專利名稱：一種變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
20世紀70年代，隨著平衡懸臂拼裝法與平衡懸臂澆筑施工方法的采用和預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋成為當今橋梁建設(shè)中的一種主要橋型。其中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋最大跨徑在200m以內(nèi)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋最大跨徑在350m以內(nèi)。對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計非常重要。雖然預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束傳統(tǒng)設(shè)計方法進行不斷的優(yōu)化和改善，但是還是存在不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面(I)傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束的設(shè)計主要依靠以往的設(shè)計資料和設(shè)計者的個人經(jīng)驗進行試算，缺乏理論上的依據(jù)。在傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往根據(jù)給定的設(shè)計資料，憑經(jīng)驗或參考同類橋梁初步確定橋型及縱、橫斷面布置，計算主梁內(nèi)力，估算預(yù)應(yīng)力鋼筋并布置，扣除預(yù)應(yīng)力損失后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的強度、應(yīng)力、變形、抗裂計算分析，來修改設(shè)計方案，對修改后的方案再進行計算分析。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的縱向預(yù)應(yīng)力束通過適配的方式進行設(shè)計計算，往往繁復(fù)冗長，效率低；有時對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的截面參數(shù)選取不當，甚至縱向預(yù)應(yīng)力束配筋設(shè)計無法實現(xiàn)。( 2 )傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力度計算公式應(yīng)用于變截面連續(xù)梁的設(shè)計，存在局限性。對于預(yù)應(yīng)力混凝土靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)，基于預(yù)應(yīng)力度定義的預(yù)應(yīng)力筋配筋計算公式都是建立在結(jié)構(gòu)內(nèi)力已知的情況下。對于靜定結(jié)構(gòu)或者等截面超靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力情況比較明確，內(nèi)力效應(yīng)容易求解得到，預(yù)應(yīng)力筋配筋計算公式能夠方便使用；但是對于變截面超靜定結(jié)構(gòu)，由于主梁的幾何形狀和預(yù)應(yīng)力鋼索的幾何線形的復(fù)雜性，主梁的內(nèi)力是非常復(fù)雜的，要得到預(yù)應(yīng)力筋配筋計算公式中假定參數(shù)比較困難。(3)已有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計中，預(yù)應(yīng)力度取值缺少定量范圍。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力度法的設(shè)計原理是根據(jù)預(yù)應(yīng)力度的大小來確定預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工階段和運營階段的主梁應(yīng)力狀態(tài)，但現(xiàn)行研究中對預(yù)應(yīng)力度取值大小范圍缺乏定量分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于預(yù)應(yīng)力度的設(shè)計原理，將解析法和有限元法結(jié)合，綜合考慮恒載、活載作用效應(yīng)，建立預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束優(yōu)化設(shè)計方法。在平均彎矩法的基礎(chǔ)上，建立變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的三彎矩方程來求解結(jié)構(gòu)在恒載下的內(nèi)力；利用荷載等效法、單位荷載法建立預(yù)應(yīng)力有效預(yù)壓力的計算公式；通過力法建立徐變效應(yīng)計算公式；通過有限元法計算了溫度效應(yīng)和汽車荷載效應(yīng)；最后通過應(yīng)力比綜合預(yù)應(yīng)力度的定義結(jié)合起來，得到變截面超靜定結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力束配筋計算公式。
為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計方法，包括以下步驟步驟一根據(jù)所需建設(shè)橋梁的主跨徑以及承受的交通流量來建立預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁橋計算模型，所述的模型中相關(guān)計算參數(shù)包括橋梁截面的主梁梁高、頂板寬度、頂板厚度、腹板厚度、底板寬度、底板厚度、底板線形，以及橋梁的邊中跨比、容重和混凝土彈性模量，并通過相關(guān)計算參數(shù)求得截面面積和抗彎慣性矩；步驟二 由步驟一中所得到的抗彎慣性矩通過三彎矩方程計算結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力，然后通過力法推導(dǎo)徐變效應(yīng)與恒載的關(guān)系式并代入由步驟一中所得到的截面面積和抗彎慣性矩求得結(jié)構(gòu)徐變次內(nèi)力，再建立有限元模型計算溫度和汽車荷載效應(yīng)，最后由所求得的結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力、結(jié)構(gòu)徐變次內(nèi)力以及溫度和汽車荷載效應(yīng)求得主梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力
apc其中結(jié)構(gòu)徐變次內(nèi)力包括預(yù)應(yīng)力混凝土體系轉(zhuǎn)變混凝土徐變次內(nèi)力Mt,預(yù)
應(yīng)力混凝土連續(xù)梁體系，混凝土徐變引起的多余約束處的內(nèi)力增量Xli ；步驟三根據(jù)步驟二中所求得的主梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及規(guī)定的應(yīng)力要求確定預(yù)應(yīng)力度值；根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》要求結(jié)構(gòu)在制造、運輸、安裝和使用過程中應(yīng)具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。結(jié)構(gòu)的強度應(yīng)使全部構(gòu)件的承載能力具有足夠的安全儲備，結(jié)構(gòu)在荷載作用下變形不超過規(guī)定的容許，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計規(guī)范》要求1.正常使用極限狀態(tài)(I)正截面抗裂驗算即結(jié)構(gòu)在作用短期效應(yīng)組合下的正截面應(yīng)力應(yīng)符合σ st- σ pc ^ O. 7ftk結(jié)構(gòu)長期效應(yīng)組合下應(yīng)力應(yīng)符合σ lt- σ p。彡O2.持久與短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算(I)持久狀況砼最大壓應(yīng)力即結(jié)構(gòu)在使用階段的最大壓應(yīng)力σ sy < O. 5fck3.優(yōu)化目標結(jié)構(gòu)在作用短期效應(yīng)組合下的正截面拉應(yīng)力IMPa ( σ pc- σ st ^ 3MPa
由
權(quán)利要求
1.一種變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一根據(jù)所需建設(shè)橋梁的主跨徑以及承受的交通流量來建立預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁橋計算模型，所述的模型中相關(guān)計算參數(shù)包括橋梁截面的主梁梁高、頂板寬度、頂板厚度、腹板厚度、底板寬度、底板厚度、底板線形，以及橋梁的邊中跨比、容重和混凝土彈性模量，并通過相關(guān)計算參數(shù)求得截面面積和抗彎慣性矩； 步驟二 由步驟一中所得到的抗彎慣性矩通過三彎矩方程計算結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力，然后通過力法推導(dǎo)徐變效應(yīng)與恒載的關(guān)系式并代入由步驟一中所得到的截面面積和抗彎慣性矩求得結(jié)構(gòu)徐變次內(nèi)力，再建立有限元模型計算溫度和汽車荷載效應(yīng)，最后由所求得的結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力、結(jié)構(gòu)徐變次內(nèi)力以及溫度和汽車荷載效應(yīng)求得主梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力； 步驟三根據(jù)步驟二中所求得的主梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及規(guī)定的應(yīng)力要求確定預(yù)應(yīng)力度值范圍； 步驟四根據(jù)步驟二中所求得的主梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和步驟三所得的預(yù)應(yīng)力度值計算有效減壓應(yīng)力； 步驟五根據(jù)單位荷載法計算出綜合內(nèi)力產(chǎn)生的單位有效預(yù)壓應(yīng)力； 步驟六根據(jù)步驟四中所得的有效減壓應(yīng)力和步驟五中所得的單位有效預(yù)壓應(yīng)力計算有效預(yù)應(yīng)力，再根據(jù)不同預(yù)應(yīng)力度值得到不同效應(yīng)組合下的內(nèi)力、應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟一中橋梁截面面積A為A=l/2 (f+d)(B-b)+bf+2CH+bk 其中，B為橋梁截面的頂板寬度，d為頂板翼緣端厚度，H為主梁梁高，C為腹板厚度，k為底板厚度，b為底板寬度，f為頂板厚度； 步驟一中抗彎慣性矩Ix為Ix= / y2dA 其中y2dA為截面的微面積dA對截面平面橫向X軸的慣性矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中所述的通過三彎矩方程計算結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力的計算公式為AMlri+BMn+CMn+DMn+1=E+F， 其中，Mn為多跨連續(xù)梁第η個支點處的彎矩，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中所述的通過力法推導(dǎo)徐變效應(yīng)與恒載的關(guān)系式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟二中計算主梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力的公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三的預(yù)應(yīng)力度值的計算公式為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟四中有效減壓應(yīng)力計算公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟五中單位有效預(yù)壓應(yīng)力的計算公式為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟六中有效預(yù)應(yīng)力Np。的計算公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束設(shè)計方法，是基于預(yù)應(yīng)力度的設(shè)計原理，將解析法和有限元法結(jié)合，綜合考慮恒載、活載作用效應(yīng)，建立預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋縱向預(yù)應(yīng)力束優(yōu)化設(shè)計方法。在平均彎矩法的基礎(chǔ)上，建立變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的三彎矩方程來求解結(jié)構(gòu)在自重作用下的內(nèi)力；利用荷載等效法、單位荷載法建立預(yù)應(yīng)力有效預(yù)壓力的計算公式；通過力法建立徐變效應(yīng)計算公式；通過有限元法計算了溫度效應(yīng)和汽車荷載效應(yīng)；最后通過應(yīng)力比綜合預(yù)應(yīng)力度的定義結(jié)合起來，得到變截面超靜定結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力束配筋計算公式。
文檔編號E01D101/28GK103065035SQ20121037539
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者袁明, 顏東煌, 劉建偉 申請人:長沙理工大學(xué)