CN105908616A - 先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法 - Google Patents

先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,包括:上翼缘板和下翼缘板,以及位于上翼缘板和下翼缘板之间两个腹板,连接为箱体,该箱体的抵抗弯矩计算方法为Ms;步骤二、在箱体内穿过若干根先张拉预应力钢束,该钢束的抵抗弯矩计算方法为MP;步骤三、往箱体内灌注混凝土,此时混凝土的抵抗弯矩的计算方法MC;步骤四、根据上述步骤,该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式为MU=Ms+MP+MC。该计算方法通过箱体、混凝土以及预应力钢束各自承载力对梁的总抗弯承载力的贡献,分别计算了箱体、混凝土和预应力钢束的抵抗弯矩,从而得到了该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式,为该钢箱混凝土梁的设计制作施工提供了保障。

Description

先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法
技术领域
本发明涉及组合结构桥梁技术领域,特别是一种先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法。
背景技术
现代山区高速公路建设,碍于地形狭窄、场地限制,一般都是采用梁桥结构。而现有的采用的混凝土简支梁,由于梁体结构重量大、劳动强度高,其砂石材料用量大、环保型差,并且该混凝土梁的制作工艺,需要立模进行浇筑,其施工工艺的周期较长,需要养生、容易产生质量缺陷;由于其山区所架设的桥墩一般都比较高,增大了架梁的施工难度,同时山区的地质灾害严重,混凝土梁承载能力和抗震性能不足。
因此,为了提供一种施工难度低、梁承载能力和刚度较高的适用于山区高速公路的混凝土梁制作方法,凾待需要一种用于解决先张法预应力钢箱混凝土梁抗弯承载力的计算方法。
发明内容
本发明目的在于:针对现有技术存在的现有混凝土梁重量大、施工周期较长、施工难度较大的不足,提供一种先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,该方法用于解决先张法预应力钢箱混凝土梁抗弯承载力的设计。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,包括以下步骤:
步骤一、根据箱体结构计算得到钢箱的抵抗弯矩Ms,所述箱体包括上翼缘板和下翼缘板,以及位于所述上翼缘板和下翼缘板之间两个腹板,此时该所述箱体的抵抗弯矩计算方法为:MS=Btfy(H-t)+tfy[(H-x-t)2+(x-t)2];
步骤二、在所述箱体内穿过若干根先张拉预应力钢束,此时所述钢束的抵抗弯矩计算方法为:MP=APfP(H-aP-x);
步骤三、往所述箱体内灌注混凝土,此时所述混凝土的抵抗弯矩的计算方法为:MC=fc(B-2t)(x-t)2/2;
步骤四、根据所述步骤一、步骤二和步骤三,该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式为:MU=MS+MP+MC
其中所述步骤一至步骤三的各式中,B、t、H分别为箱体截面的宽度、钢板厚度及高度,x为受压区高度(根据轴力平衡获得),fc、fy、fP分别为混凝土的轴心抗压强度、箱体钢板的屈服强度及预应力钢束的极限抗拉强度;aP、AP分别为预应力钢束形心距梁底高度和预应力钢束面积。
该先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,通过箱体、混凝土以及预应力钢束各自承载力对梁的总抗弯承载力的贡献,分别计算了箱体、混凝土和预应力钢束的抵抗弯矩,从而得到了该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式,为该钢箱混凝土梁的设计制作施工提供了保障。该先张法预应力钢箱混凝土梁的制作方法,采用了上翼缘板、下翼缘板腹板和封头板焊接形成箱体,在箱体内穿过预应力钢束,并通过设于箱体内两侧的张拉板张拉,然后载浇筑有混凝土,最后放张钢束、切割完成钢箱混凝土梁的制作;该方法相对现有的混凝土梁施工方法,其采用了将混凝土填充于钢箱内,混凝土材料用量少、节能环保,更加轻型化、整体化、大块件化程度高,可以大幅提高钢箱混凝土梁的承载能力和刚度,同时还能提高梁的塑性及抗震性能;而且该梁不用采用混凝土模板,降低了施工难度,免去了混凝土养生等环节,施工周期短,更容易保证施工质量;采用先张法张拉预应力钢束,能够保障钢束与混凝土粘结更可靠、可避免堵孔、灌浆质量等问题,提升预应力作用效果。
优选地,所述步骤一中箱体正常使用状态时,正弯矩区的所述上翼缘板应力的计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Es/Ez)。
优选地,所述步骤一中的箱体正常使用状态时,负弯矩区的所述下翼缘板应力的计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Es/Ez)。
优选地,所述箱体正常使用状态时,正弯矩区的所述下翼缘板应力的计算公式为:σ=N/AS+M·y/IS
优选地,所述箱体正常使用状态时,负弯矩区的所述上翼缘板应力的计算公式为:σ=N/AS+M·y/IS
优选地,所述步骤三中的正弯矩区的所述混凝土的应力计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Ez/Ec)。
需要说明的是,由于压力作用,钢箱混凝土梁的下部产生的弯矩叫正弯矩,在承托(或者支座、主梁、支柱)处由于承托两端的梁下沉在梁的顶部产生的弯矩叫负弯矩,即钢箱混凝土梁上产生正弯矩的区域为正弯矩区,产生负弯矩区的区域为负弯矩区。
优选地,所述步骤一中的所述箱体内设有至少一个导束板,每个所述导束板上设有用于穿过预应力钢束的若干个孔。
该导束板上的孔用于对箱体内若干个预应力钢束分束作用,每根钢束穿过一个孔,通过导束板的承载,在箱体内浇筑混凝土时,使每根钢束能够保持不交叉,提高梁浇筑后的承载强度。
优选地,所述导束板焊接在所述箱体内,且所述导束板与所述箱体内壁设有若干个加劲肋。
优选地,所述孔均位于靠近所述下翼缘板的导束板一端上。
因为下翼缘板作为梁的承载部位,因此将孔设于导束板位于下翼缘板一端的位置,保证浇筑形成的钢箱混凝土梁靠近下翼缘板一侧的承载强度和刚度强于上翼缘板一侧,符合实际使用需要。
优选地,每个所述导束板上的孔均匀分布。
优选地,每个所述导束板与所述封头板相互平行设置。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,通过箱体、混凝土以及预应力钢束各自承载力对梁的总抗弯承载力的贡献,分别计算了箱体、混凝土和预应力钢束的抵抗弯矩,从而得到了该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式,为该钢箱混凝土梁的设计制作施工提供了保障;
2、本发明所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,还通过对正弯矩区和负弯矩区分情况计算得到了箱体和混凝土,在各自正常使用状态应力的计算方法,便于对箱体、混凝土设计制作施工提供了依据;
3、本发明所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其箱体结构通过上翼缘板、下翼缘板、腹板和封头板焊接而成,能够提高箱体各部件加工、制造、灌注、安装等工序的工厂化施工,有利于实现标准化生产,提高钢箱混凝土梁的生产效率;
4、本发明所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,在箱体内设有一个至少一个导束板,该导束板上设有若干个孔,用于对箱体内若干个预应力钢束分束作用,每根钢束穿过一个孔,通过导束板的承载,在箱体内浇筑混凝土时,使每根钢束能够保持不交叉,提高梁浇筑后的承载强度。
附图说明
图1是为本发明所述先张法预应力钢箱混凝土梁的结构示意图;
图2为图1中先张法预应力钢箱混凝土梁一端封头板的局部放大示意图;
图3为图2的左视图;
图4为凸1中先张法预应力钢箱混凝土梁中部导束板的局部放大示意图;
图5为图5的左视图;
图6为本发明所述先张法预应力钢箱混凝土梁抵抗弯矩的计算图式示意图。
图中标记:
1、上翼缘板,2、下翼缘板,3、腹板,4、封头板,5、张拉板,6,定位板,7、导束板,71、孔,8、加劲肋,9、钢束,10、混凝土。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-3所示,一种先张法预应力钢箱混凝土梁的制作方法,包括以下步骤:
步骤一、制作箱体,将上翼缘板1和下翼缘板2,以及所述上翼缘板1和下翼缘板2之间两个腹板3,焊接形成箱式结构件,并在所述箱式结构件两端部分别焊接两个封头板4,形成箱体;
步骤二、所述箱体内穿过若干根预应力钢束9,同时在所述箱体两端分别设置两个张拉板5,将每根所述钢束9的两端分别穿过两个所述张拉板5;
步骤三、张拉预应力钢束9,并将每根所述钢束9的两端分别固定在两个所述张拉板5上;
步骤四、灌注混凝土,通过灌注口朝所述箱体内浇筑混凝土;
步骤五、放张预应力钢束9,待混凝土达到设计强度要求,放张预应力钢束9;
步骤五、切割预应力钢束9,拆下所述张拉板5,完成钢箱混凝土梁的制作。
在上述制作方法中的步骤一种,其箱体结构的上翼缘板1、下翼缘板2、腹板3和封头板4均是采用钢结构,且通过焊接而成的箱式结构件,因为通过上翼缘板1、下翼缘板2、腹板3和封头板4焊接而成该箱体结构,具体是先将两个腹板3的一端焊接在下翼缘板2上,然后再将两个腹板3的另一端焊接在上翼缘板1上,该箱体式结构件能够提高箱体各部件工厂化、标准化制作,加工质量高。同时,步骤二中的张拉板5通过螺栓连接在所述箱体端部,而且,至少一个张拉板5上设有用于浇筑混凝土的灌浆口,用于混凝土的浇筑。为了提高预应力钢束9在张拉时,以及张拉完毕放张预应力并将钢束9两端部锚固在张拉板5时,在箱体每端的张拉板5与上翼缘板1设有至少一个定位板6,能够使张拉板5与钢箱保持整体结构稳定性。
另外,如图4、5所示,在上述步骤一箱体安装完成之前,在箱体内还设有至少一个导束板7,然后再安装上翼缘板1,每个导束板7上设有用于穿过预应力钢束9的若干个孔71;该导束板7上的孔71用于对箱体内若干个预应力钢束9分束作用,每根钢束9穿过一个孔71,通过导束板7的承载,在箱体内浇筑混凝土时,使每根钢束9能够保持不交叉,提高梁浇筑后的承载强度。为了便于导束板7的安装,将导束板7与封头板4相互平行设置,这样导束板7可以通过焊接在箱体内,且导束板7与箱体内壁设有若干个加劲肋8,用于提高导束板7与箱体内壁的连接强度。
上述的孔71将其均设置在位于靠近下翼缘板2的导束板7一端上。每个导束板7上的孔71均匀分布。因为下翼缘板2作为梁的承载部位,因此将孔71设于导束板7位于下翼缘板2一端的位置,保证浇筑形成的钢箱混凝土梁靠近下翼缘板2一侧的承载强度和刚度强于上翼缘板1一侧,符合实际使用需要。由于孔71设于导束板7靠近下翼缘板2一侧,那么靠近上翼缘板1的导束板7设置镂空结构,便于浇筑混凝土时,在箱体内相互流动均匀,顺利灌注。
本发明所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,达到了以下效果:
1)由于钢箱混凝土梁采用的箱体,是通过上翼缘板1、下翼缘板2腹板3和封头板4焊接而成的箱体结构件,在箱体内穿过预应力钢束9,再浇筑有混凝土,相对现有的混凝土梁,将混凝土填充于钢箱中,混凝土材料用量少、节能环保,更加轻型化、整体化、大块件化程度高,可以大幅提高钢箱混凝土梁的承载能力和刚度,同时还能提高梁的塑性及抗震性能,尤其适用于山区高速公路梁桥的架设;
2)采用无模板浇筑混凝土,能够有效降低了施工难度,免去了混凝土养生等环节,施工周期短,更容易保证施工质量;
3)先张法张拉预应力钢束9的方法,不设锚头,构造简单,张拉板5可重复利用;箱体内也不用设波纹管,保证预应力钢束9与混凝土粘结更可靠,避免发生堵孔问题,也无灌浆质量问题,提升预应力作用效果;
4)该制作方法,能够实现钢箱混凝土梁的加工、制造、灌注、安装等工序的工厂化施工,有利于实现标准化生产,提高钢箱混凝土梁的生产效率。
实施例2
一种先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,该先张法预应力钢箱混凝土梁的制作方法见实施例1,其计算方法包括以下步骤:
步骤一、根据箱体结构计算得到钢箱的抵抗弯矩Ms,所述箱体包括上翼缘板1和下翼缘板2,以及位于上翼缘板1和下翼缘板2之间两个腹板3,此时该所述箱体的抵抗弯矩计算方法为:MS=Btfy(H-t)+tfy[(H-x-t)2+(x-t)2];
步骤二、在所述箱体内穿过若干根先张拉预应力钢束9,此时所述钢束9的抵抗弯矩计算方法为:MP=APfP(H-aP-x);
步骤三、往所述箱体内灌注混凝土,此时所述混凝土的抵抗弯矩的计算方法为:MC=fc(B-2t)(x-t)2/2;
步骤四、根据所述步骤一、步骤二和步骤三,该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式为:MU=MS+MP+MC
其中所述步骤一至步骤三的各式中,B、t、H分别为箱体截面的宽度、钢板厚度及高度,x为受压区高度(根据轴力平衡获得),fc、fy、fP分别为混凝土的轴心抗压强度、箱体钢板的屈服强度及预应力钢束9的极限抗拉强度;aP、AP分别为预应力钢束9形心距梁底高度和预应力钢束9的面积。
该先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,通过箱体、混凝土以及预应力钢束9各自承载力对梁的总抗弯承载力的贡献,分别计算了箱体、混凝土41和预应力钢束9的抵抗弯矩,从而得到了该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式,为该钢箱混凝土梁的设计制作施工提供了保障。
另外,上述步骤一中箱体正常使用状态时,正弯矩区的所述上翼缘板1应力的计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Es/Ez)。
上述步骤一中的箱体正常使用状态时,负弯矩区的所述下翼缘板2应力的计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Es/Ez)。
上述箱体正常使用状态时,正弯矩区的所述下翼缘板2应力的计算公式为:σ=N/AS+M·y/IS
上述箱体正常使用状态时,负弯矩区的所述上翼缘板1应力的计算公式为:σ=N/AS+M·y/IS
上述步骤三中的正弯矩区的所述混凝土的应力计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Ez/Ec)。
其中,上述的箱体各构件截面特性按组合截面计入。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,如圆形状、不规则形状以及多种常用的形状组合而成的弯曲形状烟丝1,以及利用不同弯曲形状烟丝1制成的烟支4,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,其方法包括以下步骤:
步骤一、根据箱体结构计算得到钢箱的抵抗弯矩Ms,所述箱体包括上翼缘板(1)和下翼缘板(2),以及位于所述上翼缘板(1)和下翼缘板(2)之间两个腹板(3),此时该所述箱体的抵抗弯矩计算方法为:MS=Btfy(H-t)+tfy[(H-x-t)2+(x-t)2];
步骤二、在所述箱体内穿过若干根先张拉预应力钢束(9),此时所述钢束(9)的抵抗弯矩计算方法为:MP=APfP(H-aP-x);
步骤三、往所述箱体内灌注混凝土,此时所述混凝土的抵抗弯矩的计算方法为:MC=fc(B-2t)(x-t)2/2;
步骤四、根据所述步骤一、步骤二和步骤三,该先张法预应力钢筋混凝土梁抗弯承载能力的计算公式为:MU=MS+MP+MC
其中所述步骤一至步骤三的各式中,B、t、H分别为箱体截面的宽度、钢板厚度及高度,x为受压区高度,fc、fy、fP分别为混凝土的轴心抗压强度、箱体钢板的屈服强度及预应力钢束(9)的极限抗拉强度;aP、AP分别为预应力钢束(9)形心距梁底高度和预应力钢束(9)面积。
2.根据权利要求1所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述步骤一中箱体正常使用状态时,正弯矩区的所述上翼缘板(1)应力的计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Es/Ez)。
3.根据权利要求1所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述步骤一中的箱体正常使用状态时,负弯矩区的所述下翼缘板(2)应力的计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Es/Ez)。
4.根据权利要求1所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述箱体正常使用状态时,正弯矩区的所述下翼缘板(2)应力的计算公式为:σ=N/AS+M·y/IS
5.根据权利要求1所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述箱体正常使用状态时,负弯矩区的所述上翼缘板(1)应力的计算公式为:σ=N/AS+M·y/IS
6.根据权利要求1所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述步骤三中的正弯矩区的所述混凝土的应力计算公式为:σ=(N/Az+M·y/Iz)*(Ez/Ec)。
7.根据权利要求1-6任一所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述步骤一中的所述箱体内安装有至少一个导束板(7),每个所述导束板(7)上设有用于穿过预应力钢束(9)的若干个孔(71)。
8.根据权利要求7所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述导束板(7)焊接在所述箱体内,且所述导束板(7)与所述箱体内壁设有若干个加劲肋(8)。
9.根据权利要求7所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,所述孔(71)均位于靠近所述下翼缘板(2)的导束板(7)一端上。
10.根据权利要求7所述的先张法预应力钢箱混凝土梁的计算方法,其特征在于,每个所述导束板(7)上的孔(71)均匀分布。
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