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