)正截面承载力计算一般取弯矩最大的跨中截面进行正截面承载力计算。

(1)求受压区高度x先按第一类T 形截面梁,湿接缝参与受力,略去构造钢筋影响,由式计算混凝土受压区高度x mm h mm b f a A f A f x f fcd ss sd p pd 18091.6621004.22152033021001260'/=<=⨯⨯+⨯=+=受压区全部位于翼缘板内,说明确实是第一类T 形截面梁。

(2)正截面承载力计算跨中截面的预应力钢筋和非预应力钢筋的布置见图和图,预应力钢筋和非预应力钢筋的合力作用点到截面底边距离为mm A f A f a A f a A f a ssd p pd ss sd p p pd 24.9115203302100126045152033010021001260=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=++=所以mm a h h 8.170824.9118000=-=-=梁跨中截面弯矩组合设计值m KN M d •=48.5271。

截面抗弯承载力由式mKN M m KN mmN x h x b f M d f cd u •=⨯=>•=•⨯=-⨯⨯⨯=-=48.527148.52710.106.52731092.5276)2/91.668.1708(91.6621004.22)2/(060'γ跨中截面正截面承载力满足要求。

2)斜截面承载力计算(1)斜截面抗剪承载力计算预应力混泥土简支梁应对按规定需要验算的各个截面进行斜截面抗剪承载能力计算,以下以4/l 处斜截面为例进行斜截面抗剪承载能力计算首先,根据公式进行斜截面抗剪强度上、下限复核,即 0.300231051.01050.0bh f V bh f k cu d td --⨯≤≤⨯γα式中的d V 为验算截面处剪力组合设计值,这里d V =978.15kN ;k cu f .为混泥土强度等级,这里k cu f .=50Mpa; b=200mm(腹板厚度);0h 为相应于剪力组合设计值处的截面有效高度,即自纵向受拉钢筋合力点(包括预应力钢筋和非预应力钢筋)至混泥土受压边缘的距离,这里纵向受拉钢筋合力点距截面下缘的距离计算公式为 ssd p pd ss sd p p pd A f A f a A f a A f a ++=p α为预应力筋合力点距截面下缘的距离mm p 3.23253100514954485=⨯⨯+⨯+⨯=α因此可知:mm A f A f a A f a A f a ssd P pd ss sd p p pd 5.2021520330210012604515203303.23221001260=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=++=则mm h 15985.20218000=-=;2α为预应力提高系数,2α=1.25; 代入上式得:kN V d 8.7590.10⨯=γ0231050.0bh f td α-⨯=d V kN 035.365159820083.125.11050.0γ≤=⨯⨯⨯⨯⨯-0.31051.0bh f k cu -⨯==⨯⨯⨯⨯-1598200501051.031152.6kN d V 0γ≥ 计算表明,截面尺寸满足要求,但需配置抗剪钢筋。

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