第三讲预应力钢束估束及布置

第三讲：预应力束估束及计算2012届本科毕业设计讲解2012届本科毕业设计中期检查通知时间：5月7日公布抽查名单；5月8日交材料，包括毕业设计中期报告、中期检查表、指导记要；5月10日确定面谈学生名单，校级专家组专家面谈抽查学生。抽查比例：20%预应力束设计设计流程拟定结构尺寸，确定施工方法估束、布束、调束钢束几何要素计算预应力损失计算计算内力影响线恒、活载内力相加，增大15%左右得到估束内力包络图计算自重引起的徐变次内力等按施工方法计算自重内力，计算活载内力和附加恒载内力划分施工阶段，计算截面几何特性预应力钢束设计预应力束设计估算—计算中使用的组合结果并不是桥梁的真实受力①未考虑预加力的影响②未考虑预加力对徐变、收缩的影响③未考虑（钢束）孔道的影响④各钢束的预应力损失值只能根据经验事先拟定预应力束的调束预应力束的布置预应力束的估束预备知识（1）预应力钢筋7-φj15.24表示：一束由7股φ15.24的钢绞线组成，每股钢绞线由6根直径5mm的钢丝围绕一根直径5.5mm的芯丝顺一个方向扭结而成的7股钢绞线，其理论重量1.101Kg/m。其参数如下所示：抗拉强度标准值：fpk=1860MPa张拉控制应力：σcon≤0.75fpk抗拉强度设计值：fpd=1260MPa有效张拉力：σpe=σcon-σl预备知识预加力合力偏心距e上、e下的计算通过查询Midas截面特性值来计算。通过AutoCad查询截面特性值来计算；①右击“截面”（如右图所示）单击“表格”如图4-1所示提取其中的面积、Iyy、Czp、Czm。其中：Iyy：对单元局部坐标系y轴的惯性距；Czp：沿单元局部坐标系+z轴方向，单元截面中和轴到边缘纤维的距离。Czm：沿单元局部坐标系-z轴方向，单元截面中和轴到边缘纤维的距离。预备知识截面特性值表格思考题预加力合力偏心距e上、e下与Czp、Czm的关系？图4-1预应力束估算根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004）规定在选定预应力筋的数量时，应满足以下三方面要求：(1)承载能力极限状态下的强度要求；(2)正常使用极限状态下的应力要求；(重点)(3)施工阶段的应力要求。预应力估算依据按承载能力极限计算时满足正截面强度要求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承载能力极限状态极限状态整体结构或构件的某一特定状态，超过这一状态界限结构或构件就不再满足设计规范的某一功能要求。预应力束估算2002PcdMxhhfb0(/2)PppdMnAfhx2002cdcppdcdfbMnhhAffb受压区高度预应力筋数或（1）对于仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁0NpcdppdNfbxnAfPMM0(/2)PcdMfbxhx矩形截面判断截面类型ppdnAf按承载能力极限计算时满足正截面强度要求预应力束估算（2）若截面承受双向弯矩时，需配双筋的梁可据截面上正、负弯矩按上述方法分别计算上、下缘所需预应力筋数量。这忽略实际上存在的双筋影响（受拉区和受压区都有力筋）会使计算结果偏大，作为力筋数量的估算是允许的。按承载能力极限计算时满足正截面强度要求预应力束估算思考题：为什么忽略实际上存在的双筋影响会使计算结果会偏大？按正常使用极限计算时满足应力要求正常使用极限状态预压应力荷载引起的拉应力预压应力荷载引起的压应力混凝土的允许压应力+截面上、下缘均不产生拉应力截面上、下缘的混凝土均不被压坏预应力束估算min0MWp上上按正常使用极限计算时满足应力要求max0MWp下下maxMRWp上上minMRWp下下预压应力荷载引起的拉应力预压应力荷载引起的压应力混凝土允许的压应力+预应力束估算peppAnN上上（1）由预加力引起截面上、下翼缘混凝土应力上上下下下上上上上pppppWeNANWeNAN下下下下下下上上上pppppWeNANWeNANpeppAnN下下按正常使用极限计算时满足应力要求预应力束估算注意对于公路桥，在使用阶段配筋估算时，预应力钢筋有效预应力σpe=（0.6-0.65）fpk；在施工阶段配筋估算时，预应力钢筋有效预应力（1.0-1.15）σpe。上翼缘最大配筋为：pepAeeKKeKMKeMn1))(()()(minmax下上下上下上下下上pepAeeKKeKMeKMn1))(()()(minmax下上下上上上上下下pepcdAfeeKKeWWeKMKeMn))(()()()(minmax下上下上下下上下下上下上pepcdAfeeKKeWWeKMeKMn))(()()()(maxmin下上下上上下上下上上下下上翼缘最小配筋为：下翼缘最大配筋为：下翼缘最小配筋为：按正常使用极限计算时满足应力要求截面上核心距截面下核心距预应力束估算pppNNeAW下下下下下（2）截面只在下缘布置力筋以抵抗正弯矩pepAKeMn1min下下下pepAKeMn1max上下下按正常使用极限计算时满足应力要求pppNNeAW下下下上上预应力束估算pppNNeAW上上上下下（3）当截面中只在上缘布置力筋以抵抗负弯矩pepAKeMn1min下上上pepAKeMn1max下上上按正常使用极限计算时满足应力要求pppNNeAW上上上上上预应力束估算0n上0n下按正常使用极限计算时满足应力要求（4）上、下缘配筋的判别条件受弯构件截面配筋数量截面承受的弯矩截面的几何特性()ppKKeKKe下下下下下上上上（-）()ppKKeK下下下上上上以截面上下缘均配有力筋抵抗正负弯矩的情况下所导出的公式为依据：配底板筋配顶板筋预应力束估算按正常使用极限计算时满足应力要求弯矩M取值说明注意：一次落架生成形成的内力包络图与分阶段依次落架生成的内力包络图存在不小的差异。预应力束估算预应力束估算三跨连续刚构桥弯矩包络图考虑施工过程的弯矩变化体系转换前的最大弯矩包络图预应力束估算预应力束布置预应力束的布置（1）钢束布置原则，应使其重心线不超出束界范围。（2）钢束弯起角度，应与所承受的剪力变化规律相配合。弯起角α不宜大于20°；对于弯出梁顶锚固的钢束，α值往往超出此值，常常在20°～30°之间。（3）弯起钢丝束的形式，原则上宜为抛物线，若为施工方便则又宜采用悬链线，或采用圆弧弯起并以切线伸出梁端或梁面。后张法预应力混凝土构件的曲线形预应力钢筋，其曲线半径应符合下列规定：钢丝束、钢绞线束钢丝直径等于或小于5mm时，不宜小于4m；钢丝直径大于5mm时，不宜小于6m。（4）预应力钢筋弯起点的确定：a）从受剪考虑，应提供一部分抵抗外荷载剪力的预剪力。但实际上，受弯构件跨中部分的肋部混凝土已足够承受荷载剪力，因此一般是根据经验，在跨径的三分点到四分点之间开始弯起。b）从受弯考虑，由于预应力钢筋弯起后，其重心线将往上移，使偏心距变小。即预加力弯矩将变小。因此，应满足预应力钢筋弯起后的正截面的抗弯承载力要求。预应力钢筋束的弯起点尚应考虑斜截面抗弯承载力要求。即保证钢筋束弯起后斜截面上的抗弯承载力，不低于斜截面顶端所在的正截面抗弯承载力。预应力束布置预应力束的布置预应力束布置预应力束布置的具体规定（1）在靠近端支座区段横向对称弯起，尽可能沿梁端面均匀布置，同时沿纵向可将梁腹板加宽。在梁端部附近，设置间距较密的纵向钢筋和箍筋。并符合T形和箱形梁对纵向钢筋和箍筋的要求。（2）预应力直线管道的混凝土保护层厚度，对构件顶面和侧面，当管道直径大于55mm时，不应小于45mm；对构件底面不应小于50mm.当桥梁处于受侵蚀的环境时，上述保护层厚度应增加10mm。后张法预应力混凝土构件的端部锚固区，在锚具下面应设置厚度不小于16mm的垫板或采用具有喇叭管的锚具垫板。锚垫板下应设间接钢筋，其体积配筋率不应小于0.5%。后张法构件（3）后张法预应力混凝土构件，其预应力管道的混凝土保护层厚度，应符合《公路桥规》的下列要求：直线形预应力钢筋的最小混凝土保护层厚度不应小于钢筋公称直径，后张法构件预应力直线形钢筋不应小于管道直径的1/2且应满足下表规定：预应力束布置预应力束布置的具体规定对外形呈曲线形且布置有曲线预应力钢筋的构件，其曲线平面内和曲线外的管道的最小混凝土保护层厚度，也应根据《公路桥规》给出公式计算得到。按上述公式计算的保护层厚度，如小于各类环境的直线管道的保护层厚度，应取相应环境条件的直线管道的保护层厚度。预应力束布置预应力束布置的具体规定预应力束管道的构造要求（1）直线管道之间的水平净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的0.6倍；对于预埋的金属或塑料波纹管和铁皮管，在竖直方向可将两管道叠加。后张法构件（4）按计算需要设置预拱度时，预留管道也应同时起拱。（3）管道内径的截面面积不应小于预应力钢筋截面面积的两倍。（2）曲线形预应力钢筋管道在曲线平面内或曲线平面外相邻管道间的最小距离可据《公路桥规》有关公式计算。预应力束布置（1）应选择适当的预应力束的型式与锚具型式（3）预应力束的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。（4）预应力束的布置，应考虑材料经济指标的先进性（5）预应力束应避免合用多次反向曲率的连续束（6）预应力束的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性力状态的需要，而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。预应力束布置（2）应力束的布置要考虑施工的方便预应力束布置的注意事项（7）预应力筋应尽量对称布置。（8）应留有一定数量备用管道，一般占总数的1%。（9）预应力筋布置不要太靠近翼缘两侧，在同一截面上锚固需要适当分散。备用管道分散、均匀、对称原则预应力束布置(10)当预应力束筋要分层布置时，顶板的长束布置在上层，短束布置在下层，底板长束布置在下层，短束布置在上层。(11)当力筋数量较多时可分层布置，一般来说，先锚固下层力筋，后锚固上层力筋。预应力束布置(12)通过对预应力束设置平弯使钢束在合适的截面位置上进行锚固所有预应力束都在腹板中间锚固预应力束布置谢谢大家！