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1、第第4章章 預應力鋼筋混凝土簡支梁預應力鋼筋混凝土簡支梁第一節(jié) 后張法預應力混凝土簡支梁標準設計及構造第二節(jié) 先張法預應力混凝土簡支梁標準設計簡介第三節(jié) 其他形式預應力混凝土簡支梁簡介第四節(jié) 后張法預應力混凝土簡支梁設計與計算第五節(jié) 預應力混凝土簡支梁的制造及架設鋼筋混凝土結構的局限性鋼筋混凝土結構的局限性抗拉強度低，使用時開裂，限制裂縫寬度的同時也限制了高強混凝土和高強鋼筋的采用，跨度越大，自重所占比例越高，跨度難以發(fā)展。預應力混凝土梁的優(yōu)越性預應力混凝土梁的優(yōu)越性采用混凝土和高強鋼筋；提高抗裂性，增強耐久性和剛度；尺寸、自重減小；增大跨度；預剪力可以提高抗剪能力；力筋應力變幅小，疲勞性能好
2、。預應力混凝土簡支梁發(fā)展應用情況預應力混凝土簡支梁發(fā)展應用情況55年研制，56年隴海新沂河橋（28孔23.8米）鐵路橋，57年京周線20米簡支公路T梁，國內鐵路一般用于16-32M，已有64M跨度；國內公路一般用于20-50M。32M及以下多為T及板式截面，40M以上多為箱形。世界最大跨度預應力簡支梁跨度76M，奧地利ALM橋第一節(jié)第一節(jié) 后張法簡支梁標準設計及構造后張法簡支梁標準設計及構造一鐵路后張簡支梁標準設計及構造一鐵路后張簡支梁標準設計及構造（一）標準設計簡介（一）標準設計簡介 早期為拉錨體系，現(xiàn)在基本為拉絲體系。早期為拉錨體系，現(xiàn)在基本為拉絲體系。 58年 拉錨 計算跨度 15.8
3、19.8 23.8 27.7 31.7 65年 對常用的23.8 31.7 修改 75年 拉絲 叁標橋2018 2019 (跨度 16 20 24 32) 83年 專 橋 2037 2038 32 m跨， 89年 專 橋 2059系列 發(fā)展方向：發(fā)展方向： 張拉錨固體系：系列化，大噸位群錨 QM XM OVM錨等 力筋： 高強低松弛 （二）分片簡支梁構造（二）分片簡支梁構造 構造要點：力筋類型、強度、力筋線形、錨具在梁端分布、構造要點：力筋類型、強度、力筋線形、錨具在梁端分布、 腹板、端部變厚及錨下螺旋筋等。腹板、端部變厚及錨下螺旋筋等。 以專橋2059F梁（T梁）為例介紹構造特點 1、梁的總
4、體設計、梁的總體設計 梁長32.6m、道碴槽寬1.92m、梁高2.5m、梁中心距1.8m 跨中腹板腹板16cm 端部20cm 下翼緣下翼緣寬88cm 高20cm 利于力筋布置 降低力筋重心 道碴槽與腹板相交處設梗斜設梗斜 滿足 hi /h 1/10 擋碴墻斷縫擋碴墻斷縫: 使墻不參與主梁受力，防止墻頂混凝土壓碎 橫隔板橫隔板：作用兩片梁成整體，共同很好地分擔列車活載2、梁內鋼筋布置 力筋：力筋： 13束束 鋼鉸線鋼鉸線 每束每束5-75 XM-5或QM-5錨具 橡膠管或波紋管成孔 普通鋼筋普通鋼筋 （T20MnSi A3） 箍筋：跨中-1/8 2肢 10 200mm 1/8- 1/16支座 加
5、密 10 100mm 1/16-梁端 4肢 10 80mm 下翼緣處： 最下排預應力筋處 10根8縱向非預應力筋，增強正截面抗裂性 為增強下翼緣的縱向抗裂性 設間距100mm 8封閉箍筋 縱向水平鋼筋：防止腹板收縮裂紋，限制下翼緣豎向裂紋上升至腹板時開展過寬 沿管道定位筋：保證力筋線形 其他同普通鋼筋混凝土梁其他同普通鋼筋混凝土梁二公路后張簡支梁標準設計及構造二公路后張簡支梁標準設計及構造（一）標準設計簡介（一）標準設計簡介（一）標準設計簡介（一）標準設計簡介 標準設計截面形式標準設計截面形式 板式（多為空心板）板式（多為空心板） 與與 T梁梁1 空心板空心板 標準設計有標準設計有 10m20
6、m，中性軸附近為空心，中性軸附近為空心2 T梁梁 多片多片T梁梁 橫隔板連接（或再輔以橋面板連接）橫隔板連接（或再輔以橋面板連接） 下翼緣馬蹄下翼緣馬蹄 編制了跨度編制了跨度25 30 35 40m 標準設計標準設計 高強鋼絲束或鋼鉸線高強鋼絲束或鋼鉸線 群錨體系群錨體系3 裝配式截面裝配式截面 下部預應力混凝土工形或開口槽形，架設就位后擱預下部預應力混凝土工形或開口槽形，架設就位后擱預制微彎板或平板，再澆筑橋面。制微彎板或平板，再澆筑橋面。（二）構造特點（二）構造特點1 20m（計算跨度）跨空心板（計算跨度）跨空心板 板高90CM 板寬124CM 2X7-75 端部箍筋加密2 30m跨跨T梁
7、梁 梁長2996cm、梁高175cm 梁中心距 160cm（較大跨度180 cm） 上翼緣寬 158cm， 跨中腹板 16cm 下面有馬蹄寬36cm 端部腹板 36cm3 30m跨工形組合截面跨工形組合截面 5cm預制板做現(xiàn)澆橋面底模， 主梁力筋75鋼鉸線 XM或QM錨具 預制部分（主梁、橫隔板、橋面板）C50 現(xiàn)澆部分C30第二節(jié)第二節(jié) 先張法簡支梁標準設計簡介先張法簡支梁標準設計簡介一鐵路先張法簡支梁標準設計簡介一鐵路先張法簡支梁標準設計簡介 1 標準圖簡介標準圖簡介 圖號：圖號：叁標橋2017 ，叁標橋2020 2022。 以上三圖90年 和91年改進為：專橋2080 ，專橋2081 ，
8、專橋2082 90-94 還編制了一些 截面形式截面形式：板式和工形 普高梁： 工形， 橫隔板連接。 低高梁： 8m跨實心板；10m空心板；12 16m工形, 無須橫隔板。2 力筋類型力筋類型 高強鋼絲、鋼鉸線、粗鋼筋。 常用強度不低于850MPA IV級以上的精軋螺紋鋼 近年來也多用高強、低松弛鋼鉸線。3 力筋線形和力筋力筋線形和力筋“絕緣絕緣”的目的和做法的目的和做法 直線形和折線形 折線形合理高但工藝復雜。 多用直線形，端部、分批把硬質塑料管套在鋼鉸線 上絕緣，防止端部上翼緣混凝土開裂。4先張法梁抗剪先張法梁抗剪 力筋多為直線配筋，力筋不能彎起分擔剪力，故： 腹板厚度在支點附近要適當加厚
9、。 箍筋加密。二公路先張法預應力混凝土梁標準設計簡介二公路先張法預應力混凝土梁標準設計簡介標準設計為：預應力空心板標準設計為：預應力空心板 跨度跨度 10 13 16m ； 梁高梁高 0.4 0.55 0.7m ； 板寬板寬 1.03； 力筋力筋 分別為 11X75 14X75 16X75； 力筋布置力筋布置 在底版； 混凝土混凝土 400號 ； 其余其余 類同后張空心板。第三節(jié)第三節(jié) 其他型式預應力混凝土簡支梁簡介其他型式預應力混凝土簡支梁簡介一部分預應力混凝土簡支梁一部分預應力混凝土簡支梁 1、“部分預應力混凝土部分預應力混凝土”的含義：使用荷載下的含義：使用荷載下可出現(xiàn)拉應力或開裂可出現(xiàn)
10、拉應力或開裂 2、全預應力混凝土梁缺點：徐變上拱度大，有、全預應力混凝土梁缺點：徐變上拱度大，有錨下裂紋和沿梁縱向裂紋。錨下裂紋和沿梁縱向裂紋。 3、部分預應力混凝土梁優(yōu)點：減少徐變上拱度，、部分預應力混凝土梁優(yōu)點：減少徐變上拱度，減少錨下裂紋和沿梁縱向裂紋。減少錨下裂紋和沿梁縱向裂紋。 第三節(jié)第三節(jié) 其他型式預應力混凝土簡支梁簡介其他型式預應力混凝土簡支梁簡介一部分預應力混凝土簡支梁一部分預應力混凝土簡支梁 4、預應力度：、預應力度： 5、發(fā)展歷程：、發(fā)展歷程： 奧地利奧地利 多瑙河上維也納帝國橋多瑙河上維也納帝國橋 主跨主跨169.6M 80年年 上海上海 青浦青浦 朝陽河橋朝陽河橋 20
11、M公路簡支梁公路簡支梁 廣深線廣深線 深圳深圳 鐵路高架橋鐵路高架橋10M、8M跨度跨度 大秦線大秦線 16M跨度跨度 鋼鉸線和粗鋼筋兩種類型鋼鉸線和粗鋼筋兩種類型 京密引水渠橋等京密引水渠橋等 部分預應力將大量發(fā)展。部分預應力將大量發(fā)展。二預應力混凝土鐵路槽形梁二預應力混凝土鐵路槽形梁1構造特點：下承式結構、建筑高度低、三向施加預應力構造特點：下承式結構、建筑高度低、三向施加預應力2組成：行車道板、主梁、端橫梁組成：行車道板、主梁、端橫梁 3 三向施加預應力：三向施加預應力： 行車道板（道床板）：橫向預應力行車道板（道床板）：橫向預應力 主梁：縱向和豎向預應力主梁：縱向和豎向預應力4 實例：
12、實例： 英國英國 52年年 羅什爾漢橋羅什爾漢橋 日本日本 70年代年代 第二丘里橋第二丘里橋 跨度跨度68M 北京北京 82年左右年左右 京承線懷樓站附近京承線懷樓站附近 20M雙線雙線 京秦線通縣西雙橋編組站內京秦線通縣西雙橋編組站內 24M單線單線5 優(yōu)缺點及適用情況：優(yōu)缺點及適用情況： 建筑高度低建筑高度低 結構復雜，施工較難，結構復雜，施工較難， 混凝土用量大混凝土用量大 凈空和建筑高度要求嚴格時可采用，如城市立交。凈空和建筑高度要求嚴格時可采用，如城市立交。三整體式預應力混凝土鐵路簡支梁三整體式預應力混凝土鐵路簡支梁1 構造優(yōu)點：構造優(yōu)點： 建筑高度低、無碴橋面橋面寬由3.9減至2
13、.32.5M、自重輕2 截面形式：截面形式： II形和箱形3 橋面特點：橋面特點： 梁體灌注后再澆注承軌臺，鋼軌扣件上下、左右預留調整量4 構造缺點：構造缺點： 軌面標高不易調整，工藝較復雜5 計算特點：計算特點： 除抗彎、抗剪外，還要進行抗扭計算6 應用：應用：96年鐵專院 標準圖2109 2111 2117四雙預應力混凝土簡支梁四雙預應力混凝土簡支梁1概念：概念： 下翼緣施加預壓應力的同時，上翼緣施加預拉應力，以抵消或減小荷載作用下下翼緣的拉應力和上翼緣的壓應力。2 截面形式：截面形式：工形和箱形3 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：建筑高度低、用鋼量大、制造麻煩梁4 計算特點：計算特點： 并無多大區(qū)別，考
14、慮受壓預應力筋對梁上翼緣的預拉應力，需多次試算，較繁瑣。5應用：應用： 77年年 ALM橋 跨度76 梁高2.5 高跨比1/30.6 95年年 滬杭高速公路兩座橋： 標準跨徑40M（計算跨徑38.86M） 預拉力筋75鋼鉸線 預壓力筋32X8合金鋼管五橫向分塊式預應力混凝土簡支梁五橫向分塊式預應力混凝土簡支梁1 構造特點：構造特點： 梁體分段、工廠預制、現(xiàn)場拼接就位、張拉力筋 而成 整體梁。2 串聯(lián)工序：串聯(lián)工序：接干拼、膠拼、穿束張拉3 串聯(lián)梁的接縫影響：串聯(lián)梁的接縫影響： 全梁靜載破壞實驗表明，膠接縫對梁體極限強度無甚 影響，對抗裂性能略有下降。不是接縫本身而是其周圍4 應用：應用： 南昆
15、打埂橋及 白水河一號橋 跨度56M分段拼裝式結構5 體外預應力：體外預應力： 力筋在腹板外，僅在轉向塊和錨固處與梁相連。 如：如： 美國美國 LONGKEY橋橋 六預彎預應力混凝土簡支梁六預彎預應力混凝土簡支梁1 概念：概念： 型鋼預制成向上拱的預彎梁，然后在1/4跨左右施加一對向下的集中力（預彎力），使下翼緣受拉，此狀態(tài)下用高等級混凝土將下翼緣包住，待混凝土達到規(guī)定強度時，卸去預彎力，下翼緣混凝土（一期混凝土）受壓，就位后再澆注二期混凝土。2 特點：特點： 剛度大（高跨比1/251/40）、抗裂性好（開裂后荷載轉給鋼梁）、制作簡單、省工省料3 使用范圍：使用范圍：需大跨度、建筑高度低時及其他
16、場合，范圍廣4 應用：應用：50年代 比利時； 60年代 日本研發(fā)多，68-83年建成200多座公路橋，80年代中后期用于鐵路新干線；88年年 遼寧桓仁縣 16米三跨公路橋； 長沙袁家?guī)X和新中路立交橋第四節(jié)第四節(jié) 后張法簡支梁設計與計算后張法簡支梁設計與計算一截面尺寸的擬定一截面尺寸的擬定1 常用高跨比：常用高跨比： 鐵路：1/10-1/12 公路：1/16-1/18 特殊形式如雙預應力、預彎梁等更低。2 橋面板厚、梁肋間距橋面板厚、梁肋間距 與普通混凝土梁基本相同3 腹板厚：腹板厚：主要與主拉應力、剪應力有關，一般只在 梁端適當擴大； 橋規(guī)橋規(guī)規(guī)定不小于14cm或上下翼緣板梗脅間腹板高的 1
17、/20（有預箍）、1/15（無預箍）4 下翼緣形狀與尺寸：下翼緣形狀與尺寸：主要取決于力筋布置。 重心盡量靠下 管道凈距滿足規(guī)定 注意張拉端錨具5 主梁荷載與內力計算：主梁荷載與內力計算：基本同鋼筋混凝土梁。二、承載能力極限狀態(tài)計算承載能力計算主要包括正截面正截面承載能力計算和斜截面和斜截面承載能力計算1 正截面正截面承載能力計算：首先，根據強度條件估算力筋面積；然后，按照強度條件進行校核。估算力筋面積： 力筋面積和布置確定后，再進行校核（1 ） 確定中性軸位置 例如 （2） 檢算： ppptdpcddZAfZxbfMpptddpZfMAcdfptdpfbfAx)2(0 xhfAMptdpd2
18、斜截面斜截面承載能力計算： 斜截面抗剪計算 斜截面抗彎計算三、正常使用極限狀態(tài)計算三、正常使用極限狀態(tài)計算（一）正應力計算（一）正應力計算 選取控制截面，按正常使用階段荷載計算正截面上鋼筋和混凝土的應力。 計算中預加力作為一個偏心的壓力荷載考慮，然后將外荷載及預加力引起的應力疊加。注意以下幾點：1 有效預壓力有效預壓力 正常使用階段損失全部發(fā)生2 截面特性選取截面特性選取后張法： 一期 凈截面 二期 換算截面先張法：全部用換算截面（二）主拉應力計算（二）主拉應力計算 短期荷載效應組合下，斜截面抗裂性應滿足：ctktpcdfmax（三）正截面抗裂性及裂縫寬度計算（三）正截面抗裂性及裂縫寬度計算
19、短期荷載效應組合下，受拉區(qū)邊緣應力 預壓應力 全預應力：全預應力： 現(xiàn)行橋規(guī)是檢算抗裂安全系數(shù)大于1.2部分預應力部分預應力A： 部分預應力部分預應力B：拉應力不限制，則ctpctpctkf7 . 0ctWWfk（四）變形與預拱度計算（四）變形與預拱度計算1 上拱：上拱：偏心預應力引起2 下?lián)希合聯(lián)希汉奢d作用（恒載和活載）。 恒載撓度恒載撓度 是長期作用的撓度包括恒載、預應力及混凝土 的收縮和徐變。 公、鐵路橋規(guī)未對恒載撓度有明確限制規(guī)定 活載撓度活載撓度 是列車、汽車和行人等引起的。 靜活載撓度：靜活載撓度： 鐵路，不超過L/800；公路，不超過L/600。3 剛度取值問題：剛度取值問題：
20、E，考慮動載疲勞對剛度的影響，予以折減； 截面特性注意開裂與否。四四 疲勞承載能力的檢算疲勞承載能力的檢算 工程結構在多次重復荷載作用下，由于累積疲勞損傷達到的極限狀態(tài)，稱為結構的疲勞承載能力極限狀態(tài)。方法一：方法一：“定值法定值法” 求出鋼筋和混凝土的最大應力值，使其不超過規(guī)范規(guī)定的容許應力限值。該限值是根據不同應力比在200萬次的荷載循環(huán)所得的S-N曲線而確定。方法二：方法二：“等效等幅重復法等效等幅重復法” “定值法定值法”視鐵路荷載為“等幅重復荷載”，而實際橋梁承受的是“變幅重復荷載”，因此，為進行疲勞驗算，鐵道部制訂了標準荷載效應譜，它是根據鐵路不同年運量，按不同跨度劃分的。運營動力
21、系數(shù)：運營動力系數(shù)：標準荷載效應比頻譜是設計基準期內可能產生的荷載效應的綜合，并不等于荷載效應的標準值，因此，疲勞驗算時，動力系數(shù)需作修改，一般簡化取1.15。等效等幅應力：等效等幅應力：將按標準活載求得的應力換算為相應的等效等幅應力。用等效等幅應力系數(shù)表示。等效等幅應力系數(shù)：等效等幅應力系數(shù)：根據標準荷載效應比頻譜，按鐵路不同年運量、不同跨度及材料的S-N曲線方程在200萬次時求算的。五五 縱向預應力鋼筋及箍筋的布置縱向預應力鋼筋及箍筋的布置（一）縱向預應力鋼筋的布置（一）縱向預應力鋼筋的布置 預應力布置原則：預應力布置原則： 從抗彎強度出發(fā)，力求力筋有最大偏心； 從預加力時的混凝土應力來講
22、，偏心不能太大； 從運營階段混凝土來講，偏心不能太小； 據以上三點，可確定力筋布置的“束界”。 例如：ctkcgcpecpehfWMWeNAN上0cgpecctkcpeWMNWfKe預應力束布置方法：預應力束布置方法： 在力筋合力束界范圍內確定力筋線形， 同時考慮梁端錨頭布置和彎曲半徑 確定各段長度（梁端直線段、曲線段、彎起點、 跨中部分直線段） （二）箍筋的布置（二）箍筋的布置 可先按構造要求布置，然后檢算抗剪承載能力或主拉應力 理解橋規(guī)中關于非預應力箍筋的規(guī)定。如： 直徑不小于8MM 間距不大于200MM 宜用螺紋筋 力筋所在翼緣設閉合箍筋，間距不大于100MM，在梁端500MM范圍翼緣內
23、，間距為60-80MM。六六 錨下應力分析及配筋錨下應力分析及配筋 實驗表明，離開錨固端集中力作用面大致一個梁高以外的橫截面應力均勻分布，而靠近錨頭的這一段長度橫截面應力不均勻，稱這一段為端塊端塊，其中的應力為局部應力。局部應力。 端塊混凝土不但有沿梁長方向的縱應力縱應力，而且有沿梁高方向的橫向應力且可能是橫向拉應力橫向應力且可能是橫向拉應力，另外還存在剪應剪應力力。 通過錨頭中心線的縱截面上拉應力的合力為劈裂力，可能導致沿梁長方向的縱向水平裂紋。故要進行抗裂性檢算。 提高錨下局部承壓強度的措施：提高錨下局部承壓強度的措施：分布鋼筋網或錨下螺旋筋第五節(jié)第五節(jié) 預應力混凝土簡支梁的制造及架設預應
24、力混凝土簡支梁的制造及架設一一 制梁工藝簡介制梁工藝簡介 （一）后張法預應力混凝土梁的制造（一）后張法預應力混凝土梁的制造 施工過程：鋼筋骨架制作并預埋管道施工過程：鋼筋骨架制作并預埋管道灌注混凝土灌注混凝土抽拔抽拔管道并穿束管道并穿束張拉張拉(初、終初、終) 封端封端存梁。存梁。 1 混凝土灌注：混凝土灌注： 成孔工藝（預埋鐵皮管、抽拔橡膠管）； 管道準確定位； 抽拔管道時機。 2 力筋制作：力筋制作： 高強鋼絲用前調直，普通鋼鉸線使用前預拉減低松弛；鋼鉸線下料時兩端各5CM處扎緊。鋼鉸線束每隔11.5M用細鉛絲扎緊。3 張拉：張拉： 穿束前清孔，對稱張拉，雙控， 張拉千斤頂：單作用、雙作用
25、、三作用千斤頂4 孔道壓漿：孔道壓漿： 作用：防力筋銹蝕，與混凝土粘結成整體，減輕錨具受力，提高梁承載力、耐久性、抗裂性能 壓漿前：沖洗管道，吹去水分 水泥漿：425號以上水泥，水灰比0.40.45，水泥漿標號不低于混凝土的80% 壓漿：一次壓漿，甲端壓入，乙端流濃漿時堵住乙端，達到壓力后堵住甲端。 二次壓漿，一次壓漿后30分鐘，從另一端再來一遍。5 封端：封端： 混凝土鑿毛，微膨脹混凝土，保護錨頭。（二）先張法預應力混凝土梁的制造（二）先張法預應力混凝土梁的制造 施工過程：張拉力筋施工過程：張拉力筋鋼筋骨架制作鋼筋骨架制作灌注混凝土灌注混凝土放張放張存梁。存梁。 1 臺座臺座：一個框架（兩個錨固橫梁，兩個受壓柱）和兩個活動橫梁。 2 初調應力初調應力：使各力筋初應力基本相等，單束調。 3 整體張拉：整體張拉： 4 混凝土灌注混凝土灌注：從一端向另一端推進 5 放張放張：二、預制梁的架設方法二、預制梁的架設方法 工廠預制，現(xiàn)場架橋機架設工廠預制，現(xiàn)場架橋機架設 勝利型和紅旗型架橋機 造橋機
【土木建筑】第4章預應力混凝土簡支梁 (NXPowerLite)
