論鐵路橋梁設(shè)計過程中預應力及非預應力鋼筋的計算

田野

摘要：通常預應力混凝土梁鋼筋數(shù)量的一般估算方法是，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)正截面抗裂性確定預應力鋼筋的數(shù)量，然后再由構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)要求確定非壓應力鋼筋的數(shù)量。預應力鋼筋截面數(shù)量估算時截面特性可取全截面特性。本文以此為基礎(chǔ)，對鐵路橋梁預應力及非預應力的計算問題進行研究。

關(guān)鍵詞：鐵路設(shè)計 鐵路橋梁 建筑設(shè)計 基理計算

在本設(shè)計中高速列車活載采用ZK標準活載，計算中參照規(guī)范《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》將其換算成均布荷載。其中，預應力鋼筋采用ASTM A416—97a標準的低松弛鋼絞線（1×7標準型），抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值，公稱直徑15.24mm，公稱面積139mm2，彈性模量；錨具采用夾片式群錨，預埋金屬波紋管后張法施工。非預應力鋼筋：HRB335級鋼筋，抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值，彈性模量。混凝土：主梁采用C50混凝土，抗壓強度標準值，抗壓強度設(shè)計值，抗拉強度標準值，抗拉強度設(shè)計值，彈性模量。

一、預應力鋼筋面積的估算

估算公式：（11）

（12）

式中：Ms——按作用（荷載）短期效應組合計算的彎矩值；

w——構(gòu)件全截面對抗裂驗算邊緣彈性抵抗矩；

ep——預應力鋼筋合力作用點至截面形心軸的距離；

A——構(gòu)件全截面面積；

——預應力筋張拉控制應力；

作用（荷載）短期效應組合計算的彎矩值Ms計算如下：

其中：——列車豎向靜活載（不計動力系數(shù)）；

構(gòu)件全截面對抗裂驗算邊緣彈性抵抗矩W計算結(jié)果如下：

預應力鋼筋合力作用點至截面形心軸的距離計算結(jié)果如下：

預壓力鋼筋合力作用點至下緣距離

則預應力筋合力作用點至截面形心軸的距離 為

將、、及的值代入公式（4-1）求出

按照規(guī)范預應力鋼筋張拉控制應力MPa；則

所以，預應力鋼筋選用和兩種規(guī)格，5根鋼束布置在底板中間位置，其余布置在底板兩側(cè)及腹板內(nèi)。預應力鋼束面積

二、預應力損失計算

（一）預應力鋼筋與管道間之間的摩擦引起的預應力損失

計算公式：（2-1）

式中：—張拉控制應力，（按照規(guī)范）；

—鋼筋與管道間的摩擦系數(shù)，按照《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》附表2-5取值為0.25；

—預應力鋼筋彎起角度；

—管道每米長度的局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，按《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》附表2-5取為0.0045；

—從張拉端至計算截面的管道長度在構(gòu)件縱軸上的投影長度，以m計；

（二）管道摩阻在跨中截面引起的預應力損失

跨中截面預應力損失計算：k=0.0015 L/2=15.75m

（三）預應力損失組合及匯總

傳力錨固階段的預應力損失：

使用階段的預應力損失：

各截面預應力鋼筋預應力損失平均值及有效預應力匯總?cè)缦卤?-8所示：

三、非預應力鋼筋的估算

參照《鐵路橋涵鋼筋混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，換算T形截面翼板有效寬度 取下列三項中的最小值：

（1）對于簡支梁為計算跨徑的1/3；

（2）相鄰兩梁軸線間的距離；

（3）（b為換算腹板厚度，c為梗腋寬度，為換算翼板厚度）；

故取=5764 mm

參考文獻：

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[2]李開言.預應力混凝土箱梁制造技術(shù)及工藝[M].北京：中國鐵道出版社，2002

[3]朱玉爾，劉磊.現(xiàn)代橋梁預應力結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學出版社，2008