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公路—I级桥面宽度26.8m单索面预应力混凝土斜拉桥(计算书、CAD图).rar

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    编号:20180915223404104    类型:共享资源    大小:1,018.92KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    公路 桥面 宽度 26.8 单索面 预应力 混凝土 斜拉桥 计算 CAD
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    第 7 章 索塔锚固区受力分析7.1 概述斜拉桥索塔作为主要的受力构件之一,结构的绝大部分恒载、活载都要通过索塔传至桥墩、承台及基础。索塔锚固区在斜拉索索力作用下的受力相当复杂,有局部受压(高应力集中) 、横向框架的侧壁受弯和受拉、塔柱竖向受压等情况,而索塔的安全可靠对整个结构至关重要,因此,需要对锚固区段作较详细的局部应力分析。为了抵抗上塔柱在张力作用下的横向框架的弯矩和拉力,须在其侧壁内设置起箍筋作用的闭合预应力筋,可采用环向预应力筋,也可采用井字形预应力粗钢筋。锚索区预应力平面布置的传力机理是:锚索区段除参与索塔的总体功能外,还将拉索的集中力传递到索塔侧壁内,进而逐渐传递到基础,为防止混凝土在拉索锚固力的作用下,开裂,将预应力作为外力施加到锚索区平面内,以平衡拉索锚固力所产生的内力。7.2 锚索区受力该桥桥塔塔冠区为单箱单室截面,在高度 40m 范围内有 25 对斜拉索锚固,斜拉索在塔冠上的标准索距为 1.6m,斜拉索锚固在加强的塔壁内侧齿块上。计入恒、活、温度、支座沉降等最不利荷载组合,其索力的纵桥向水平分力的组合值见表 7-1:表 7-1 锚固区荷载组合一览表索 号 自 重 温 度 汽 车 Max 支 座 沉 降 Max cosa 基 本 组 合 短 期 组 合 标 准 组 合107 6880 90.7 352 150.4 0.907 8097 6683 6778108 6902 106.4 359.2 134.6 0.904 8114 6688 6782109 6922 111.6 366.6 118.1 0.901 8117 6678 6774110 6650 107.5 374 101.3 0.898 7792 6396 6495111 6410 95.6 380.9 84.7 0.895 7493 6135 6239112 6270 67.6 336.5 79.2 0.891 7225 5926 6017113 6118 48.2 339.1 86.2 0.886 7015 5753 5840114 6242 27.5 338.1 104.4 0.882 7094 5828 5920115 6250 7.9 332.1 117.9 0.876 7039 5790 5876116 6070 -8.9 321.5 125.9 0.87 6776 5580 5662117 5720 -21.2 286.1 119.7 0.863 6303 5196 5268118 5550 -31.6 277.2 119.6 0.856 6051 4989 5063119 5380 -39.6 270.3 116.4 0.847 5797 4780 4851120 5040 -41.6 240.9 100.7 0.836 5342 4405 4464121 4998 -44.6 247.7 93.6 0.824 5226 4302 4363122 4814 -45.4 257 84.8 0.81 4963 4076 4139123 4648 -44 264.4 74.7 0.793 4707 3857 3920124 4484 -34.9 232.8 55 0.772 4399 3605 3657125 4338 -29.2 234.7 44.9 0.748 4130 3378 3432126 4270 -20.6 232.7 34.3 0.717 3902 3187 3238127 4250 -7.6 200.1 20.8 0.678 3650 2986 3026128 4200 7.6 189.2 17.5 0.629 3347 2741 2777129 4120 28 170.7 19 0.566 2955 2424 2455130 4106 54.7 142.5 27.8 0.483 2514 2072 2092131 4100 87.9 104 34.6 0.376 1948 1615 1627132 4126 -26.5 79.2 22.4 0.376 1896 1570 1580133 4120 -20.9 118.6 19.2 0.483 2463 2030 2046134 4122 -15.8 151.4 15.2 0.566 2912 2391 2418135 4180 -11.3 176.2 11.3 0.629 3306 2707 2740136 4210 -7.3 194.1 8.3 0.678 3608 2948 2987137 4264 -3.3 234.6 10.4 0.717 3904 3179 3231138 4374 -0.6 245.3 11 0.748 4184 3406 3463139 4510 1.7 252.5 11.4 0.772 4460 3631 3687140 4620 3.4 297.9 13.2 0.793 4735 3842 3913141 4788 5 301.3 11.9 0.81 5004 4062 4136142 4976 6.4 302.9 9.3 0.824 5280 4288 4363143 5020 7.9 303 6 0.836 5402 4387 4462144 5366 8.8 332.5 5.9 0.847 5856 4752 4839145 5534 10.5 331.1 9.6 0.856 6092 4950 5038146 5726 12.9 329.2 17.3 0.863 6350 5168 5252147 6108 13.9 353.6 28.6 0.87 6835 5568 5659148 6250 17.7 349.7 40.1 0.876 7036 5742 5832149 6282 23 344.7 52.8 0.882 7118 5818 5912150 6142 30.3 338.6 66.5 0.886 7013 5741 5828151 6264 40.3 331.6 81.1 0.891 7186 5895 5985152 6396 48.6 372 110.8 0.895 7431 6098 6200153 6628 65 362.9 129.1 0.898 7724 6356 6452154 6900 86.3 353.7 147.8 0.901 8064 6654 6747155 6908 112.6 344.5 166.4 0.904 8123 6718 6808156 6912 141.9 335.2 184.6 0.907 8178 6779 6869注:表中基本组合、短期组合和标准组合均为最大组合值,不考虑作用长期效应组合的影响。塔冠区采用 C60 混凝土,按全预应力混凝土设计。索力的纵桥向水平分力的组合值,沿塔高方向可分为 5 个索区段控制:按承载能力极限状态设计时,作用效应基本组合的最大值如下表 7-2:表 7-2 承载能力极限状态控制力索 区 双 根 索 水 平 力 (KN) 单 根 索 水 平 力 (KN) 锚 下 均 布 荷 载 ( KN/m)25~ 21 8180 4090 1363320~ 16 7230 3615 1205015~ 13 6350 3175 1058312~ 9 5410 2705 90178~ 6 4460 2230 74335~ 1 3650 1825 6083按正常使用极限状态设计时,作用效应短期组合的最大值如下表 7-3:表 7-3 正常使用极限状态控制力索 号 双 根 索 水 平 力 (KN) 单 根 索 水 平 力 (KN) 锚 下 均 布 荷 载 ( KN/m)25~ 21 6780 3390 1130020~ 16 5930 2965 988315~ 13 5200 2600 866712~ 9 4410 2205 73508~ 6 3630 1815 60505~ 1 2990 1495 4983按作用标准值直接组合的最大值,见下表 7-4:表 7-4 标准值控制力索 号 双 根 索 水 平 力 (KN) 单 根 索 水 平 力 (KN) 锚 下 均 布 荷 载 ( KN/m)25~ 21 6870 3435 1145020~ 16 6020 3010 1003315~ 13 5270 2635 878312~ 9 4470 2235 74508~ 6 3690 1845 61505~ 1 3030 1515 5050注:表中的值是组合后的结果,主要用于验算使用阶段的应力验算。7.3 计算分析由于索塔节段在预加应力阶段即外加荷载时的受力分析不同于一般的梁式结构的分析,为简化分析工作,从塔冠中取出一个横断面,于是塔冠的受力可归结为平面应变问题。计算采用二维杆系单元,在计算中将整个结构视为均质弹性体,未考虑普通钢筋的影响,也未考虑索力的垂直分力,再对称面上根据对称性加定向支承。图 7-1 锚固区断面及受力示意图注:图中 F 表示单根索作用在水平框架上的水平分力,其值应根据承载能力极限状态、正常使用极限状态或使用阶段而采用相应的表 7-2、7-3 或 7-4 中的值。取一个索塔标准索距段 1.6m 作为水平框架进行分析,单根拉索索力可近似为分布在锚下宽 30cm 的均布荷载,由此根据对称性建立平面杆系计算模型7-2: q图 7-2 平面杆系计算模型肋 肋图 7-3 配筋控制断面按承载能力极限状态设计时,作用效应基本组合如下表 7-5:表 7-5 承载能力极限状态基本组合Nd Vd Md Nd Vd Md25~ 21 4090 0 -824.4 0 0 2856.820~ 16 3615 0 -728.7 0 0 2525.115~ 13 3175 0 -640.0 0 0 2217.712~ 9 2705 0 -545.3 0 0 1889.58~ 6 2230 0 -449.5 0 0 1557.65~ 1 1825 0 -367.8 0 0 1274.7索 区 A–A截 面 B–B截 面注:表中的值是组合后的结果,主要用于验算正截面的抗弯承载力。按正常使用极限状态设计时,作用效应基本组合如下表 7-6:表 7-6 正常使用极限状态短期组合 Ns Vs Ms Ns Vs Ms25~ 21 3390 0 -683.3 0 0 2367.920~ 16 2965 0 -597.7 0 0 2071.015~ 13 2600 0 -524.1 0 0 1816.212~ 9 2205 0 -444.5 0 0 1540.28~ 6 1815 0 -365.9 0 0 1267.85~ 1 1495 0 -301.3 0 0 1044.2索 区 A–A截 面 B–B截 面注:表中的值是按正常使用极限状态组合后的结果,主要用于验算正常使用阶段的抗裂验算和预应力筋的估算。表 7-7 标准值组合Nk Vk Mk Nk Vk Mk25~ 21 3435 0 -692.4 0 0 2399.420~ 16 3010 0 -606.7 0 0 2102.415~ 13 2635 0 -531.1 0 0 1840.512~ 9 2235 0 -450.5 0 0 1561.28~ 6 1845 0 -371.9 0 0 1288.75~ 1 1515 0 -305.4 0 0 1058.2索 区 A–A截 面 B–B截 面注:表中的值是组合后的结果,主要用于验算使用阶段的应力验算。注:表 7-5、7-6 和 7-7 中轴力以拉力为正,弯矩以使索塔外壁受拉为正。以 25~21 号索区段为例,在使用阶段每侧作用的单根索的水平力为3435KN,拉索索力可近似为分布在锚下宽 30cm 的均布荷载即 11450KN/m,其受力特点是: 肋 肋 q图 7-4 斜拉索作用下的两肋应力(1)肋 1 处应力从-0.90~5.67MPa 呈直线变化;肋 2 处应力从-3.97~3.97MPa 呈变化,以上应力以拉应力为正。(2)肋 2 内腔锚下压应力较大,故一方面设计中做好锚下构造钢筋的布置以减缓应力集中问题,另一方面要求平面预应力束作用时,不能在此产生较大的压应力,相反可以施加较小的拉应力,即预应力束应尽量布置在塔冠截面的外缘。(3)在外力的作用下,塔冠断面呈框架受力状态,设计中不能只在斜拉索索力作用方向施加预应力,必须在肋 2 内也布置预应力钢束,以消除肋 2 的外缘拉应力。本设计采用井字形预应力粗钢筋,较常用的环向预应力钢束相比较,粗钢筋在塔冠区可布置多层,从而使塔冠区的受力更加均匀。在塔冠区域布置的环向预应力钢束,由于索塔断面尺寸的限制,钢束的弯曲曲率半径较小(根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (以下简称规范)第 9.4.10条规定:后张法预应力混凝土构件的曲线形预应力钢筋的曲线半径对于斜拉桥桥塔内围箍用的半圆形预应力钢筋,半径在 1.5m 左右时,须采用特殊措施) ,预应力损失较大,经初步估算,仅预应力钢束与管道壁间的摩擦引起的预应力损失就达张力控制应力的近 30%,且施工困难。而采用预应力粗钢筋,预应力损失较小,可以更好的发挥预应力效应,且张拉吨位小,便于施工,锚下集中应力也比环向预应力钢束小。根据以上计算结果,进行预应力筋的布置。预应力体系采用 32 的精轧螺纹粗钢筋,标准强度为 =930MPa,张拉控制应力值 =0.90 ,则锚下控pkf conpkf制张拉力 F=673KN。7.4 预应力筋的估算7.4.1 预应力损失根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第 6.2 节规定:后张法预应力混凝土构件在正常使用极限状态计算中,应考虑由下列因素引起的预应力损失: 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 1l锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 2l混凝土的弹性压缩 4l预应力钢筋的应力松弛 5l混凝土的收缩与徐变 6l预应力损失值无可靠试验数据,可按经验公式计算。在估算预应力筋时,不考虑 与 。4l6l由规范 6.1.3 条, 预应力混凝土构件,预应力钢筋的张拉控制应力值(对后张法构件为梁体内锚下应力)应符合下列规定:con精轧螺纹刚筋的张拉控制应力值 ≤0.90 。conpkf式中 —预应力钢筋抗拉强度标准值,按规范表 3.2.2–2 的规定采用。pkf由规范 6.2.2 条, 后张法构件张拉时,预应力钢筋与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失,可由下式计算:= (7-1)1lkxcone式中 —预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数,因索塔锚固区的管道成型方式采用预埋金属波纹管,故 =0.50; —从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和(rad) ,此处=0;—管道每米局部偏差对摩擦的影响系数, =0.0015; k k—从张拉端至计算截面的管道长度,可近似地取该管道在构件纵轴上x的投影长度(m) ,肋 1 的 A–A 截面处 =5m,肋 2 的 B–B 截面处x=1.8m。由规范 6.2.3 条,预应力直线钢筋由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失,可按下式计算:= (7-2)2lpEl式中 △ —张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值(mm),按表 6.2.3 采l用,本设计采用钢筋螺纹锚具,故需计入带螺帽锚具的螺帽缝隙△ =1mm;l—张拉端至锚固端之间的距离(mm) ,肋 1 处 =6.6m,肋 2 处l l=3.6m;—精轧螺纹钢筋的弹性模量, =2.0× 。pEpE50MPa由规范 6.2.6 条,预应力钢筋由于钢筋松弛引起的预应力损失终极值,可按下列规定计算:精轧螺纹钢筋一次张拉 =0.05 。 (7-3)5lcon表 7-8 预应力损失计算损 失acon(Mpa)al(Mpa) al1 al2 al5 al1 al2 al5al(Mpa) 6.254 30.303 41.850 2.257 55.556 41.850总 和 (Mpa)ape(Mpa)ap(㎜ 2)Np(N)803.84 803.84609784.99 592703.39758.59 737.34A-A截 面 B-B截 面78.41 99.66837.00 837.00注:表中为一根预应力钢筋的值。7.4.2 预应力筋的估算原则根据在正常使用阶段按正常使用极限状态的最不利组合内力使截面上下缘不出现拉应力的原则,进行预应力钢筋根数的估算。由下缘不出现拉应力,则:(7-4)08.pcxstxxpcssstxWeNAM由上缘不出现拉应力,则:(7-5)0pcsktsxssktWeNAM由式(7-4)可求得预加力的下限 ,由式(7-5)可求得预加力的下限min。 为永存预加力,然后根据公式(7-6)求出预应力粗钢筋的根数。maxpNp(7-6)peaNn式中 —每根预应力粗钢筋的截面面积。pa由规范 6.1.4 条可知,估算预应力筋根数时,截面性质对计算应力或控制条件影响不大,可采用毛截面。7.4.3 预应力筋布置图 7-5 锚固区预应力筋平面初始布置图7.4.4 估算预应力筋A-A 截面:A=1.44㎡;I=0.0972 ; =757.84MPa; 803.84 ; =0.10m;4mpepa2mxe表 7-9 A-A 截面预应力筋的估算索 区 Ns Ms Nymin nmin Nymax nmax n25~ 21 3390 -683.3 5959.00 9.77 -3496.00 -5.73 1020~ 16 2965 -597.7 5212.25 8.55 -3059.00 -5.02 915~ 13 2600 -524.1 4570.50 7.50 -2682.00 -4.40 812~ 9 2205 -444.5 3876.25 6.36 -2275.00 -3.73 78~ 6 1815 -365.9 3190.75 5.23 -1873.00 -3.07 65~ 1 1495 -301.3 2627.75 4.31 -1541.00 -2.53 5
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