第三讲预应力钢束估束及布置

1、第三讲：预应力束估束及计算 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% 预应力束设计预应力束设计 设计流程设计流程 拟定结构尺寸，确定施工方法拟定结构尺寸，确定施工方法 估束、布束、调束钢束几何要素估束、布束、调束钢束几何要素 计算预应力损失计算计算预应力损失计算 计算内力影响线计算内力影响线 恒、活载内力相加，增大恒、活载内力相加，增大15%15%左右得到估左右得到估 束内力包络图束内力包络图 计算自重引起的徐变次内力等

2、计算自重引起的徐变次内力等 按施工方法计算自重内力，按施工方法计算自重内力， 计算活载内力和附加恒载内力计算活载内力和附加恒载内力 划分施工阶段，计算截面几何特性划分施工阶段，计算截面几何特性 预应力钢束设计预应力钢束设计 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 未考虑预加力的影响 未考虑预加力对徐变、收缩的影响 未考虑（钢束）孔道的影响 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 预备知识预备知识 （1）预应力钢筋7-j15.24表示：一束由7股15.24 的钢绞线组成，每股钢绞线由6根直径5mm的钢丝围绕 一

3、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： con0.75 fpk 抗拉强度设计值： fpd =1260MPa 有效张拉力： pe= con - l 预备知识预备知识 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； 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、IyyIyy、 Czp Czp、CzmCzm。其中： IyyIyy：对单元局部坐标系y y轴的惯性距； CzpCzp：沿单元局

4、部坐标系+z+z轴方向， 单元截面中和轴到边缘纤维的距离。 CzmCzm：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JTG D62-2004）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

5、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。 预应力束估算预应力束估算 2 00 2 P cd M xhh f b 0 (/2) P ppd M n A fhx 2 00 2 cdc ppdcd f bM nhh A ff b 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 0N pcdppd Nf bxnA f P MM 0 (/2) Pcd Mf bx hx 矩形截面 判断截面类型 ppd nA f 按承载能力极限计算时满足正截面强度要求 预应力束估算预应

6、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 预应力束估算预应力束估算 min 0 M W p上 上

7、 按正常使用极限计算时满足应力要求 max 0 M W p下 下 max M R W p上 上 min M R W 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 + 预应力束估算预应力束估算 pepp AnN 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 p pppp W eN A N W eN A N 下 下 下下下 下 上上上 p pppp W eN A N W eN A N pepp AnN 下下 按正常使用极限计算时满足应力要求 预应力束估算预应力束估算 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p

8、e=（ 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）pe 。 上翼缘最大配筋为： pep AeeKK eKMKeM n 1 )( )()( minmax 下上下上 下上下下 上 pep AeeKK eKMeKM n 1 )( )()( minmax 下上下上 上上上下 下 pep cd A f eeKK eWWeKMKeM n )( )()()( minmax 下上下上 下下上下下上下 上 pep cd A f eeKK eWWeKMeKM n )( )()()( 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：

9、 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 预应力束估算预应力束估算 pp p NNe AW 下下 下 下 下 （2）截面只在下缘布置力筋以抵抗正弯矩 pep AKe M n 1 min 下下 下 pep AKe M n 1 max 上下 下 按正常使用极限计算时满足应力要求 pp p NNe AW 下下 下 上 上 预应力束估算预应力束估算 pp p NNe AW 上上 上 下 下 （3）当截面中只在上缘布置力筋以抵抗负弯矩 pep AKe M n 1 min 下上 上 pep AKe M n 1 max 下上 上 按正常使用极限计算时满足应力要求

10、pp p NNe AW 上上 上 上 上 预应力束估算预应力束估算 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 () pp KKeKKe 下下下下下上上上 （- ） () pp KKeK 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 预应力束估算预应力束估算 三

11、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估算 预应力束布置预应力束布置 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。弯起角不宜大于20；对于弯出梁顶锚固的钢 束，值往往超出此值，常常在2030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

12、，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布置 预应力束的布置 预应力束布置预应力束布置 预应力束布置的具体规定

13、 （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

14、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 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 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

15、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%。