同济大学 混凝土桥 预应力钢束设计

同济大学混凝土实验——适筋梁设计方案小组成员：姓名：学号：姓名：学号：指导老师：任课教师：日期：适筋梁受弯性能试验方案适筋梁受弯破坏试验设计方案一、适筋梁受弯破坏过程：??当梁中纵向受力钢筋的配筋率适中时，梁正截面受弯破坏过程表现为典型的三个阶段。

第一阶段——弹性阶段（I阶段）：当荷载较小时，混凝土梁如同两种弹性材料组成的组合梁，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。

当梁受拉区混凝土的最大拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变超过混凝土的极限受拉应变时，在纯弯段某一薄弱截面出现首条垂直裂缝。

梁开裂标志着第一阶段的结束。

此时，梁纯弯段截面承担的弯矩Mcr称为开裂弯矩。

第二阶段——带裂缝工作阶段（II阶段）：梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力激增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。

压区混凝土中压应力也由线性分布转化为非线性分布。

当受拉钢筋屈服时标志着第二阶段的结束。

此时梁纯弯段截面承担的弯矩My称为屈服弯矩。

第三阶段——破坏阶段（III阶段）：钢筋屈服后，在很小的荷载增量下，梁会产生很大的变形。

裂缝的高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。

当受压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。

此时，梁承担的弯矩Mu称为极限弯矩。

适筋梁的破坏始于纵筋屈服，终于混凝土压碎。

整个过程要经历相当大的变形，破坏前有明显的预兆。

这种破坏称为适筋破坏，属于延性破坏。

二、实验目的：（1）通过实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。

（2）加深对混凝土基本构建受力性能的理解。

（3）更直观的了解适筋梁受弯破坏形态及裂缝发展情况。

（4）验证适筋梁破坏过程中的平截面假定。

（5）对比实验值与计算理论值，从而更好地掌握设计的原理。

三、实验装置：图1为本方案进行梁受弯性能试验采用的加载装置，加载设备为千斤顶。

采用两点集中力加载，以便于在跨中形成纯弯段。

预应力钢束布置形式在混凝土曲线梁桥中受力性能分析摘要:预应力曲线梁桥是设计中的经常遇见的结构形式,本文主要从不同的钢束布置形式上对结构进行计算分析,从而对不同钢束布置产生的预应力效应对弯桥的受力、变形及支座反力等进行比较,并通过比较分析找出较适宜的预应力桥梁的配束方法。

关键词:弯梁桥预应力效应脱空现象弯-扭”耦合作用预应力钢筋混凝土曲线梁桥是桥梁工程,尤其是立交桥工程中经常出现和采用的一种结构形式,因其结构适应性强而得到广泛的应用。

本文拟通过一预应力曲线箱梁桥在结构配束上的比较,进一步分析不同钢束布置方式对结构扭矩及水平力等的影响。

从而来阐述预应力效应对曲线箱梁桥产生的效应。

1 基本参数(1）箱梁跨径:(30+30+30)m,边墩设双支座,横向间距为3m,中墩设单支）座,梁高1.6m,梁宽8m。

2.2 通长+顶底板束筋布置形式法部分预应力束筋纵向布置于箱梁腹板内并贯穿箱梁全长。

其余束筋根据截面正负弯矩变化在箱梁跨中布置顶板束筋,在中墩支点处布置箱梁底板束筋。

同样用MIDAS6.7建立实体梁单元进行分析,支座采用弹性连接。

2.3 两种不同配束法计算结果的比较通过以上两种束筋布置形式的计算,可以看出两种束筋布置形式对曲线箱梁桥产生的预应力效应及箱梁支座反力的差别是非常明显,由此可见,采用一种适当的束筋布置形式或者根据箱梁结构体系、受力情况、构造形式来布置束筋是很重要的。

这样才能更好的发挥钢束的作用以提高结构的抗裂性、抗剪能力,从而增加结构的刚度和耐久性。

(表4，5，6）是两种配束方法预应力效应计算结果的比较。

2.4 结论(1)在理想的状况下,尽量使梁端处的最大正扭矩与最小负扭矩绝对值大致相等,目的是使梁端左右支座竖向力大致相等。

对于中墩为独柱、单支座情况,预应力效应对梁端扭矩尤为明显。

钢束全部布置在梁腹板上时,0#墩处扭矩-1561kn·m,3#墩处扭矩为1655kn·m。

而通过减小或减少腹板束设置顶底板束时,0#墩处扭矩为-1031kn·m,3#墩处扭矩为1105kn·m。

第 40 卷第 1 期2024 年2 月结构工程师Structural Engineers Vol. 40 ， No. 1Feb. 2024体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的理论与数值分析强旭红1胡文清1胡郭辉1姜旭2，*唐永康3（1.同济大学建筑工程系，上海 200092； 2.同济大学桥梁工程系，上海 200092；3.国能朔黄铁路发展有限责任公司，北京 100080）摘要随着服役时间的增长和车辆荷载的增加，老旧的钢筋混凝土桥梁面临承载力不足、变形超限等问题，采用体外预应力CFRP筋对其加固是一种有效的解决方法。

采用有限元分析软件ABAQUS对某跨度24 m的铁路桥梁进行数值模拟与参数分析，其中，根据不同的CFRP预应力筋的直径（31 mm、43 mm、61 mm）和预应力大小（250 MPa、500 MPa、750 MPa、1 000 MPa、1 250 MPa），获得模型梁的开裂弯矩、梁底钢筋屈服弯矩以及梁开裂时的跨中变形。

将《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）等现行规范的理论计算结果与数值模拟结果进行对比，发现两者吻合良好，误差在15%以内，从而验证了规范中钢筋混凝土梁开裂弯矩计算公式、正截面承载力计算公式以及跨中挠度计算公式对于体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的适用性与准确性，为实际工程加固设计提供参考。

关键词预应力混凝土梁， CFRP筋， ABAQUS，有限元分析，理论计算Theoretical and Numerical Analysis of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Externally Prestressed CFRP Bars QIANG　Xuhong1HU　Wenqing1HU　Guohui1JIANG　Xu2，*TANG　Yongkang3（1.Department of Structural Engineering，Tongji University， Shanghai 200092， China；2.Department of Bridge Engineering，Tongji University， Shanghai 200092， China；3.Guoneng Shuohuang Railway Development Limited Liability Company， Beijing 100080， China）Abstract With the increase of service time and vehicle load， old reinforced concrete bridges face with many problems such as insufficient bearing capacity，deformation overrun，etc. The use of externally prestressed CFRP reinforcement is an effective solution. In this study， finite element analysis software ABAQUS is used to conduct numerical simulation and parametric analysis on a railway bridge with a span of 24 m. For the different diameters （31 mm，43 mm，61 mm） and prestress levels （250 MPa，500 MPa，750 MPa，1 000 MPa，1 250 MPa）of CFRP prestressed tendons， the cracking bending moment of the model beam， the yield bending moment of the reinforcement at the bottom of the beam and the midspan deformation when the beam cracks can be obtained. By comparing the theoretical calculation results of current Chinese codes such as Code for design of concrete structures（GB 50010—2010） with the numerical simulation results， it can be found that they are in good agreement， with an error of less than 15%， which verifies the rationality and accuracy of the formula for收稿日期：2022-12-12基金项目：国家自然科学基金（52278206，52278207）；国家重点研发计划重点专项（2020YFD1100400）；朔黄铁路发展有限责任公司科研项目（SHGF-18-50）作者简介：强旭红（1984-），女，副教授，博士，博士生导师，主要从事结构加固、结构抗火及高性能材料在土木工程领域应用的研究工作。

同济桥梁复试试题2009年研究生入学考试桥梁工程试题一、1.双锁面斜拉桥的横梁应布置在什么位置？（5%）为什么？（5%）2.应该用什么简化图示估算预应力配束？（10%）本题限字40.二、1.简单体系无铰拱与两铰拱所受二次力有何区别？（15%）2.软土地基情况下应采用无铰拱与两铰拱？（5%）为什么？（5%）本题限字60.三、1.钢筋混凝土简支梁桥与预应力混凝土简支梁桥设计时，高跨比的大致范围各是多少？（10%）2.预应力混凝土简支梁桥中弯起预应力钢筋有什么作用？（10%）本题限字40.四、预应力钢筋混凝土梁桥，桥段上简支变连续，接头采用钢筋混凝土连接，无预应力筋通过。

问，在永久荷载作用下，可不可能接头部位上缘不出现拉应力？（5%）为什么？（10%）not上翼缘本题限字40.五、1.请叙述一种组合拱桥的施工步骤10%2.图示该拱桥的计算图示10%无字数限制第四题感觉应该可能，因为当预应力足够大时，能够抵消自重效果，那么徐变就会使梁上拱，也就使接头部位下拉上压）（同意！）2010年研究生入学考试桥梁工程试题1．三跨混凝土连续梁桥由于太阳照射桥面系温度升高，问各支座的反力是增大还是减小。

四个支座的合力是增大还是减小。

（限40字）2．∏形截面的斜拉桥为了保证主梁横向受力，在构造上应采取什么措施（40字）。

3．预应力混凝土箱形截面连续梁桥，若已知截面的剪力滞，怎样布置纵向受力钢筋（60字）。

（应该是这么描述的，记不太清了，因为那些名词根本没有听过）4．下承式连续梁拱组合体系桥，单个拱面，两行车道在分别在拱的两侧。

图示就是我们桥梁工程课本P292的图（c）。

画出横桥向和纵桥向计算简图并写出计算步骤。

5．三跨钢混结构连续梁桥，先简支中跨钢梁，然后搭设模板，浇筑混凝土形成连续体系。

待混凝土达到设计强度后拆模。

问拆模后钢梁的跨中弯矩是多少。

使用一定时期后由混凝土徐变引起的钢梁跨中弯矩是多少。

桥跨，模量等参数自己定义，写出推导过程。

说明书一、初步设计批复意见的执行情况本次施工图设计严格按照初步设计审查专家组意见及批复意见执行。

二、设计依据、主要技术标准与设计规范2.1设计依据⑴部颁各技术标准、规范、规程；⑵普陀区建设局与我院签订的委托书与合同。

⑶舟山市普陀区发展个改革局会议纪要[2010]11号《舟山市普陀区滨港路西段沿海高架工程听证暨可行性研究报告审查会议纪要》。

⑷初步设计评审专家组意见。

⑸相关批复、批文。

2.2主要技术标准a、设计汽车荷载：公路-Ⅰ级b、设计速度：主线40km/h，匝道20km/hc、设计洪水频率： 1/100d、桥梁宽度：与路基同宽e、桥下净空：跨码头栈桥处4.5m；f、设计基本风速： V10=40.5m/s。

g、设计基本地震加速度值：本项目工程场地地震动峰值加速度为0.1g（相当于地震基本烈度Ⅶ度）。

g、结构混凝土耐久性：根据桥梁所处的环境，大气环境类别为Ⅱ类，水中及浪溅区环境类别为Ⅲ类。

2.3执行的规范、规程⑴《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》（交公路发[2007]358号）⑵《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）⑶《公路路线设计规范》（JTJD20-2006）⑷《公路勘测规范》（JTG C10-2007）⑸《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）⑹《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）⑺《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）⑻《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）⑼《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）⑽《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）⑾《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）⑿《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）三、结构设计3.1结构布置主线桥采用16m钢筋砼现浇连续梁和20m、25m预应力混凝土小箱梁，全桥跨径布置为：(3x16)+(4x16)+2x(3x20)+(2x20)+(3x25)+(2x20)+4x(3x25)+(2x20)+2x(3x20)+2x(4x25)+(3x2 5)+(3x20)+(3x25)+(2x20)+(3x25)+(5x20)+(5x16)m。

桥梁预应力技术课程（二）—高强高性能混凝土混凝土桥梁研究室孙建渊一、高强高性能混凝土的定义及特性各国对高强混凝土与普通混凝土的划分不尽相同。

我国定义强度等级达到或超过C50时为高强混凝土。

美国对混凝土强度以圆柱体试件抗压强度的特征值或设计强度表示，美国混凝土协会ACI提出以设计强度f c’ 6000psi(41MPa)的混凝土为高强混凝土，相当于我国立方体强度52MPa，与我国C50级混凝土相当。

高性能混凝土（High Performance Concrete =HPC）是伴随着高强混凝土而问世的，各国对高性能混凝土的要求不完全一样，但新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的强度和耐久性是高性能混凝土的基本要素。

美国混凝土协会定义高性能混凝土是：需要满足特定性能和均质性要求，易浇捣而不离析、长期力学性能良好、强度高、异常坚硬、高体积稳定性或在严酷环境中使用寿命长、耐久性好。

目前高性能混凝土是解决结构物耐久性最有效和最经济的途径。

高性能混凝土应该具有高工作性，即要求新拌混凝土是高流态混凝土，目前在工程中应用的高流态混凝土包括泵送混凝土和免振捣自密实混凝土。

在高层建筑、大跨桥梁等重要工程中采用高强混凝土泵送技术具有施工速度快、工程质量稳定、经济效益高等显著优势。

国际上泵送混凝土用量占混凝土总量的50%～80%，我国在上海、北京分别为70%和50%。

1997年8月封顶的上海金茂大厦，创下了超高层泵送商品混凝土一次泵送高度382.5m的最新记录（C60泵送高度230m，Ｃ50泵送高度265m，C40泵送高度382.5m）。

免振捣自密实混凝土是在较低的水胶比下仅靠自重就能填充到复杂模型的各个角落，使其具有均匀自密实成型性能，同时保证混凝土硬化后具有优良的力学性能和优异的耐久性能。

免振自密实高性能混凝土消除了浇筑混凝土时的振捣噪声，提高了施工速度与质量，实现了混凝土浇筑的省力化；为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体、大体积混凝土施工，高、深、快速施工，水下施工，以及具有特殊要求、振捣困难的工程施工条件带来了极大的方便。

混凝土连续箱梁的预应力钢束的优化研究摘要：本文在分析预应力混凝土连续箱梁开裂成因的基础上，应用有限元软件，研究了预应力对箱梁应力的影响，并运用有限元软件的调束方法，结合其有限元计算结果，得出了一些有关于预应力钢束优化的有益结论，可为相关工程设计人员提供参考。

关键词连续箱梁；预应力；裂缝；优化中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：引言预应力混凝土连续箱梁，具有跨越能力大、受力合理、行车平顺、施工方便、养护费用低等优点，成为我国的主要桥型[1]。

因我国大跨径此类桥梁在20世纪70年代才开始兴建，其设计理论不很完善、施工质量缺陷、负荷超载以及管养工作不力等方面的原因，这类桥梁上已出现了一系列的病害[2]。

开裂是其中的一个重要病害，裂缝可能使得整体结构的抗扭转能力、抗剪能力、跨越能力甚至承载能力下降。

裂缝成因复杂，而合理优化布置预应力钢束，增强桥梁结构的应力安全储备，能有效的减少裂缝的产生，这对工程设计具有重要意义。

预应力混凝土连续箱梁的开裂成因分析预应力箱梁开裂的原因比较复杂，如： (1)设计时，纵向预应力钢束布置不合理，使的截面的预压应力不够均匀。

(2)施工时，对预应力张拉控制不严格，造成预应力损失过多。

(3)使用时，可能出现超载运营，或者出现较大沉降位移。

而第一原因是主要原因，这是因为设计能引导施工，能提高使用时结构的应力安全储备。

本文主要研究预应力优化布置，减小结构开裂的可能性，使其整个结构的耐久性和承载能力得到提高。

预应力混凝土连续箱梁的预应力钢束优化3.1基本设计理论预应力受弯构件由作用（或荷载）效应组合和与预加力产生的混凝土主拉应力按下列公式计算:[4] (1)根据规范，对a类预应力分段现浇构件，其抗裂应满足。

而先张法的正截面抗裂按如下公式计算： (2)从公式中可以得出，当竖向预压应力减小时，而剪应力与正应力不变时，主拉应力会随之增加；当，而采用部分弯起钢束能够抵抗剪力，绝对值可减小，进而减小主拉应力。

同济⼤学预应⼒混凝⼟梁桥课程设计预应⼒混凝⼟梁桥课程设计指导书⼀、设计⽬的通过本课程的课程设计，要达到以下⽬的：1）熟悉预应⼒砼桥梁设计计算的⼀般步骤，并能独⽴完成预应⼒砼桥梁的设计；2）了解预应⼒砼桥梁的⼀般构造及钢筋构造，能正确绘制施⼯图。

⼆、设计任务本课程设计的题⽬包含简⽀梁和连续梁两类。

连续梁的设计计算⼯作相对较多，难度较⼤，可供基础较好的学⽣做；⽽简⽀梁计算⼯作相对较少，难度较低，可供绝⼤多数学⽣做。

1、连续梁连续梁为30+30⽶两跨等截⾯连续梁，截⾯如图1所⽰，截⾯内⼒为；图12、简⽀梁简⽀梁共六个题⽬，分组进⾏，每组选择其中⼀个题⽬。

其跨径采⽤⽬前公路建设中多⽤的16⽶、20⽶、30⽶、40⽶，截⾯形式采⽤空⼼板、箱型截⾯和T 型截⾯，荷载则分别采⽤⼈群荷载、汽车荷载和挂车荷载。

(⼀)、20⽶跨预应⼒砼空⼼板梁某⼈⾏天桥，l标=20m，l计=19.5m，l全=19.96m，截⾯尺⼨见下图（独梁）。

采⽤C40砼，预应⼒筋采⽤ASTM低松弛钢绞线，R y b=1860MPa，采⽤后张法施⼯，两端同时张拉，张拉控制应⼒按规范选取。

普通钢筋可采⽤Ⅰ、Ⅱ级钢筋。

荷载标准：⼈群荷载3.5kN/m2，⼴告牌200Kg/m（两侧）。

（1）、根据正截⾯抗弯及斜截⾯抗剪设计预应⼒筋及腹筋；（2）、梁的正截⾯抗弯强度验算；（3）、梁的斜截⾯抗剪强度验算；（4）、施⼯阶段应⼒验算；（5）、使⽤阶段应⼒验算；（6）、局部承压验算；（7）、变形验算。

(⼆)、16⽶跨预应⼒砼空⼼板梁某⼈⾏天桥，l标=16m，l计=15.5m，l全=15.96m，截⾯尺⼨见下图（独梁）。

采⽤C40砼，预应⼒筋采⽤ASTM低松弛钢绞线，R y b=1860MPa，采⽤后张法施⼯，两端同时张拉，张拉控制应⼒按规范选取。

普通钢筋可采⽤Ⅰ、Ⅱ级钢筋。

荷载标准：⼈群荷载3.5kN/m2，⼴告牌200Kg/m（两侧）。

（1）、根据正截⾯抗弯及斜截⾯抗剪设计预应⼒筋及腹筋；（2）、梁的正截⾯抗弯强度验算；（3）、梁的斜截⾯抗剪强度验算；（4）、施⼯阶段应⼒验算；（5）、使⽤阶段应⼒验算；（6）、局部承压验算；（7）、变形验算。

《混凝土结构基本原理》试验课程作业COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING混凝土结构基本原理试验报告试验名称适筋梁受弯实验试验课教师赵勇姓名王xx学号1xxxxxx手机号188xxxxxxxx任课教师李方元日期2014年10月24日目录1. 试验目的 (2)2. 试件设计 (2)2.1 材料和试件尺寸 (2)2.2 试件设计 (2)2.3 试件的制作 (4)3. 材性试验 (4)3.1 混凝土材性试验 (4)3.2 钢筋材性试验 (5)4. 试验过程 (6)4.1 加载装置 (6)4.2 加载制度 (7)4.2.1单调分级加载机制 (7)4.2.2承载力极限状态确定方法 (8)4,2.3具体加载方式 (8)4.3量测与观测内容 (8)4.3.1 荷载 (8)4.3.2 纵向钢筋应变 (8)4.3.3 混凝土平均应变 (9)4.3.4 挠度 (9)4.3.5 裂缝 (9)4.4 裂缝发展及破坏形态 (10)5. 试验数据处理与分析 (10)5.1 试验原始资料的整理 (10)5.2 荷载-挠度关系曲线 (10)5.3 弯矩-曲率关系曲线 (13)5.5 正截面承载力分析 (15)5.6 斜截面承载力分析 (16)5.7 构件的承载力分析 (17)6 结论 (17)1. 试验目的（1）观察并掌握适筋梁受弯破坏的力学行为和破坏模式； （2）掌握构件加载过程中裂缝和其他现象的描述和记录方法； （3）掌握对实验数据的处理和分析方法；（4）学会利用数据分析实验过程中的现象，尤其是与理论预期有较大偏差的现象； （5）通过撰写实验报告的过程，加深对混凝土结构适筋梁构件受弯性能的理解。

2. 试件设计2.1 材料和试件尺寸（1）钢筋：纵筋HPB335、箍筋HPB235 （2）混凝土强度等级：C20（3）试件尺寸（矩形截面）：b ×h ×l ＝120×200×1800mm2.2 试件设计（1）试件设计的依据根据梁正截面受压区相对高度ξ和界限受压区相对高度b ξ的比较可以判断出受弯构件的类型：当b ξξ≤时，为适筋梁。