專利名稱：一種變截面預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束設計方法
技術領域：
本發明涉及一種變截面預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束設計方法。
背景技術：
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應力技術的發展，預應力混凝土連續梁(剛構)橋成為當今橋梁建設中的一種主要橋型。其中預應力混凝土連續梁橋最大跨徑在200m以內，預應力混凝土連續剛構橋最大跨徑在350m以內。對于預應力混凝土連續梁橋，縱向預應力束設計非常重要。雖然預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束傳統設計方法進行不斷的優化和改善，但是還是存在不足之處，主要表現在以下幾個方面(I)傳統的預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束的設計主要依靠以往的設計資料和設計者的個人經驗進行試算，缺乏理論上的依據。在傳統的預應力混凝土連續梁結構設計中，往往根據給定的設計資料，憑經驗或參考同類橋梁初步確定橋型及縱、橫斷面布置，計算主梁內力，估算預應力鋼筋并布置，扣除預應力損失后，根據結構的強度、應力、變形、抗裂計算分析，來修改設計方案，對修改后的方案再進行計算分析。預應力混凝土箱梁橋的縱向預應力束通過適配的方式進行設計計算，往往繁復冗長，效率低；有時對預應力構件的截面參數選取不當，甚至縱向預應力束配筋設計無法實現。( 2 )傳統預應力度計算公式應用于變截面連續梁的設計，存在局限性。對于預應力混凝土靜定結構和超靜定結構，基于預應力度定義的預應力筋配筋計算公式都是建立在結構內力已知的情況下。對于靜定結構或者等截面超靜定結構，結構內力情況比較明確，內力效應容易求解得到，預應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構，由于主梁的幾何形狀和預應力鋼索的幾何線形的復雜性，主梁的內力是非常復雜的，要得到預應力筋配筋計算公式中假定參數比較困難。(3)已有預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束設計中，預應力度取值缺少定量范圍。在預應力混凝土結構中，預應力度法的設計原理是根據預應力度的大小來確定預應力混凝土連續梁橋施工階段和運營階段的主梁應力狀態，但現行研究中對預應力度取值大小范圍缺乏定量分析。
發明內容
本發明基于預應力度的設計原理，將解析法和有限元法結合，綜合考慮恒載、活載作用效應，建立預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束優化設計方法。在平均彎矩法的基礎上，建立變截面預應力混凝土連續箱梁橋的三彎矩方程來求解結構在恒載下的內力；利用荷載等效法、單位荷載法建立預應力有效預壓力的計算公式；通過力法建立徐變效應計算公式；通過有限元法計算了溫度效應和汽車荷載效應；最后通過應力比綜合預應力度的定義結合起來，得到變截面超靜定結構預應力束配筋計算公式。
為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，一種變截面預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束設計方法，包括以下步驟步驟一根據所需建設橋梁的主跨徑以及承受的交通流量來建立預應力變截面連續箱梁橋計算模型，所述的模型中相關計算參數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，并通過相關計算參數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構恒載內力，然后通過力法推導徐變效應與恒載的關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構徐變次內力，再建立有限元模型計算溫度和汽車荷載效應，最后由所求得的結構恒載內力、結構徐變次內力以及溫度和汽車荷載效應求得主梁結構的內力
apc其中結構徐變次內力包括預應力混凝土體系轉變混凝土徐變次內力Mt,預
應力混凝土連續梁體系，混凝土徐變引起的多余約束處的內力增量Xli ；步驟三根據步驟二中所求得的主梁結構內力以及規定的應力要求確定預應力度值；根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》要求結構在制造、運輸、安裝和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩定性和耐久性。結構的強度應使全部構件的承載能力具有足夠的安全儲備，結構在荷載作用下變形不超過規定的容許，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規范》要求1.正常使用極限狀態(I)正截面抗裂驗算即結構在作用短期效應組合下的正截面應力應符合σ st- σ pc ^ O. 7ftk結構長期效應組合下應力應符合σ lt- σ p。彡O2.持久與短暫狀況構件的應力計算(I)持久狀況砼最大壓應力即結構在使用階段的最大壓應力σ sy < O. 5fck3.優化目標結構在作用短期效應組合下的正截面拉應力IMPa ( σ pc- σ st ^ 3MPa
由
權利要求
1.一種變截面預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束設計方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一根據所需建設橋梁的主跨徑以及承受的交通流量來建立預應力變截面連續箱梁橋計算模型，所述的模型中相關計算參數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，并通過相關計算參數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構恒載內力，然后通過力法推導徐變效應與恒載的關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構徐變次內力，再建立有限元模型計算溫度和汽車荷載效應，最后由所求得的結構恒載內力、結構徐變次內力以及溫度和汽車荷載效應求得主梁結構的內力； 步驟三根據步驟二中所求得的主梁結構內力以及規定的應力要求確定預應力度值范圍； 步驟四根據步驟二中所求得的主梁結構的內力和步驟三所得的預應力度值計算有效減壓應力； 步驟五根據單位荷載法計算出綜合內力產生的單位有效預壓應力； 步驟六根據步驟四中所得的有效減壓應力和步驟五中所得的單位有效預壓應力計算有效預應力，再根據不同預應力度值得到不同效應組合下的內力、應力。
2.根據權利要求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.根據權利要求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構恒載內力的計算公式為AMlri+BMn+CMn+DMn+1=E+F， 其中，Mn為多跨連續梁第η個支點處的彎矩，
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中所述的通過力法推導徐變效應與恒載的關系式為
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟二中計算主梁結構的內力的公式為
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三的預應力度值的計算公式為
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟四中有效減壓應力計算公式為
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟五中單位有效預壓應力的計算公式為
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟六中有效預應力Np。的計算公式為
全文摘要
本發明公開了一種變截面預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束設計方法，是基于預應力度的設計原理，將解析法和有限元法結合，綜合考慮恒載、活載作用效應，建立預應力混凝土連續梁橋縱向預應力束優化設計方法。在平均彎矩法的基礎上，建立變截面預應力混凝土連續箱梁橋的三彎矩方程來求解結構在自重作用下的內力；利用荷載等效法、單位荷載法建立預應力有效預壓力的計算公式；通過力法建立徐變效應計算公式；通過有限元法計算了溫度效應和汽車荷載效應；最后通過應力比綜合預應力度的定義結合起來，得到變截面超靜定結構預應力束配筋計算公式。
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 優先權日2012年9月29日
發明者袁明, 顏東煌, 劉建偉 申請人:長沙理工大學