先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，包括：上翼緣板和下翼緣板，以及位于上翼緣板和下翼緣板之間兩個腹板，連接為箱體，該箱體的抵抗彎矩計算方法為Ms；步驟二、在箱體內(nèi)穿過若干根先張拉預應力鋼束，該鋼束的抵抗彎矩計算方法為MP；步驟三、往箱體內(nèi)灌注混凝土，此時混凝土的抵抗彎矩的計算方法MC；步驟四、根據(jù)上述步驟，該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式為MU＝Ms+MP+MC。該計算方法通過箱體、混凝土以及預應力鋼束各自承載力對梁的總抗彎承載力的貢獻，分別計算了箱體、混凝土和預應力鋼束的抵抗彎矩，從而得到了該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式，為該鋼箱混凝土梁的設計制作施工提供了保障。
【專利說明】
先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及組合結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代山區(qū)高速公路建設，礙于地形狹窄、場地限制，一般都是采用梁橋結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)有的采用的混凝土簡支梁，由于梁體結(jié)構(gòu)重量大、勞動強度高，其砂石材料用量大、環(huán)保型差，并且該混凝土梁的制作工藝，需要立模進行澆筑，其施工工藝的周期較長，需要養(yǎng)生、容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷；由于其山區(qū)所架設的橋墩一般都比較高，增大了架梁的施工難度，同時山區(qū)的地質(zhì)災害嚴重，混凝土梁承載能力和抗震性能不足。
[0003]因此，為了提供一種施工難度低、梁承載能力和剛度較高的適用于山區(qū)高速公路的混凝土梁制作方法，凾待需要一種用于解決先張法預應力鋼箱混凝土梁抗彎承載力的計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有混凝土梁重量大、施工周期較長、施工難度較大的不足，提供一種先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，該方法用于解決先張法預應力鋼箱混凝土梁抗彎承載力的設計。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)計算得到鋼箱的抵抗彎矩Ms，所述箱體包括上翼緣板和下翼緣板，以及位于所述上翼緣板和下翼緣板之間兩個腹板，此時該所述箱體的抵抗彎矩計算方法為:Ms = Btfy(H-t)+tfy[ (H-x-t)2+(x-t)2]；
[0008]步驟二、在所述箱體內(nèi)穿過若干根先張拉預應力鋼束，此時所述鋼束的抵抗彎矩計算方法為:Mp = Apfp(H_ap_x)；
[0009]步驟三、往所述箱體內(nèi)灌注混凝土，此時所述混凝土的抵抗彎矩的計算方法為:Mc= fc(B-2t)(x-t)2/2；
[0010]步驟四、根據(jù)所述步驟一、步驟二和步驟三，該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式為:Mu=Ms+Mp+Mc;
[0011]其中所述步驟一至步驟三的各式中，B、t、H分別為箱體截面的寬度、鋼板厚度及高度，X為受壓區(qū)高度(根據(jù)軸力平衡獲得)，fc、fy、fp分別為混凝土的軸心抗壓強度、箱體鋼板的屈服強度及預應力鋼束的極限抗拉強度;aP、AP分別為預應力鋼束形心距梁底高度和預應力鋼束面積。
[0012]該先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，通過箱體、混凝土以及預應力鋼束各自承載力對梁的總抗彎承載力的貢獻，分別計算了箱體、混凝土和預應力鋼束的抵抗彎矩，從而得到了該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式，為該鋼箱混凝土梁的設計制作施工提供了保障。該先張法預應力鋼箱混凝土梁的制作方法，采用了上翼緣板、下翼緣板腹板和封頭板焊接形成箱體，在箱體內(nèi)穿過預應力鋼束，并通過設于箱體內(nèi)兩側(cè)的張拉板張拉，然后載澆筑有混凝土，最后放張鋼束、切割完成鋼箱混凝土梁的制作；該方法相對現(xiàn)有的混凝土梁施工方法，其采用了將混凝土填充于鋼箱內(nèi)，混凝土材料用量少、節(jié)能環(huán)保，更加輕型化、整體化、大塊件化程度高，可以大幅提高鋼箱混凝土梁的承載能力和剛度，同時還能提高梁的塑性及抗震性能；而且該梁不用采用混凝土模板，降低了施工難度，免去了混凝土養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，施工周期短，更容易保證施工質(zhì)量;采用先張法張拉預應力鋼束，能夠保障鋼束與混凝土粘結(jié)更可靠、可避免堵孔、灌漿質(zhì)量等問題，提升預應力作用效果O
[0013]優(yōu)選地，所述步驟一中箱體正常使用狀態(tài)時，正彎矩區(qū)的所述上翼緣板應力的計算公式為:σ = (Ν/Αζ+Μ.y/Iz)*(Es/Ez) ο
[0014]優(yōu)選地，所述步驟一中的箱體正常使用狀態(tài)時，負彎矩區(qū)的所述下翼緣板應力的計算公式為:σ = (Ν/Αζ+Μ.y/Iz)*(Es/Ez) ο
[0015]優(yōu)選地，所述箱體正常使用狀態(tài)時，正彎矩區(qū)的所述下翼緣板應力的計算公式為:o = N/As+M.y/Is。
[0016]優(yōu)選地，所述箱體正常使用狀態(tài)時，負彎矩區(qū)的所述上翼緣板應力的計算公式為:o = N/As+M.y/Is。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟三中的正彎矩區(qū)的所述混凝土的應力計算公式為:0=(N/AZ+M.y/Iz)*(Ez/Ec)0
[0018]需要說明的是，由于壓力作用，鋼箱混凝土梁的下部產(chǎn)生的彎矩叫正彎矩，在承托(或者支座、主梁、支柱)處由于承托兩端的梁下沉在梁的頂部產(chǎn)生的彎矩叫負彎矩，即鋼箱混凝土梁上產(chǎn)生正彎矩的區(qū)域為正彎矩區(qū)，產(chǎn)生負彎矩區(qū)的區(qū)域為負彎矩區(qū)。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟一中的所述箱體內(nèi)設有至少一個導束板，每個所述導束板上設有用于穿過預應力鋼束的若干個孔。
[0020]該導束板上的孔用于對箱體內(nèi)若干個預應力鋼束分束作用，每根鋼束穿過一個孔，通過導束板的承載，在箱體內(nèi)澆筑混凝土時，使每根鋼束能夠保持不交叉，提高梁澆筑后的承載強度。
[0021]優(yōu)選地，所述導束板焊接在所述箱體內(nèi)，且所述導束板與所述箱體內(nèi)壁設有若干個加勁肋。
[0022]優(yōu)選地，所述孔均位于靠近所述下翼緣板的導束板一端上。
[0023]因為下翼緣板作為梁的承載部位，因此將孔設于導束板位于下翼緣板一端的位置，保證澆筑形成的鋼箱混凝土梁靠近下翼緣板一側(cè)的承載強度和剛度強于上翼緣板一側(cè)，符合實際使用需要。
[0024]優(yōu)選地，每個所述導束板上的孔均勻分布。
[0025]優(yōu)選地，每個所述導束板與所述封頭板相互平行設置。
[0026]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0027]1、本發(fā)明所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，通過箱體、混凝土以及預應力鋼束各自承載力對梁的總抗彎承載力的貢獻，分別計算了箱體、混凝土和預應力鋼束的抵抗彎矩，從而得到了該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式，為該鋼箱混凝土梁的設計制作施工提供了保障；
[0028]2、本發(fā)明所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，還通過對正彎矩區(qū)和負彎矩區(qū)分情況計算得到了箱體和混凝土，在各自正常使用狀態(tài)應力的計算方法，便于對箱體、混凝土設計制作施工提供了依據(jù)；
[0029]3、本發(fā)明所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其箱體結(jié)構(gòu)通過上翼緣板、下翼緣板、腹板和封頭板焊接而成，能夠提高箱體各部件加工、制造、灌注、安裝等工序的工廠化施工，有利于實現(xiàn)標準化生產(chǎn)，提高鋼箱混凝土梁的生產(chǎn)效率；
[0030]4、本發(fā)明所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，在箱體內(nèi)設有一個至少一個導束板，該導束板上設有若干個孔，用于對箱體內(nèi)若干個預應力鋼束分束作用，每根鋼束穿過一個孔，通過導束板的承載，在箱體內(nèi)澆筑混凝土時，使每根鋼束能夠保持不交叉，提高梁澆筑后的承載強度。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是為本發(fā)明所述先張法預應力鋼箱混凝土梁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為圖1中先張法預應力鋼箱混凝土梁一端封頭板的局部放大示意圖；
[0033]圖3為圖2的左視圖；
[0034]圖4為凸I中先張法預應力鋼箱混凝土梁中部導束板的局部放大示意圖；
[0035]圖5為圖5的左視圖；
[0036]圖6為本發(fā)明所述先張法預應力鋼箱混凝土梁抵抗彎矩的計算圖式示意圖。
[0037]圖中標記:
[0038]1、上翼緣板，2、下翼緣板，3、腹板，4、封頭板，5、張拉板，6，定位板，7、導束板，71、孔，8、加勁肋，9、鋼束，1、混凝土。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細的說明。
[0040]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0041 ] 實施例1
[0042]如圖1-3所示，一種先張法預應力鋼箱混凝土梁的制作方法，包括以下步驟:
[0043]步驟一、制作箱體，將上翼緣板I和下翼緣板2，以及所述上翼緣板I和下翼緣板2之間兩個腹板3，焊接形成箱式結(jié)構(gòu)件，并在所述箱式結(jié)構(gòu)件兩端部分別焊接兩個封頭板4，形成箱體；
[0044]步驟二、所述箱體內(nèi)穿過若干根預應力鋼束9，同時在所述箱體兩端分別設置兩個張拉板5，將每根所述鋼束9的兩端分別穿過兩個所述張拉板5;
[0045]步驟三、張拉預應力鋼束9，并將每根所述鋼束9的兩端分別固定在兩個所述張拉板5上；
[0046]步驟四、灌注混凝土，通過灌注口朝所述箱體內(nèi)澆筑混凝土；
[0047]步驟五、放張預應力鋼束9，待混凝土達到設計強度要求，放張預應力鋼束9;
[0048]步驟五、切割預應力鋼束9，拆下所述張拉板5，完成鋼箱混凝土梁的制作。
[0049]在上述制作方法中的步驟一種，其箱體結(jié)構(gòu)的上翼緣板1、下翼緣板2、腹板3和封頭板4均是采用鋼結(jié)構(gòu)，且通過焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)件，因為通過上翼緣板1、下翼緣板2、腹板3和封頭板4焊接而成該箱體結(jié)構(gòu)，具體是先將兩個腹板3的一端焊接在下翼緣板2上，然后再將兩個腹板3的另一端焊接在上翼緣板I上，該箱體式結(jié)構(gòu)件能夠提高箱體各部件工廠化、標準化制作，加工質(zhì)量高。同時，步驟二中的張拉板5通過螺栓連接在所述箱體端部，而且，至少一個張拉板5上設有用于澆筑混凝土的灌漿口，用于混凝土的澆筑。為了提高預應力鋼束9在張拉時，以及張拉完畢放張預應力并將鋼束9兩端部錨固在張拉板5時，在箱體每端的張拉板5與上翼緣板I設有至少一個定位板6，能夠使張拉板5與鋼箱保持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0050]另外，如圖4、5所示，在上述步驟一箱體安裝完成之前，在箱體內(nèi)還設有至少一個導束板7，然后再安裝上翼緣板I，每個導束板7上設有用于穿過預應力鋼束9的若干個孔71;該導束板7上的孔71用于對箱體內(nèi)若干個預應力鋼束9分束作用，每根鋼束9穿過一個孔71，通過導束板7的承載，在箱體內(nèi)澆筑混凝土時，使每根鋼束9能夠保持不交叉，提高梁澆筑后的承載強度。為了便于導束板7的安裝，將導束板7與封頭板4相互平行設置，這樣導束板7可以通過焊接在箱體內(nèi)，且導束板7與箱體內(nèi)壁設有若干個加勁肋8，用于提高導束板7與箱體內(nèi)壁的連接強度。
[0051]上述的孔71將其均設置在位于靠近下翼緣板2的導束板7—端上。每個導束板7上的孔71均勻分布。因為下翼緣板2作為梁的承載部位，因此將孔71設于導束板7位于下翼緣板2—端的位置，保證澆筑形成的鋼箱混凝土梁靠近下翼緣板2—側(cè)的承載強度和剛度強于上翼緣板I 一側(cè)，符合實際使用需要。由于孔71設于導束板7靠近下翼緣板2—側(cè)，那么靠近上翼緣板I的導束板7設置鏤空結(jié)構(gòu)，便于澆筑混凝土時，在箱體內(nèi)相互流動均勻，順利灌注。
[0052]本發(fā)明所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，達到了以下效果:
[0053]I)由于鋼箱混凝土梁采用的箱體，是通過上翼緣板1、下翼緣板2腹板3和封頭板4焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)件，在箱體內(nèi)穿過預應力鋼束9，再澆筑有混凝土，相對現(xiàn)有的混凝土梁，將混凝土填充于鋼箱中，混凝土材料用量少、節(jié)能環(huán)保，更加輕型化、整體化、大塊件化程度高，可以大幅提高鋼箱混凝土梁的承載能力和剛度，同時還能提高梁的塑性及抗震性能，尤其適用于山區(qū)高速公路梁橋的架設；
[0054]2)采用無模板澆筑混凝土，能夠有效降低了施工難度，免去了混凝土養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，施工周期短，更容易保證施工質(zhì)量；
[0055]3)先張法張拉預應力鋼束9的方法，不設錨頭，構(gòu)造簡單，張拉板5可重復利用；箱體內(nèi)也不用設波紋管，保證預應力鋼束9與混凝土粘結(jié)更可靠，避免發(fā)生堵孔問題，也無灌漿質(zhì)量問題，提升預應力作用效果；
[0056]4)該制作方法，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼箱混凝土梁的加工、制造、灌注、安裝等工序的工廠化施工，有利于實現(xiàn)標準化生產(chǎn)，提高鋼箱混凝土梁的生產(chǎn)效率。
[0057]實施例2
[0058]一種先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，該先張法預應力鋼箱混凝土梁的制作方法見實施例1，其計算方法包括以下步驟:
[0059]步驟一、根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)計算得到鋼箱的抵抗彎矩Ms，所述箱體包括上翼緣板I和下翼緣板2，以及位于上翼緣板I和下翼緣板2之間兩個腹板3，此時該所述箱體的抵抗彎矩計算方法為:Ms = Btfy(H-t )+tfy[ (Η-χ-t)2+ (x_t)2 ]；
[0060]步驟二、在所述箱體內(nèi)穿過若干根先張拉預應力鋼束9，此時所述鋼束9的抵抗彎矩計算方法為:Mp = Apfp(H-ap_x)；
[0061 ]步驟三、往所述箱體內(nèi)灌注混凝土，此時所述混凝土的抵抗彎矩的計算方法為:Mc= fc(B-2t)(x-t)2/2；
[0062]步驟四、根據(jù)所述步驟一、步驟二和步驟三，該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式為:Mu=Ms+Mp+Mc;
[0063]其中所述步驟一至步驟三的各式中，B、t、H分別為箱體截面的寬度、鋼板厚度及高度，X為受壓區(qū)高度(根據(jù)軸力平衡獲得)，fc、fy、fp分別為混凝土的軸心抗壓強度、箱體鋼板的屈服強度及預應力鋼束9的極限抗拉強度;aP、AP分別為預應力鋼束9形心距梁底高度和預應力鋼束9的面積。
[0064]該先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，通過箱體、混凝土以及預應力鋼束9各自承載力對梁的總抗彎承載力的貢獻，分別計算了箱體、混凝土 41和預應力鋼束9的抵抗彎矩，從而得到了該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式，為該鋼箱混凝土梁的設計制作施工提供了保障。
[0065]另外，上述步驟一中箱體正常使用狀態(tài)時，正彎矩區(qū)的所述上翼緣板I應力的計算公式為:σ = (Ν/Αζ+Μ.y/Iz)*(Es/Ez)o
[0066]上述步驟一中的箱體正常使用狀態(tài)時，負彎矩區(qū)的所述下翼緣板2應力的計算公式為:σ = (Ν/Αζ+Μ.y/Iz)*(Es/Ez)o
[0067]上述箱體正常使用狀態(tài)時，正彎矩區(qū)的所述下翼緣板2應力的計算公式為:σ= Ν/As+M.y/Is。
[0068]上述箱體正常使用狀態(tài)時，負彎矩區(qū)的所述上翼緣板I應力的計算公式為:σ= Ν/As+M.y/Is。
[0069]上述步驟三中的正彎矩區(qū)的所述混凝土的應力計算公式為:σ=(Ν/Αζ+M.y/Iz)*(Ez/Ec)ο
[0070]其中，上述的箱體各構(gòu)件截面特性按組合截面計入。
[0071]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，如圓形狀、不規(guī)則形狀以及多種常用的形狀組合而成的彎曲形狀煙絲I，以及利用不同彎曲形狀煙絲I制成的煙支4，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，其方法包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)計算得到鋼箱的抵抗彎矩Ms，所述箱體包括上翼緣板(I)和下翼緣板(2)，以及位于所述上翼緣板(I)和下翼緣板(2)之間兩個腹板(3)，此時該所述箱體的抵抗彎矩計算方法為:Ms = Btfy(H-t)+tfy[(H-x-t)2+(x-t)2]； 步驟二、在所述箱體內(nèi)穿過若干根先張拉預應力鋼束(9)，此時所述鋼束(9)的抵抗彎矩計算方法為:Mp = Apfp(H-ap_x)； 步驟三、往所述箱體內(nèi)灌注混凝土，此時所述混凝土的抵抗彎矩的計算方法為:Mc = fc(B_2t)(x_t)2/2； 步驟四、根據(jù)所述步驟一、步驟二和步驟三，該先張法預應力鋼筋混凝土梁抗彎承載能力的計算公式為:Mu=Ms+Mp+Mc; 其中所述步驟一至步驟三的各式中，B、t、H分別為箱體截面的寬度、鋼板厚度及高度，X為受壓區(qū)高度，fc、fy、fp分別為混凝土的軸心抗壓強度、箱體鋼板的屈服強度及預應力鋼束(9)的極限抗拉強度;aP、AP分別為預應力鋼束(9)形心距梁底高度和預應力鋼束(9)面積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述步驟一中箱體正常使用狀態(tài)時，正彎矩區(qū)的所述上翼緣板(I)應力的計算公式為:σ = (Ν/Αζ+M.y/Iz)*(Es/Ez)o3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述步驟一中的箱體正常使用狀態(tài)時，負彎矩區(qū)的所述下翼緣板(2)應力的計算公式為:0 = (N/AZ+M.y/Iz)*(Es/Ez)o4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述箱體正常使用狀態(tài)時，正彎矩區(qū)的所述下翼緣板(2)應力的計算公式為:o = N/As+M.y/Is。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述箱體正常使用狀態(tài)時，負彎矩區(qū)的所述上翼緣板(I)應力的計算公式為:o = N/As+M.y/Is。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述步驟三中的正彎矩區(qū)的所述混凝土的應力計算公式為:σ = (Ν/Αζ+Μ.y/Iz)*(Ez/Ec) ο7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述步驟一中的所述箱體內(nèi)安裝有至少一個導束板(7)，每個所述導束板(7)上設有用于穿過預應力鋼束(9)的若干個孔(71)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述導束板(7)焊接在所述箱體內(nèi)，且所述導束板(7)與所述箱體內(nèi)壁設有若干個加勁肋(8)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，所述孔(71)均位于靠近所述下翼緣板(2)的導束板(7) —端上。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的先張法預應力鋼箱混凝土梁的計算方法，其特征在于，每個所述導束板(7)上的孔(71)均勻分布。
【文檔編號】E01D2/04GK105908616SQ201610280730
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】牟廷敏, 范碧琨, 孫才志, 王瀟碧, 周孝軍, 康玲
【申請人】四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設計研究院