CN108086145B - 一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，属于桥梁工程技术领域。空心板梁桥包括多块空心板，每两块空心板之间均设置有铰缝，所述空心板和所述铰缝上设置有桥面现浇层，所述铰缝的底部宽度为300mm，在每个所述铰缝的下部均布置有纵向抗弯钢筋，每个所述铰缝内的纵向抗弯钢筋的数量n按照如下公式进行计算：n＝max{n₁，n₂}，本发明能够计算得出每个铰缝内布置的纵向抗弯钢筋的数量，有利于普通技术人员的使用，有效保证了铰缝的受力性能，保证铰缝具备良好的抗弯、抗裂性能，避免了铰缝发生破坏，从而从根本上实现避免空心板梁桥出现“单板受力”病害的发生。

Description

一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法。

背景技术

针对现有空心板梁桥经常出现铰缝的破坏使空心板失去横向连接能力，出现“单板受力”病害，发明CN201510071804.5提出了一种空心板梁桥的铰缝，通过：(1)增大铰缝宽度；(2)在空心板侧面预埋横向抗弯钢筋及横向搭接钢筋、空心板顶面预埋锚固钢筋、空心板侧面及顶面涂刷化学粘结剂；(3)在桥面现浇层下部布置桥面纵向筋和桥面横向筋；(4)在铰缝内布置纵向抗弯钢筋、横向抗弯钢筋和箍筋等综合技术措施有效提高了铰缝的受力性能。

发明CN201510071804.5的主要技术特征是：增大铰缝宽度，有利于铰缝混凝土的有效振捣；在铰缝内布置纵向抗弯钢筋，使得铰缝具备了纵向抗弯的能力。

但发明CN201510071804.5存在的不足为：该发明对纵向抗弯钢筋的钢筋数量及直径仅做出了定性的配筋思路。一般技术人员难以根据规范和该发明给定的条件得出满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)抗弯、抗裂要求的纵向抗弯钢筋的钢筋数量，这是因为：(1)空心板梁桥的主要施工过程为：预制、吊装空心板；浇筑铰缝及桥面现浇层；二期铺装施工及收缩徐变的发展；(2)铰缝主要的受力特征为：在施工阶段受铰缝及桥面现浇层的自重、二期铺装的重量，同时还有收缩徐变对铰缝的作用力；在运营阶段受温度梯度、汽车荷载等作用；(3)铰缝与桥面现浇层、空心板共同受力，一般计算方法难以得出铰缝所承担作用力的大小；(4)由上可知，铰缝施工过程复杂，受力情形多，结构受力复杂，难以采用常规计算方法得出在各个阶段、各个作用力下，在铰缝产生的作用力的大小，因而难以得出在铰缝内需要布置的纵向抗弯钢筋的数量，导致该发明最为重要的参数难以定量确定，难以实施。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，空心板梁桥包括多块空心板，每两块空心板之间均设置有铰缝，所述空心板和所述铰缝上设置有桥面现浇层，所述铰缝的底部宽度为300mm，在每个所述铰缝的下部均布置有纵向抗弯钢筋，每个所述铰缝内的纵向抗弯钢筋的数量n按照如下公式进行计算：

n＝max{n₁，n₂}

其中，n₁为使得所述铰缝满足极限抗弯承载力的要求，需要在其下部布置的纵向抗弯钢筋的根数，n₂为使得所述铰缝满足正常使用极限状态的裂缝宽度的要求，需要在其下部布置的纵向抗弯钢筋的根数，

式中：

L为所述空心板梁桥的跨径，其范围为10000～20000mm，

f_cd为所述铰缝的混凝土的抗压强度设计值，单位为MPa，

f_sd为所述纵向抗弯钢筋的抗拉强度设计值，单位为MPa，

d为所述纵向抗弯钢筋的直径，单位为mm，

E_s为所述纵向抗弯钢筋的弹性模量，单位为MPa，

a_s为所述纵向抗弯钢筋的重心到所述铰缝的底边的距离，单位为mm，取a_s＝60mm，

h₀为所述铰缝的有效截面高度，h₀＝h-a_s，单位为mm，

h为所述铰缝的计算截面高度，h＝h₁+h₂，单位为mm，

h₁为所述铰缝的高度，单位为mm，

h₂为所述空心板梁桥的桥面现浇层的厚度，单位为mm，

b为所述铰缝的计算截面宽度，单位为mm，其值等于所述铰缝的底部宽度。

所述空心板的侧面底部设置有部分埋置于空心板内、部分外伸至所述铰缝底部的底部横向钢筋，所述空心板的侧面顶部设置有部分埋置于空心板内、部分外伸至所述铰缝顶部的顶部横向钢筋，每两个相邻的空心板之间对应的底部横向钢筋通过焊接连接，每两个相邻的空心板之间对应的顶部横向钢筋通过焊接连接。

所述底部横向钢筋的直径为d₁，12mm≤d₁≤16mm。

所述顶部横向钢筋的直径为d₂，12mm≤d₂≤16mm。

所述底部横向钢筋在纵桥向按照间距10～20cm进行布置。

所述顶部横向钢筋在纵桥向按照间距10～20cm进行布置。

所述底部横向钢筋在空心板内的埋置深度为c₁，外伸至铰缝顶部的长度为e₁，30cm≤c₁≤50cm，25cm≤e₁≤30cm。

所述顶部横向钢筋在空心板内的埋置深度为c₂，外伸至铰缝顶部的长度为e₂，30cm≤c₂≤50cm，35cm≤e₂≤40cm。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过建立考虑了空心板梁桥施工阶段、收缩徐变发展及运营阶段的三维有限元模型，施工阶段考虑了铰缝及桥面现浇层的自重、二期铺装的重量等作用，运营阶段考虑了车辆荷载、温度梯度负温差等作用；并通过对铰缝进行内力积分得到上述各个作用在铰缝产生的弯矩、轴力；按上述方法，建立了交通部2008年空心板标准图的多个跨径、多个桥宽的计算模型，经过对计算结果进行了反复的对比、分析，对主要参数进行拟合后得到了考虑施工过程、收缩徐变，考虑铰缝及桥面现浇层的自重、二期铺装的重量、车辆荷载、温度梯度负温差等作用下，能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)规定的极限抗弯承载力及正常使用极限状态的裂缝宽度要求的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法。本发明可以很好的适用于按交通部标准图规定的梁高及二期铺装形式的跨径为10000～20000mm的空心板梁桥；

2、本发明创新的考虑了空心板梁桥的施工阶段及各个主要受力因素的影响，通过三维有限元模型及铰缝内力积分有效提取了铰缝的弯矩、轴力，克服了传统计算方法无法有效考虑施工阶段及各个主要受力因素的影响，及难以得到铰缝产生的弯矩、轴力等问题，通过对主要参数进行拟合后推导出铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，有利于普通技术人员的使用，有效保证了铰缝的受力性能。

3、按照本发明提供的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，在铰缝截面下部布置n＝max{n₁，n₂}根纵向抗弯钢筋，可以确保铰缝能同时满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定的极限抗弯承载力及正常使用极限状态的裂缝宽度的要求，保证铰缝具备良好的抗弯、抗裂性能，避免了铰缝发生破坏，从而从根本上实现避免空心板梁桥出现“单板受力”病害的发生。

附图说明

图1是本发明提供的空心板梁桥的断面结构示意图；

图2是本发明提供的单个铰缝的断面结构示意图。

其中，

1空心板梁桥，2空心板，3铰缝，4桥面现浇层，5纵向抗弯钢筋，6底部横向钢筋，7顶部横向钢筋。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的难以确定铰缝内布置的纵向抗弯钢筋的数量的问题，本发明提供了一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，空心板梁桥1包括多块空心板2，每两块空心板2之间均设置有铰缝3，空心板2的侧面底部设置有部分埋置于空心板2内、部分外伸至铰缝3底部的底部横向钢筋6，空心板2的侧面顶部设置有部分埋置于空心板2内、部分外伸至铰缝3顶部的顶部横向钢筋7，每两个相邻的空心板2之间对应的底部横向钢筋6通过焊接连接，每两个相邻的空心板2之间对应的顶部横向钢筋7通过焊接连接，空心板2和铰缝3上设置有桥面现浇层4，每个铰缝3的底部宽度为300mm，在每个铰缝3的下部均布置有纵向抗弯钢筋5，每个铰缝3内的纵向抗弯钢筋5的数量n按照如下公式进行计算：

n＝max{n₁，n₂}

其中，n₁为使得铰缝3满足极限抗弯承载力的要求，需要在其下部布置的纵向抗弯钢筋5的根数，n₂为使得铰缝3满足正常使用极限状态的裂缝宽度的要求，需要在其下部布置的纵向抗弯钢筋5的根数，

式中：

L为空心板梁桥1的跨径，其范围为10000～20000mm，

f_cd为铰缝3的混凝土的抗压强度设计值，单位为MPa，

f_sd为纵向抗弯钢筋5的抗拉强度设计值，单位为MPa，

d为纵向抗弯钢筋5的直径，单位为mm，

E_s为纵向抗弯钢筋5的弹性模量，单位为MPa，

a_s为纵向抗弯钢筋5的重心到铰缝3的底边的距离，单位为mm，本发明中取a_s＝60mm，

h₀为铰缝3的有效截面高度，h₀＝h-a_s，单位为mm，

h为铰缝3的计算截面高度，h＝h₁+h₂，单位为mm，

h₁为铰缝3的高度，单位为mm，

h₂为空心板梁桥1的桥面现浇层4的厚度，单位为mm，

b为铰缝3的计算截面宽度，单位为mm，其值等于铰缝3的底部宽度。

其中，在roundup{number，Num_digits}函数中，number代表需要向上舍入的任意实数，Num_digits代表舍入后的数字的小数位数；

在本发明中，底部横向钢筋6的直径为d₁，12mm≤d₁≤16mm，顶部横向钢筋7的直径为d₂，12mm≤d₂≤16mm，底部横向钢筋6在纵桥向按照间距10～20cm进行布置，顶部横向钢筋7在纵桥向按照间距10～20cm进行布置，底部横向钢筋6在空心板2内的埋置深度为c₁，外伸至铰缝3顶部的长度为e₁，30cm≤c₁≤50cm，25cm≤e₁≤30cm，顶部横向钢筋7在空心板2内的埋置深度为c₂，外伸至铰缝3顶部的长度为e₂，30cm≤c₂≤50cm，35cm≤e₂≤40cm。

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1和图2所示，本实施例简支的空心板梁桥1的跨径L＝13000mm，桥宽为8500mm；该空心板梁桥1由5片空心板2组成，空心板2长12960mm、宽1240mm、高700mm；空心板2间设置有铰缝3，铰缝3底部的宽度为300mm(即铰缝3的计算截面宽度b＝300mm)，铰缝3的高度h₁＝700mm；空心板2和铰缝3上设置有桥面现浇层4，桥面现浇层4的厚度h₂＝100mm；空心板2之间、空心板2底部设置有埋置于空心板2内50cm深、外伸28cm至铰缝3底部、在纵桥向按照间距15cm布置的底部横向钢筋6，底部横向钢筋6采用直径为16mm的HRB400钢筋，对应的底部横向钢筋6在铰缝3内采用焊接连接；空心板2之间、空心板2顶部设置有埋置于空心板2内50cm深、外伸35cm至铰缝3顶部、在纵桥向按照间距15cm布置的顶部横向钢筋7，顶部横向钢筋7采用直径为16mm的HRB400钢筋，对应的顶部横向钢筋7在铰缝3内采用焊接连接；

在铰缝3下部设置有纵向抗弯钢筋5，纵向抗弯钢筋5的重心到铰缝3底边的距离a_s＝60mm，纵向抗弯钢筋5采用直径d＝25mm的HRB400钢筋，纵向抗弯钢筋5的抗拉强度设计值f_sd＝330MPa，纵向抗弯钢筋5的弹性模量E_s＝2×10⁵MPa；

铰缝3的计算截面高度h＝h₁+h₂＝700+100＝800mm，铰缝3的有效截面高度h₀＝h-a_s＝800-60＝740mm；

空心板2、铰缝3及桥面现浇层4采用C50混凝土，C50混凝土的抗压强度设计值f_cd＝22.4MPa；

将L＝13000mm，f_cd＝22.4MPa，f_sd＝330MPa，d＝25mm，E_s＝2×10⁵MPa，a_s＝60mm，h₀＝h-a_s＝800-60＝740mm，h＝h₁+h₂＝700+100＝800mm，h₁＝700mm，h₂＝100mm，b＝300mm分别带入如下公式，得到铰缝3下部配置的纵向抗弯钢筋5的根数n₁为：

铰缝3下部配置的纵向抗弯钢筋5的根数n₂为：

则需要在每个铰缝3下部配置的纵向抗弯钢筋5的根数n为：n＝max{n₁，n₂}＝max{4，6}＝6根，其中，铰缝3的底部宽度为300mm，若设计纵向抗弯钢筋5的间隔为100mm，纵向抗弯钢筋5与铰缝3边缘的间隔为50mm，则可以将6根纵向抗弯钢筋5分两层重叠布置，每层3根。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，空心板梁桥包括多块空心板，每两块空心板之间均设置有铰缝，所述空心板和所述铰缝上设置有桥面现浇层，所述铰缝的底部宽度为300mm，在每个所述铰缝的下部均布置有纵向抗弯钢筋，每个所述铰缝内的纵向抗弯钢筋的数量n按照如下公式进行计算：

n＝max{n₁，n₂}

其中，n₁为使得所述铰缝满足极限抗弯承载力的要求，需要在其下部布置的纵向抗弯钢筋的根数，n₂为使得所述铰缝满足正常使用极限状态的裂缝宽度的要求，需要在其下部布置的纵向抗弯钢筋的根数，

式中：

L为所述空心板梁桥的跨径，其范围为10000～20000mm，

f_cd为所述铰缝的混凝土的抗压强度设计值，单位为MPa，

f_sd为所述纵向抗弯钢筋的抗拉强度设计值，单位为MPa，

d为所述纵向抗弯钢筋的直径，单位为mm，

E_s为所述纵向抗弯钢筋的弹性模量，单位为MPa，

a_s为所述纵向抗弯钢筋的重心到所述铰缝的底边的距离，单位为mm，取a_s＝60mm，

h₀为所述铰缝的有效截面高度，h₀＝h-a_s，单位为mm，

h为所述铰缝的计算截面高度，h＝h₁+h₂，单位为mm，

h₁为所述铰缝的高度，单位为mm，

h₂为所述空心板梁桥的桥面现浇层的厚度，单位为mm，

b为所述铰缝的计算截面宽度，单位为mm，其值等于所述铰缝的底部宽度。

2.根据权利要求1所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述空心板的侧面底部设置有部分埋置于空心板内、部分外伸至所述铰缝底部的底部横向钢筋，所述空心板的侧面顶部设置有部分埋置于空心板内、部分外伸至所述铰缝顶部的顶部横向钢筋，每两个相邻的空心板之间对应的底部横向钢筋通过焊接连接，每两个相邻的空心板之间对应的顶部横向钢筋通过焊接连接。

3.根据权利要求2所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述底部横向钢筋的直径为d₁，12mm≤d₁≤16mm。

4.根据权利要求2所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述顶部横向钢筋的直径为d₂，12mm≤d₂≤16mm。

5.根据权利要求2所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述底部横向钢筋在纵桥向按照间距10～20cm进行布置。

6.根据权利要求2所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述顶部横向钢筋在纵桥向按照间距10～20cm进行布置。

7.根据权利要求2所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述底部横向钢筋在空心板内的埋置深度为c₁，外伸至铰缝顶部的长度为e₁，30cm≤c₁≤50cm，25cm≤e₁≤30cm。

8.根据权利要求2所述的铰缝纵向抗弯钢筋配筋数量的计算方法，其特征在于，所述顶部横向钢筋在空心板内的埋置深度为c₂，外伸至铰缝顶部的长度为e₂，30cm≤c₂≤50cm，35cm≤e₂≤40cm。