跨度m折线配筋先张梁设计

“全国铁路先张梁技术协作组”跨度24m折线配筋先张梁设计研究铁道专业设计院xx目录TOC\o"1-1"\h\zHYPERLINK\l"_Toc502972230"一﹑折线配筋先张梁的试验研究简介1HYPERLINK\l"_Toc502972231"1.1折线筋的摩阻损失、静力破断强度及疲劳强度试验1HYPERLINK\l"_Toc502972232"1.2预应力筋的转折方式的研究2HYPERLINK\l"_Toc502972233"1.3折线筋合理布置型式的研究2HYPERLINK\l"_Toc502972234"1.4导向装置的试验研究3HYPERLINK\l"_Toc502972235"1.5张拉台座的研究4HYPERLINK\l"_Toc502972236"1.6张拉及放张工艺的研究4HYPERLINK\l"_Toc502972237"1.7实梁试验5HYPERLINK\l"_Toc502972238"二、青藏线跨度24m折线配筋先张梁设计6HYPERLINK\l"_Toc502972239"2.1主要设计依据6HYPERLINK\l"_Toc502972240"2.2主要设计原则6HYPERLINK\l"_Toc502972241"2.3主要设计指标7HYPERLINK\l"_Toc502972242"2.4主要设计参数7HYPERLINK\l"_Toc502972243"2.5材料和设备8HYPERLINK\l"_Toc502972244"2.6结构、构造9HYPERLINK\l"_Toc502972245"2.7普高梁主要设计指标9HYPERLINK\l"_Toc502972246"2.8导向装置锚固区及梁端局部应力空间分析10HYPERLINK\l"_Toc502972247"三、施工注意事项11HYPERLINK\l"_Toc502972248"四、附图12跨度24m折线配筋先张梁设计研究一﹑折线配筋先张梁的试验研究简介为了适应青藏铁路建设的需要，推动铁路先张梁设计、施工技术水平的提高,为了取得折线配筋的设计参数、验证折线筋转向装置的使用性能、验证折线配筋先张梁的设计理论及其制梁工艺,在部科教司的大力支持下，由铁道专业设计院、铁道科学研究院、丰台桥梁厂共同承担了先张法预应力混凝土梁设计及制造工艺研究课题。1.1折线筋的摩阻损失、静力破断强度及疲劳强度试验折线配筋先张梁导向辊实现预应力筋的弯折，钢绞线与导向辊之间存在摩擦，而且钢绞线弯折点处应力状态复杂，降低了预应力筋的静力破断强度，根据铁科院所完成的四种导向辊直径和三种弯折角度的摩阻率及静力破断强度试验，如表1，结果表明，在常用折角范围内（7－15°），主动端与被动端的拉力比值具有良好的线性关系；当折角一定时，具有较为稳定的摩阻率。在相同导向辊半径下，钢绞线与导向辊之间的摩阻率随折角的增大基本按线性增长。导向辊半径在19.5—50mm之间，相同折角的摩阻率变化不大；导向辊半径80mm时，摩阻率明显减小。带折角钢绞线的破断强度折减率随导向辊半径的增大而减小，随折角的增大而增大；当导向辊半径80mm时，在试验的折角范围内破断强度折减率已基本不变。导向辊是否开槽对摩阻率和破断强度折减率基本无影响。根据先张梁折线筋的常用折角（7—15°），从摩阻率以及强度折减率考虑，导向辊半径宜选用R=30mm；但从预应力筋间距和实际应用方便考虑，导向辊半径选用R=19.5mm也是可行。摩阻损失强度折减表1导向辊半径（mm）弯折角（°）摩阻损失（%）强度折减（%）19.573.126.8114.0311.7154.7217.630.08.72.307.311.64.438.014.34.358.7°之间，平均为9.28°，考虑到施工时钢绞线的位置偏差，综合摩阻率可取5%，导向辊截面处钢绞线的静力破断强度折减率可取12%。铁科院在2001年10月完成了3根空气中带折角预应力钢绞线的疲劳试验。折线预应力钢绞线的疲劳加载在专用的试验架上进行。加载试验中导向辊的半径和预应力钢绞线的分别与试验梁相同（R=19.5mm、θ=10°），预应力钢绞线直径Φ15.24mm，强度等级1860MPa。疲劳应力幅度Δσ=100MPa，下限应力均为σmin=0.51fpu。3根带折角预应力钢绞线均通过了2×106次疲劳加载，未出现钢丝断裂。在钢丝与导向辊的接触面上有明显的椭圆形压痕。对于我国铁路既有全预应力混凝土标准梁（σmin=0.51fpu,σmax=0.56fpu，ρ=0.911），按考虑低温对预应力筋疲劳影响的公式计算，低温疲劳极限强度降低4.5%，S-N曲线的斜率增大17.8%。前苏联试验研究表明，在中等疲劳应力水平下，低温对钢丝疲劳强度影响不大。我国高强度钢绞线的常温疲劳应力幅为140MPa，-50℃低温下疲劳应力幅降低25%，可取100MPa。对高寒地区折线配筋先张梁预应力钢绞线转折处的疲劳应力幅值还应进一步降低，建议取55MPa。1.2预应力筋的转折方式的研究国外折线筋弯折主要有两种形式，即转折器导向式和千斤顶下拉式。导向式主要应用于近年来意大利等国的高速铁路桥梁结构，一般为短线法施工。下拉式主要应用于60～70年代的长线法施工。其预应力筋的拉力主要通过先张拉钢绞线，使其达到某个给出的力，然后用下拉装置施加竖向力，使钢绞线呈折线型，这种操作危险性较大，工人不可将身体暴露在下拉装置的上方，必须采取有效措施，使操作可以在旁边进行。为达到安全操作的目的，必须对下拉装置采取遥控的方法，该方法要求计算及操作的精度较高；同时由于预应力筋强度的控制，预应力筋的位移受到限制，即转折角度的大小受到限制。为简化施工步骤，保证安全，我们采用导向装置的弯折方式。1.3折线筋合理布置型式的研究从结构受力角度看，预应力筋的弯折应分批进行，且在端部尽可能多的布置斜筋以提供预剪力，降低梁体主拉应力。基于以上观点，我们对布置一批折线筋方案与两批折线筋方案进行分析比较，两批折线筋端部预应力筋布置较均匀，一批折线筋构造简单，施工较方便。跨度24m梁由于构造的限制，第二批钢筋弯折点距梁端较近，考虑应力传递长度的影响，第二批预应力筋提供的预剪力有限，因此采用了一批折线方案。1.4导向装置的试验研究通过分析张拉及放张过程中导向装置各种状态的分析我们认为转折器(1)摩阻应尽可能小；（2）应能适应纵向转动和梁体纵向移动；（3）应操作简便，价格合理。试验表明我们研制的如图1、图2的导向装置可以推广使用。图1图21.5张拉台座的研究国内直线配筋先张梁的张拉台座大多采用固定的反力梁，活动的张拉横梁方式；国外反力梁有固定和活动两种，张拉横梁亦有固定和活动两种。T型梁由于下缘的马蹄形构造，脱模必须靠模板的平移和转动进行，因此脱模需要一定的操作空间。在对以下几种方案:(1)活动反力梁及活动横梁；(2)固定的反力梁及活动横梁；(3)反力梁及张拉横梁均为固定型；进行分析的基础上,针对T型梁的特点试验及青藏线制梁时直线筋均采用了采用固定的反力梁方式，折线筋采用了斜向支撑的横梁方式，试验梁张拉台座见图3,青藏线张拉台座见图4。图3图41.6张拉及放张工艺的研究放张工艺分以下几种方案进行研究，见表2。放张方案表2方案施工步骤方案11先切断导向拉杆杆2放松折线筋及直直线筋方案21同时放松斜筋与与直筋2切断拉杆方案31先放折线筋2切断导向拉杆3放松直线筋分别用SAP程序及PRBP程序模拟放张工况分析表明，其中方案1在切断导向拉杆后，梁体在预应力筋转折点截面的上缘产生拉应力较大，方案2在放松折线筋及直线筋后，由于梁体的变形将会增大导向拉板外露部分的应力，而使导向拉板在放张中破坏；而方案3在放松折线筋后梁体处于受压状态，此时切断导向拉板，梁体应力在允许范围内。由于折线筋的放松将对梁体产生预压应力，从而使梁体产生压缩量，该压缩量将使未放松的直线筋产生应力增量，为保证施工中的安全性必须对此应力增量进行检算。跨度24m试验梁理论计算结果是，放松折线筋后梁体下缘将产生0.99mm的压缩量，如直线筋的体外工作段长度大于2m，直线筋的应力增量将小于97.5MPa，而试验梁的放张应力为1200MPa，此直线筋工作段的应力将小于0.8Ryj=1488MPa，因此方案3是可行的。1.7实梁试验2001年在丰台桥梁厂进行了一片跨度24m折线配筋先张梁的试验，主要测试成果如下：(1)在直线筋外露长度不小于2m时，先放松折线筋，然后切断转折器，最后放松直线筋的放松方案可行。(2)放张后实测跨上拱度为14.0mm，理论计算值为14.8mm；放张时跨中上下缘混凝土应力分别为0.83MPa及14.8MPa,设计计算值为-0.29MPa和15.6MPa,梁顶未发现裂纹；放张时实测梁体下缘压缩量为9.1mm，计算值为8.1mm；放张时预应力钢绞线传力长度为520mm，各截面应力状态与设计相符。(3)静载试验时测得梁底排和转折处预应力钢绞线最大应力幅为35.7MPa和28.6MPa，能满足青藏线的要求。梁静活载跨比为1/2724，小于设计值1/2345。通过实梁试验表明跨度24m折线配筋先张梁的设计理论和计算方法正确;使用半径R=19.5mm圆形导向辊的导向装置能够满足折线配筋先张T梁的需要,可以推广使用;折线配筋先的疲劳性能能够满足-50℃低温下的要求,可在青藏线使用。二、青藏线跨度24m折线配筋先张梁设计2.1主要设计依据2.1.1《青藏铁路高原多年冻土区工程设计暂行规定》。2.1.2“关关于对青藏藏铁路《多多年冻土地地区少维护护、高耐久久性铁路简简支梁设计计研究》等等六个设计计研究报告告意见的复复函”（部鉴定定中心鉴线线[20001]433号）。2.1.3《关于于新建青藏藏铁路冻土土常用跨度度梁设计意意见书的批批复》（部部鉴定中心心鉴线[22001]]70号）。2.1.4《铁路路桥涵设计计基本规范范》TB1100022.1-999。2.1.5《铁路路桥涵钢筋筋混凝土和和预应力混混凝土结构构设计规范范》TB1100022.3-999。2.1.6《铁路路桥涵施工工规范》TTBJ2003-966。2.1.7《铁路路工程抗震震设计规范范》GBJJ111--87。2.1.8《铁路路线路设计计规范》GGB500090-999。2.1.9《铁路路架桥机架架桥规程》TB10213-99。参考：前苏联《公公路、铁路路、城市道道路桥涵设设计规范》CHиП。2.2主要设计原原则2.2.1线路标准：桥梁梁按Ⅰ级线路、最最小半径6600m设计。2.2.2线路路设备轨枕枕为Ⅱ型枕，钢钢轨为500kg/m正轨，钢钢轨处枕下下道碴厚度度最小为2250mmm，轨底至至梁顶的高高度取6000mm。2.2.3道碴槽槽顶面外缘缘宽度为44.2m，腹腹板中心距距2.0mm。2.2.4恒载载：梁体容容重：25kN//m3。二期恒恒载：考虑虑人行道及及其栏杆、线线路设备、道道碴、电缆缆槽。2.2.5活载载：中－活活载，动力力系数按《TB10002.1-99》公式(4.3.5-3)计算，其中α取2。人行道活载按《TB10002.1-99》条计算。计算主梁时人行道活载不与列车活载同时组合。2.2.6离心心力：按《TB10002.1-99》条计算。2.2.7摇摆摆力：按《TB10002.1-99》4.3.8条计算。2.2.8人行行道宽主要要为0.55m和0.755m两种，个个别桥梁采采用1.005m,其结构仍仍采用现行行标准图型型式。避车车台按《桥桥规》要求求设置。2.2.9曲线线梁平面布布置按平分分中矢布置置。2.3主要设计计指标主要设计指标见见表3。主要设计计指标表3序号项目检算条件控制条件桥规规定及备注注1设计安全系数强度安全系数主力K≥2.0考虑冻融作用安装荷载K≥1.8抗裂安全系数主力Kf≥1.2考虑冻融作用安装荷载Kf≥1.12预应力钢绞线应力预加应力时锚下下钢绞线控控制应力σcon≤0.775fpkk传力锚固时钢绞绞线控制应应力σp≤0.65fpkk运营荷载作用下下钢绞线应应力σp≤0.55fpkkσp≤0.60fpkk钢绞线应力幅值值Δσ≤100MMPaΔσ≤140MMPa3混凝土应力传力锚固时混凝凝土压应力力σc≤0.65fc′′σc≤0.75fc′′传力锚固时混凝凝土拉应力力σct≤0.600fct′σct≤0.655fct′恒载作用下混凝凝土压应力力σc≤0.40fc桥规无规定运营荷载作用下下混凝土压压应力σc≤0.50fc考虑冻融作用运营荷载作用下下梁体受拉拉区σct≤0考虑冻融作用运营荷载作用下下梁体最大大剪应力τc≤1.06考虑冻融作用抗裂荷载下混凝凝土主拉应应力σtp≤fct考虑冻融作用抗裂荷载下混凝凝土主压应应力σcp≤0.600fc考虑冻融作用运送及安装阶段段混凝土最最大拉应力力σct≤0.800fct运送及安装阶段段混凝土最最大压应力力σc≤0.80fc４刚度静活载（不计动动力作用）所所产生的竖竖向挠度不不大于计算算跨度的11/8000考虑冻融作用注：fpk为预预应力钢绞绞线抗拉强强度标准值值；fc′、fct′分别为预预加应力时时混凝土的的抗压、抗拉极限限强度；ffc、fct分别别为混凝土土的抗压、抗抗拉极限强强度。空白白处与桥规规相同。2.4主要设计参参数2.4.1预应力力损失按如如下参数计计算:(1))按整批张张拉工艺考考虑,未计入锚锚头变形、钢钢束回缩等等损失。(2)先张梁折点点摩阻损失失按如下公公式计算：：σL1=μ·sinnα·σp式中：μ为折点点摩阻系数数，普通高高度梁取00.25，低低高度梁取取0.300；α为折线筋筋转折角；；σp为张拉应应力。(3))当传力锚锚固时钢绞绞线应力σp≥0.5ffpk时，钢钢绞线松弛弛引起的预预应力损失失按σL5=00.0255σp计算。(4)钢绞线线和张拉台台座之间的的温差引起起的预应力力损失为σL3=2Δt,设计中Δt取20℃。(5))考虑青藏藏铁路年平平均相对湿湿度低于440%，本本设计采用用的收缩应应变终极值值ε∞、徐变系系数终极值值ψ∞增大30%%。(6)其它预应力损失失按《TBB100002.3-99》有有关条文计计算。(7))施工时应应按实测结结果调整第第(2)、(4))项损失。根根据放松工工艺计入第第(1)项损失。2.44.2预应力筋筋传力长度度由《桥规规》的80d增大至105d。2.4.3钢绞绞线折点处处强度折减减15%。2.4.4放张张时混凝土土强度等级级不得低于于设计强度度等级的85%，弹性性模量达相相应值,且混凝土土龄期不少少于3天。2.5材料和设设备2.5.1混凝凝土(1)梁体混凝凝土强度等等级普通高高度直曲梁梁均采用CC50，低低高度直线线梁采用CC50，低低高度曲线线梁采用CC55，在300次冻冻融循环作作用下混凝凝土静强度度等级不得得小于设计计值的800%。(2)封端锚穴穴混凝土采采用强度等等级不低于于C40的微微膨胀混凝凝土。(3)两片梁横横隔板现浇浇混凝土强强度等级不不小于C550。预预应力钢筋筋纵向预应力钢筋筋采用公称称直径155.2mmm、抗拉强强度标准值值为18600MPa的Ⅱ级松弛标标准型钢绞绞线，弹性性模量1..95x1105MPPa,其技技术条件符符合GB//T52224-19995的要要求。横向预应力筋采采用高强度度精轧螺纹纹粗钢筋或或钢绞线。高高强度精轧轧螺纹粗钢钢筋公称直直径32mm、强度度级别为7735/9935（即JL9330）、弹性性模量为2.0x1105MPPa,其技技术条件应应符合《TTB100002.33-99》中中的有关规规定及相关关低温冲击击韧性的规规定，相应应锚具采用用YGM高强强精轧螺纹纹粗钢筋锚锚具，张拉拉设备可采采用配套设设备YG--70型穿穿心式单作作用千斤顶顶。横向预预应力钢绞绞线技术要要求同纵向向预应力钢钢绞线。普普通钢筋采用Ｑ235钢钢筋及HRRB3355钢筋。Ｑ235钢筋其技技术要求应应符合GBB130113-911及GB7000-888的要求；；HRB3335钢筋筋其技术要要求应符合合GB14499-998的要求求，其化学学成分C++Mn/66不大于0..5%。防防水层防水层采用满足足-50℃要求的耐耐低温TQQF-I型型防水层，保保护层采用用C40纤维维混凝土保保护层。钢钢板钢板采用Ｑ2335。泄泄水管泄水管采用内径径为100mm的铸铁铁管。2.6结构、构构造(1)两片梁腹腹板中心距距为2.00m，横向向在横隔板板处施加预预应力进行行联接。(2)梁顶道碴碴槽顶面外外缘宽度44.2m，每每片梁梁顶顶宽度2..07m,,两片梁梁梁间缝宽660mm。(3)梁体内外外两侧悬臂臂板下缘均均设置滴水水槽，梁体体顶面设横横向排水坡坡，梁顶面面两端设三三角形纵向向排水坡，桥桥面雨水通通过设置于于挡碴墙内内侧的排水水管竖直向向下排走。(4)桥面铺设设耐低温防防水层、保保护层。(5)挡碴墙内内预埋U形螺栓,梁端下翼翼缘预埋支支座垫板。横横隔板处内内侧预埋隔隔板联接板板和外露钢钢筋，外侧侧预埋横向向预应力锚锚垫板。(6)曲线梁外外侧挡碴墙墙上加设LL形挡碴块块，L形挡碴块块用砂浆与与挡碴墙砌砌筑在一起起。(7)两片梁间间纵向梁缝缝布置铁盖盖板或混凝凝土盖板，两两孔梁间(或梁与桥桥台间)布置铁盖盖板。(8)梁体外侧侧两边均设设人行道，避避车台按《TB10002.1-99》设置。2.7普高梁主主要设计指指标2.7.1各截截面预应力力损失直线梁各截面预预应力损失失见表4，曲线梁梁各截面预预应力损失失见表5。直线梁各各截面预应应力损失表4截面距跨中距离离(mm)σl1(MPa)σl3(MPa)σl4(MPa)σl5(MPa)σl6(MPa)017.2540.0096.5230.00164.48300017.2540.0096.7130.00164.44445017.2540.0096.0230.00164.6045500.0040.0095.5030.00164.7160000.0040.0087.7430.00166.7080000.0040.0075.6930.00169.8898000.0040.0067.9530.00172.00120000.0040.005.3930.00191.23σl1-折点摩阻阻损失；σσl3－温差差损失；σσl4－压缩缩损失；σσl5－松弛弛损失；σσl6－收缩缩徐变损失失曲线梁各截面预预应力损失失表表5截面距跨中距离离(mm)σl1(MPa)σl3(MPa)σl4(MPa)σl5(MPa)σl6(MPa)015.7540.00104.7130.00172.41300015.7540.00104.1430.00172.56445015.7540.0099.9130.00173.6645500.0040.0099.4130.00173.7760000.0040.0091.7230.00175.8480000.0040.0079.5930.00179.2198000.0040.0071.8330.00181.43120000.0040.008.8230.00201.73σl1-折点摩阻阻损失；σσl3－温差差损失；σσl4－压缩缩损失；σσl5－松弛弛损失；σσl6－收缩缩徐变损失失2.7.2运营营阶段应力力和变形(1)运营荷载载作用下，直直线梁跨中中截面底层层钢束最大大应力为981..24MPPa，应力幅幅为38.773MPaa；曲线梁梁跨中截面面底层钢束束最大应力力为966..23MPPa，应力幅幅为38.552MPaa。(2)运营荷载载作用下，梁梁体混凝土土应力见表表6、表7。直线梁混凝土应应力表6截面距跨中距离离(mm)上缘应力(Mppa)下缘应力(MPPa)抗剪荷载下主拉拉应力(MPa))运营荷载下主拉拉应力(MPa))09.661.16-0.26-0.1230009.151.78-0.93-0.4844508.322.79-1.21-0.7445508.233.08-0.57-0.2660007.593.82-0.86-0.4880005.815.39-1.20-0.7998003.767.86-1.73-1.18120000.121.75-1.21-0.96曲线梁混凝土应应力表7截面距跨中距离离(mm)上缘应力(MPPa)下缘应力(Mppa)抗剪荷载下主拉拉应力(MPa))运营荷载下主拉拉应力(MPa))010.580.71-0.35-0.16300010.041.35-1.13-0.5944509.162.41-1.44-0.8545509.062.71-0.79-0.3660008.313.58-1.10-0.6380006.275.41-1.45-0.9798003.958.19-2.05-1.42120000.101.81-1.13-0.88(3)直线梁传传力锚固时时上拱度为为13.445mm，静静活载挠度度为8.447mm；；直线梁传传力锚固时时上拱度为为14.774mm，静静活载挠度度为9.228mm。2.8导向装置置锚固区及及梁端局部部应力空间间分析放松折线后切断断转折折器器时，对梁梁体产生较较大的集中中力。所有有预应力都都通过梁端端传至全梁梁，存在应应力集中现现象，因此此我们用SAP993建立了全全梁有限元元模型进行行空间分析析。有限元元空间分析析表明，放放张及解除除转向装置置约束时，梁梁体应力较较均匀。三、施工注意事事项3.1混凝土要满足3300次冻冻融循环的的要求，静静强度等级级不小于设设计值的880%。混混凝土中可可掺入I级粉煤灰灰或硅粉，以以提高混凝凝土抗冻融融性能，其其掺量不超超过水泥用用量的5%%，总胶凝凝材料每立立方混凝土土中不宜超超过5000kg。3.2要注意青藏线日日温差大给给制梁带来来的不利影影响,采取措施施，避免温温度应力引引起的梁体体裂纹。3.3粗骨料母岩岩的抗压强强度与混凝凝土强度之之比不宜小小于2。对所用用骨料应进进行成分分分析及碱活活性试验，碱碱活性及其其含量应符符合《混凝凝土碱含量量限制标准准》CECCS53::93的要要求，总碱碱含量控制制在3kg/m33以内。3.4应对折点摩摩阻、钢绞绞线与端模模板摩阻等等实际测定定，根据实实测结果对对张拉控制制应力作适适当调整。3.5上下翼缘、隔隔板与腹板板相交处宜宜做成半径径为30∽50mmm的圆弧，应应严