桥梁设计之预应力钢束设计估算及布置

桥梁设计之预应力钢束设计、估算及布置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③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（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≤0.75

fpk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；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矩形截面判断截面类型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按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求预压应应力荷载引引起的的拉应应力预压应应力荷载引引起的的压应应力混凝土土允许许的压压应力力预应力力束估估算（1）由预预加力力引起截截面上上、下下翼缘缘混凝凝土应应力按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求预应力力束估估算注意对于公公路桥桥，在在使用用阶段段配筋筋估算算时，，预应应力钢钢筋有效效预应应力σpe=（0.6-0.65）fpk；在施施工阶阶段配配筋估算时时，预预应力力钢筋筋有效效预应应力（（1.0-1.15）σpe。上翼缘缘最大大配筋筋为：：上翼缘缘最小小配筋筋为：：下翼缘缘最大大配筋筋为：：下翼缘缘最小小配筋筋为：：按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求截面上上核心心距截面下下核心心距预应力力束估估算（2）截面面只在在下缘缘布置置力筋筋以抵抵抗正正弯矩矩按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求预应力力束估估算（3）当截截面中中只在在上缘缘布置置力筋筋以抵抵抗负负弯矩矩按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求预应力力束估估算按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求（4）上、、下缘缘配筋筋的判判别条条件受弯构构件截截面配配筋数数量截面承承受的的弯矩矩截面的的几何何特性性以截面面上下下缘均均配有有力筋筋抵抗抗正负负弯矩矩的情情况下下所导导出的公公式为为依据据：配底板板筋配顶板板筋预应力力束估估算按正常常使用用极限限计算算时满满足应应力要要求弯矩M取值说说明注意：：一次落落架生生成形形成的的内力力包络络图与与分阶阶段依依次落落架生生成的的内力力包络络图存存在不不小的的差异异。预应力力束估估算预应力力束估估算三跨连连续刚刚构桥桥弯矩矩包络络图考虑施施工过过程的的弯矩矩变化化体系转转换前前的最最大弯弯矩包包络图图预应力力束估估算预应力力束布布置预应力束的布布置（1）钢束布置原则则，应使其重重心线不超出出束界范围。。（2）钢束弯起角度度，应与所承承受的剪力变变化规律相配配合。弯起角α不宜大于20°；对于弯出梁梁顶锚固的钢钢束，α值往往超出此此值，常常在在20°～30°之间。（3）弯起钢丝束束的形式，原原则上宜为抛抛物线，若为为施工方便则又宜宜采用悬链线线，或采用圆圆弧弯起并以以切线伸出梁端或梁梁面。后张法法预应力混凝凝土构件的曲曲线形预应力钢筋，，其曲线半径径应符合下列列规定：钢丝丝束、钢绞线束钢丝丝直径等于或或小于5mm时，不宜小于于4m；钢丝直径大于于5mm时，不宜小于于6m。（4）预应力钢筋筋弯起点的确确定：a）从受剪考虑虑，应提供一一部分抵抗外外荷载剪力的的预剪力。但实际际上，受弯构构件跨中部分分的肋部混凝凝土已足够承受荷载载剪力，因此此一般是根据据经验，在跨跨径的三分点到四分分点之间开始始弯起。b）从受弯考虑虑，由于预应应力钢筋弯起起后，其重心心线将往上移，使使偏心距变小小。即预加力力弯矩将变小小。因此，应满足预预应力钢筋弯弯起后的正截截面的抗弯承承载力要求。预应力力钢筋束的弯弯起点尚应考考虑斜截面抗抗弯承载力要求。即即保证钢筋束束弯起后斜截截面上的抗弯弯承载力，不低于斜斜截面顶端所所在的正截面面抗弯承载力力。预应力束布置置预应力束的布布置预应力束布置置预应力束布置置的具体规定定（1）在靠近端支支座区段横向向对称弯起，，尽可能沿梁梁端面均匀布置，，同时沿纵向向可将梁腹板板加宽。在梁梁端部附近，设置间间距较密的纵纵向钢筋和箍箍筋。并符合合T形和箱形梁对纵纵向钢筋和箍箍筋的要求。。（2）预应力直线线管道的混凝凝土保护层厚厚度，对构件件顶面和侧面，当当管道直径大大于55mm时，不应小于于45mm；对构件底面不不应小于50mm.当桥梁处于受受侵蚀的环境境时，上述保护护层厚度应增增加10mm。后张法预应应力混凝土构件的端端部锚固区，，在锚具下面面应设置厚度度不小于16mm的垫板或采用用具有喇叭管管的锚具垫板板。锚垫板下应设间接接钢筋，其体体积配筋率不不应小于0.5%。后张法构件（3）后张法预应力力混凝土构件件，其预应力力管道的混凝土保护层厚厚度，应符合合《公路桥规》的下列要求：：直线形预应力力钢筋的最小小混凝土保护护层厚度不应应小于钢筋公称直径径，后张法构构件预应力直直线形钢筋不不应小于管道直径的的1/2且应满足下表表规定：预应力束布置置预应力束布置置的具体规定定对外形呈曲线线形且布置有有曲线预应力力钢筋的构件件，其曲线平面内和和曲线外的管管道的最小混混凝土保护层层厚度，也应根据《公路桥规》给出公式计算算得到。按上述公式计计算的保护层层厚度，如小小于各类环境境的直线管道的保护护层厚度，应应取相应环境境条件的直线线管道的保护层厚度度。预应力束布置置预应力束布置置的具体规定定预应力束管道道的构造要求求（1）直线管道之间间的水平净距距不应小于40mm，且不宜小于管道道直径的0.6倍；对于预埋埋的金属或塑塑料波纹管和铁皮皮管，在竖直直方向可将两两管道叠加。。后张法构件（4）按计算需要要设置预拱度度时，预留管管道也应同时时起拱。（3）管道内径的截截面面积不应应小于预应力力钢筋截面面积的两倍。。（2）曲线形预应力力钢筋管道在在曲线平面内内或曲线平面外相邻管道道间的最小距距离可据《公路桥规》有关公式计算。预应力束布置置（1）应选择适当当的预应力束束的型式与锚锚具型式（3）预应力束的的布置，既要要符合结构受受力的要求，，又要注意在超静静定结构体系系中避免引起起过大的结构构次内力。（4）预应力束束的布置，应应考虑材料经经济指标的先先进性（5）预应力束束应避免合用用多次反向曲曲率的连续束束（6）预应力束束的布置，不不但要考虑结结构在使用阶阶段的弹性力状态的的需要，而且且也要考虑到到结构在破坏坏阶段时的需要。预应力束布置置（2）应力束的布布置要考虑施施工的方便预应力束布置置的注意事项项（7）预应力筋筋应尽量对称称布置。（8）应留有一一定数量备用用管道，一般般占总数的1%。（9）预应力筋布置置不要太靠近近翼缘两侧，，在同一截面面上锚固需