预应力混凝土连续箱梁齿块受力分析及设计

摘要:文章通过采用国外规范对预应力混凝土连续梁桥底板钢束锚固区钢筋的计算,结果表明锚下、锚后的主拉应力均较大,同时将各国规范计算结果进行了比较,提出了锯齿块钢筋的建议计算方法。

关键词:锯齿块钢束应力计算1概述大跨度连续梁桥多采用箱型断面，由于结构的受力、构造要求，常需在箱梁底板或顶板上张拉预应力钢束，因此，要在箱梁底板或顶板上设锯齿块来实现预应力传递。

锯齿块的受力特点较为复杂、其配筋计算日益显得重要，设计规范中一直缺少锯齿板的计算方法，因此充分研究各国设计规范计算方法，明确锯齿块的计算方法，对于掌握目前设计的安全度和避免配筋设计的误区以及在后续工程中合理设计是十分必要的，因此文章在收集国外有关资料的基础上，采用国外规范进行了计算。

2锯齿块受力的关键部位及钢筋设置连续梁顶底板锯齿块的受力比较复杂，各个部位受力方向及大小都不同，钢筋布置也同，下图示意锯齿块受力部位和钢筋布置。

3国外规范概况3.1法国规范3.1.1防（混凝土）剥落钢筋防剥落钢筋是我们在锚板后面放置的第一层钢筋，该钢筋需要在现场安装于距锚板最近的位置，一层钢筋需要在两个（正交）方向上均设置，其钢筋量的计算方法如下：Aspalling=0.04×Fd，maxσs，lim（1）Fd，max=1.2×Astrand×Nstrand（2）σs，lim=fy1.15（3）钢束规格Fd，m ax配筋面积mm2建议配筋9-φ15.221092904-φ1212-φ15.228123864-φ1215-φ15.235154834-φ1617-φ15.239845474-φ1619-φ15.244536114-φ16表1防爆裂钢筋面积(HRB335)3.1.2防（混凝土）劈裂钢筋在防剥落钢筋之后，锚板后面1m内的范围内需设置多层防劈裂钢筋，其钢筋量的计算方法如下：Aej=Rj，maxkj×σs，lim（4）混凝土连续梁锯齿块配筋设计探讨杨恒艳（中铁第一勘察设计院集团有限公司）有利的条件[6]。

预应力钢—混组合箱梁受力分析及设计参数优化研究的开题报告题目：预应力钢—混组合箱梁受力分析及设计参数优化研究一、研究背景及意义组合箱梁是公路、铁路等桥梁工程中常用的结构形式之一。

采用钢—混凝土组合结构，既发挥了钢的高强度和良好的延性，又充分发挥了混凝土的压缩性能和良好的耐久性能。

随着城市化进程的不断加快，车行道宽度和施工现场的限制等因素，使得组合箱梁桥梁在桥梁工程中越来越广泛地应用。

但是在组合箱梁的设计和施工过程中，考虑到其结构的复杂性、受力分布不均匀、设计参数的调整等问题，使得其加工和施工难度较大，同时也增加了其结构的安全隐患。

因此，如何在提高结构强度的前提下，实现对组合箱梁的材料、构造、加工、施工等方面进行优化，是当前组合箱梁设计领域面临的重要问题之一。

二、研究内容与研究方法1. 研究内容：本文主要研究预应力钢—混组合箱梁的受力分析及设计参数优化问题，主要包括以下方面：（1）预应力钢—混组合箱梁的结构特点；（2）组合箱梁的受力分析和计算；（3）预应力钢—混组合箱梁的设计参数优化；（4）结构参数对组合箱梁受力性能的影响分析。

2. 研究方法：通过文献资料查阅、现场勘察、实验研究等手段，对预应力钢—混组合箱梁的受力分析进行研究，并对设计参数进行优化。

在此基础上，进行结构参数对组合箱梁受力性能的影响分析，精确计算结构受力的承载能力和变形。

三、预期研究成果及意义1. 预期研究成果：（1）预应力钢—混组合箱梁的受力分析和设计参数优化方法；（2）组合箱梁材料、构造、加工、施工等方面的优化方案；（3）针对组合箱梁结构参数的优化设计计算程序。

2. 研究意义：（1）填补组合箱梁设计领域优化设计方案的空白；（2）提高组合箱梁结构的安全性、稳定性和耐久性；（3）对组合箱梁的结构设计和工程实践具有指导意义。

四、研究进度安排2021年9月——2021年11月：查阅文献资料、开题报告撰写和论文制作准备。

2021年12月——2022年2月：对预应力钢—混组合箱梁的受力分析和设计参数优化进行研究。

Analysis on Mechanical Property and Bearing Capacity of Prestressed Steel -Concrete Continuous Composite BeamsCandidate Du HuanhuanSupervisor Professor Liu ZhongCollege College of Civil Engineering and MechanicsProgram Constructional EngineeringSpecialization Steel and Concrete Composite StructureDegree Master of EngineeringUniversity Xiangtan UniversityDate April, 2013湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了本文特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在本文以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学工学硕士论文摘要预应力钢－混凝土连续组合梁（Prestressed Steel-Concrete Continuous Composite beams，简称PCCB）是在普通组合梁的基础上采用预应力技术形成的一种横向承重组合构件，通过栓钉等剪力连接件使得钢筋混凝土板与钢梁两个部件共同承受荷载、协调变形的一种梁。

预应力混凝土连续梁桥施工阶段受力分析研究摘要：针对桥梁预应力混凝土连续梁桥的建设特点进行了分析，对桥梁预应力混凝土连续梁桥的荷载设计、极限应力控制进行了探讨，得出有效的梁桥预应力的设计方法。

关键词：桥梁工程；预应力；混凝土连续1、理论分析要计算施工阶段因混凝土弹性压缩变形而产生的应力损失，需要按照每束预应力钢筋的预加力相同，且取它们弹性压缩损失平均值来考虑的假定。

当同一截面的预应力钢筋逐束张拉时，由混凝土弹性压缩引起的预应力损失可按公式σl=(m－1)*αEP*Δσpc/2m计算，式中:Δσpc为全部钢筋重心处，由张拉一束钢筋产生的混凝土法向应力;αEP为预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;m为张拉预应力钢筋的总批数。

同时，该公式对按施工阶段分批张拉预应力筋束时，计算由混凝土弹性压缩引起的应力损失也适用。

但该假定与实际连续梁桥施工阶段预应力筋束的张拉锚固过程有很大差别。

具体表现在以下几方面:(1)混凝土连续梁桥需配置较多的纵向预应力筋束，且其中相当一部分预应力筋束设置竖向弯起，这给应力损失计算造成一定难度;(2)在同一施工截面，因受张拉设备数量限制，截面纵向预应力筋束很难做到同时同步张拉，这也会造成同一施工截面钢束张拉顺序和张拉时间的不同;(3)在悬臂施工过程中，后浇筑梁段预应力筋束的张拉锚固会使已浇筑梁段产生弹性压缩变形，其变形值因张拉顺序而不同，这也造成应力损失的不同;(4)连续梁桥顶板束、腹板束和底板束的空间位置、弯曲形状及型号也各不同，很难保证每根预应力筋束在张拉锚固时的预加力是相同的。

鉴于以上原因，本文利用Midas/civil有限元计算软件，根据白腊寨一号四线桥工程实例，建立预应力混凝土连续梁桥的三维模型。

分别从同一截面钢束不同张拉顺序和不同施工阶段后张拉束对已浇筑梁段弹性压缩变形量影响进行分析，以期得出混凝土连续梁桥施工阶段有效预应力损失与张拉顺序之间的关系。

为减少连续梁桥施工阶段应力损失提出可靠的建议，并为混凝土连续梁桥的后期病害防治提供一定的帮助。

预应力混凝土结构的设计与分析在现代建筑领域中，预应力混凝土结构因其出色的性能和广泛的适用性，成为了众多工程项目中的首选。

预应力混凝土结构是一种通过预先施加应力，从而改善混凝土结构在使用阶段的性能和承载能力的结构形式。

预应力混凝土结构的设计理念主要是利用预先施加的压应力来抵消或减小由外荷载引起的拉应力，从而提高结构的抗裂性和刚度。

这种设计方法使得混凝土结构能够更好地承受各种荷载，延长结构的使用寿命，并且在大跨度和重载结构中具有显著的优势。

在设计预应力混凝土结构时，首先要明确结构的使用功能和荷载条件。

荷载包括恒载（如结构自重）、活载（如人员、设备、车辆等的重量）以及可能的风载、地震作用等。

通过对这些荷载的准确计算和分析，确定结构所需的承载能力和变形要求。

材料的选择也是设计中的关键环节。

对于预应力混凝土，高强度的混凝土和高强度的预应力钢筋是常用的材料。

高强度混凝土能够提供更好的抗压性能，与预应力钢筋共同作用，增强结构的整体性能。

预应力钢筋通常采用高强度钢丝、钢绞线等，其具有良好的抗拉性能和预应力传递能力。

预应力的施加方式有多种，常见的有先张法和后张法。

先张法是在混凝土浇筑前先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放松预应力钢筋，使混凝土获得预压应力。

后张法则是先浇筑混凝土，预留孔道，待混凝土达到一定强度后，在孔道内穿入预应力钢筋并进行张拉，最后用锚具锚固。

设计过程中还需要考虑预应力损失的计算。

预应力损失主要包括锚具变形和钢筋内缩引起的损失、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失、混凝土加热养护时受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失、钢筋应力松弛引起的损失、混凝土收缩和徐变引起的损失等。

准确计算这些损失，对于保证结构在使用阶段能够达到预期的预应力效果至关重要。

结构的几何形状和尺寸设计也是不容忽视的。

合理的截面形状和尺寸能够有效地分布应力，提高结构的承载能力和稳定性。

在大跨度结构中，如桥梁、体育馆等，通常采用箱梁、T 型梁等截面形式，以满足结构的受力要求。

混凝土连续梁锯齿块配筋设计探讨摘要：文章通过采用国外规范对预应力混凝土连续梁桥底板钢束锚固区钢筋的计算，结果表明锚下、锚后的主拉应力均较大，同时将各国规范计算结果进行了比较，提出了锯齿块钢筋的建议计算方法。

关键词：锯齿块钢束应力计算1 概述大跨度连续梁桥多采用箱型断面，由于结构的受力、构造要求，常需在箱梁底板或顶板上张拉预应力钢束，因此，要在箱梁底板或顶板上设锯齿块来实现预应力传递。

锯齿块的受力特点较为复杂、其配筋计算日益显得重要，设计规范中一直缺少锯齿板的计算方法，因此充分研究各国设计规范计算方法，明确锯齿块的计算方法，对于掌握目前设计的安全度和避免配筋设计的误区以及在后续工程中合理设计是十分必要的，因此文章在收集国外有关资料的基础上，采用国外规范进行了计算。

2 锯齿块受力的关键部位及钢筋设置连续梁顶底板锯齿块的受力比较复杂，各个部位受力方向及大小都不同，钢筋布置也同，下图示意锯齿块受力部位和钢筋布置。

3 国外规范概况3.1 法国规范3.1.1 防（混凝土）剥落钢筋防剥落钢筋是我们在锚板后面放置的第一层钢筋，该钢筋需要在现场安装于距锚板最近的位置，一层钢筋需要在两个（正交）方向上均设置，其钢筋量的计算方法如下：a■=0.04×■（1）f■=1.2×a■×n■（2）σ■=■（3）■3.1.2 防（混凝土）劈裂钢筋在防剥落钢筋之后，锚板后面1m内的范围内需设置多层防劈裂钢筋，其钢筋量的计算方法如下：a■=■（4）r■=0.25×1-■×f■（5）式中：aj——锚板的宽度kj——当计算锚具位于其他锚具中间时，=1.5，否则=1.0 dj——锚具中心线到混凝土边缘距离的两倍或+邻锚具板的中心距3.1.3 悬臂钢筋悬臂钢筋的数量必须足够抵抗0.15的名义张拉力，其面积按下式计算：a■=■（6）3.1.4 抗剪钢筋抗剪钢筋的数量必须足够抵抗0.15的名义张拉力其面积按下式计算：a■=■（7）3.1.5 弯曲段钢筋曲线段钢筋必须设置于钢束的弯起段，其数量按照下式进行计算：a■=■×■（8）α——钢束弯起角度■3.1.6 锚后抗拉钢筋a■=■×■-ω×σ■（9）σb ：运营状态下锯齿块下方板内最大和最小应力■3.2 美国规范3.2.1 防剥落钢筋剥落力最小数值不低于最大名义张拉力2%的数目进行计算，根据guyon的研究，其数值不超过最大名义张拉力的4%，其钢筋面积按照下式计算：a■=0.02-0.04×■（10）3.2.2 锚后抗拉钢筋锚后抗拉钢筋至少能够承担25%的锚后拉力给混凝土截面，该钢筋应放置于距钢束中心轴1倍的锚板高度之内，并应可靠锚固，以发挥其屈服强度。

现浇预应力混凝土箱梁桥受力性能分析与预应力设计Mechanical Performance Analysis and Prestress Design for the Cast-in-Place PrestressedConcrete Box Girder Bridge李晓辉（北京国道通公路设计研究院股份有限公司，北京100161）LI Xiao-hui(Beijing Guodaotong Highway Design and Research Institute Co.Ltd.,Beijing100161,China)【摘要】对多跨现浇混凝土连续箱梁桥预应力分析与设计方法进行论述，以某高速公路预应力混凝土连续梁桥为工程实例，对其进行现浇后张法预应力混凝土多跨连续箱梁受力性能分析研究。

在现行设计规范荷载作用下，根据箱梁受力状态进行纵向预应力钢束设计方法，使其具有良好的使用性能，满足现行设计规范要求，并结合实例对现浇混凝土连续梁预应力设计给出优化建议。

【Abstract】The pre-stressed analysis and design method of multi-span cast-in-place(CIP)concrete box-girder bridge was discoursed.Taking pre-stressed concrete highway bridge as an example,this study focuses on the analysis of multi-span CIP post-tensioned concrete(PS)box-girder mechanical property.Under the traffic load specified in current design specification,the research applies the pres-tress tendon design method based on the box-girder mechanical performance to provide excellent performance in service,and meantime meet the requirements in the current design specification,and givessome optimized suggestions for the design of the CIP continuous concrete pre-stressed box-girder bridge.【关键词】多跨连续梁桥；混凝土箱梁；受力性能；预应力钢束；有限元方法【Keywords】multi-span girder bridge;concrete box-girder;mechanical performance;pre-stress tendon;finite element method【中图分类号】U448.21+3【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2024）03-0101-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2024.03.0301工程概况现浇预应力混凝土连续梁桥在桥梁建设中应用较为广泛，特别适用于不等跨、变宽或者弯曲等梁桥结构中。

浅谈预应力混凝土连续箱梁设计摘要：随着社会经济的快速发展，道路桥梁是促进经济发展的主要纽带之一。

桥梁的设计合理与否，直接影响交通性能及桥梁的寿命。

本文根据笔者多年的桥梁设计工作，对预应力混凝土曲线箱梁的设计进行分析。

关键词：桥梁工程；连续箱梁前言近几年高速公路与城市快速路的互通式立体交叉日益增多，互通式立体交叉中的匝道很多，而常用桥梁上部结构形式为钢筋混凝土或预应力混凝土连续箱梁，桥宽为8～10m。

混凝土连续箱梁因行车舒适、外型优美、节约用地等优点得到越来越广泛的应用。

一、预应力混凝土连续箱梁受力特点（一）结构自重由于弯梁内外侧长度不一致，弯梁桥的结构自重相对于桥轴线并不是对称的，而是曲线外侧大于内侧，使主梁产生背离圆心方向的扭转效应，半径越小，效果越明显。

（二）预应力荷载在预应力混凝土曲线梁中，由于预应力存在着平面径向弯曲和沿高度方向的竖向弯曲，导致预应力径向力的作用总是沿着高度方向在变化。

当作用点位于主梁截面剪切中心以上或以下时，钢束径向力会对主梁产生扭转作用，位于剪切中心以上的钢束径向力产生的扭矩方向与位于剪切中心以下的相反，两者的扭矩之和就构成了预应力钢束对曲线梁的整体扭转作用。

（三）收缩徐变效应混凝土的收缩徐变是作为黏滞弹性体的两种与时间有关的变形性质。

徐变是在应力作用下产生的，收缩的产生则与应力无关，在实际结构中，二者与温度应变混杂在一起。

预应力混凝土构件由于收缩徐变受到内部配筋的约束引起结构内力重分布。

在变形方面，收缩对曲线桥的平面变形影响较大，徐变对平面变形影响较小，对竖向挠度影响较大。

（四）温度效应温度效应包括整体变温与温度梯度。

整体变温是长期的、缓慢的，作为均匀温度考虑，其主要对结构的变形和固结墩的内力有影响外，对主梁的结构内力影响很小。

温度梯度包括日照升温与骤然降温，作用变化快，作用时间短，对结构的内力与变形都影响较大，也是引起主梁开裂和支座脱空的主要因素之一。

（五）活载效应弯梁的内外侧支反力差对车辆偏载更为敏感，车辆荷载产生的离心力是不可忽视的，离心力系数与车速的平方成正比。

图1 锚下砼开裂（3）锚后拉应力集中现象，即“锚后牵拉效应”（4）底板下缘应力区，即“局部弯曲效应”（5）预应力钢束转向区拉应力集中现象，来源于“径向力效应”。

齿块设计方面常见问题预应力箱梁中由于短束的存在，采用齿块形式进行结构处理，理论已日趋成熟，尤其有限元设计软件的运用，所以设计问题相对较小，除非个别设计人员考虑不周外。

设计人员如果能对齿块上述五个方面的作用效应周全考虑，均可以消除理论设计的不足。

齿块设计应重点考虑以下几个方面：（1）后张拉齿块几何参数，应满足设计规范要求。

齿块主要几何参数：钢束弯曲半径（R）、钢束倾角、锚固面尺寸（S1、S2）和齿块长度（L）。

①预应力钢束在齿块内的偏转角不宜大于~15°。

当锚固齿块尺寸确定时，仅需选取钢束角度，应尽量选取较大的钢束倾角，这样可以保证锚下劈裂效应、悬臂齿根受拉效应、锚后牵拉效应及径向效应较小，同时局部弯曲效应也不会很大。

②锚固齿块尺寸应根据锚具布置、张拉空间等要求技术应用（2）齿块配筋，应进行配钢筋计算，兼顾锚下劈裂效应、悬臂齿根受拉效应、锚后牵拉效应、局部弯曲效应及径向力应所必须的钢筋配筋率及构造要求。

①锚下抵抗横向劈裂力的箍筋，其间距不大于150mm，纵向分布范围不宜小于1.2h；②齿块锚固面应配置齿块端面箍筋，伸入壁（底）板外侧；③壁（底）板应配置抵抗锚后牵拉的钢筋。

当配置纵向加强钢筋时，其长度不宜小于1.5m，横向分布于预应力束两侧各1.5倍锚垫板宽度。

④壁（底）板外边缘应配置抵抗局部弯曲的纵向钢筋。

当配置纵向加强钢筋时，其长度不宜小于1.5m，横向分布于预应力束两侧各1.5倍锚垫板宽度。

⑤预应力钢筋径向力作用区，应沿管道曲线纵向配置垂直于壁（底）板U形防崩钢筋，与壁（底）板纵向钢筋钩接，分布范围宜取曲线全长。

①对齿块区砼振捣不到位，有漏振现象，直接导致齿块砼不密实，而出蜂窝、空洞等质量缺陷。

②齿块的立模加固不到位，导致在混凝土施工过程，模板变形，影响齿块主要几何参数的正确。

预应力混凝土梁的受力性能分析预应力混凝土梁是一种常用的结构构件，其独特的受力性能使其在各种工程中得到广泛应用。

本文将从材料性能、受力分析和工程实践等方面探讨预应力混凝土梁的受力性能。

首先，预应力混凝土梁具有优异的耐久性和抗裂性能。

预应力混凝土梁采用高强度钢束或钢丝进行预先张拉，使混凝土在荷载作用下保持在压应力状态，从而增加了混凝土的抗弯能力和抗剪能力。

另外，预应力混凝土梁中的预应力钢材可以有效地抵消混凝土收缩和温度变形引起的内应力，减小了混凝土的开裂倾向。

这种预应力钢材与混凝土的协同工作，使得预应力混凝土梁具有良好的耐久性和抗裂性能。

其次，预应力混凝土梁的受力分析是预应力混凝土设计的关键。

在预应力混凝土设计中，首先需要确定荷载的作用形式和大小，包括常规荷载、变动荷载和地震荷载等。

然后，根据结构形式和设计要求，通过受力分析确定预应力混凝土梁的截面尺寸、受力状态和预应力的大小。

在受力分析中，需要考虑混凝土和预应力钢材的材料特性、截面形状和荷载作用方式等因素，并根据弯矩、剪力和轴力的要求进行计算。

受力分析的准确性和合理性对于预应力混凝土梁的受力性能至关重要。

最后，预应力混凝土梁的受力性能在工程实践中得到了充分验证。

预应力混凝土梁广泛应用于桥梁、建筑和水利工程等领域，并取得了良好的效果。

通过实际工程的观测和测试，可以验证预应力混凝土梁的受力性能和设计理论的正确性。

例如，在大跨度桥梁的设计中，预应力混凝土梁能够满足梁的强度、刚度和振动要求，有效地减小了结构自重，提高了桥梁的使用寿命和安全性能。

在建筑中，预应力混凝土梁能够灵活地满足不同跨度和荷载要求，实现结构的优化设计和施工的快速推进。

这些工程实践表明，预应力混凝土梁具有良好的受力性能和经济效益，对于提高工程质量和结构安全至关重要。

综上所述，预应力混凝土梁作为一种重要的结构构件，具有优异的受力性能。

其材料特性、受力分析和工程实践等方面对于预应力混凝土梁的设计和应用具有重要意义。