后张法预应力桥梁锚固区的拉压杆设计方法

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1、2012年7月第7期城市道桥与防洪桥梁结构129后张法预应力桥梁锚固区的拉压杆设计方法张永康，吴湛坤(尤锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡214072)摘要：介绍了应用拉压杆模型进行后张法预应力桥梁锚固区设计的具体方法及试验研究情况，提出了一些建议，有关经验可供相关专业人员参考。关键词：拉压杆；锚固区；配筋设计；后张法预应力；桥梁工程中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)07—0l29—040前言确定锚圈的范围、荷载及反力在预应力桥梁结构中，锚固区的性能对结构的稳定性、安全性起着至关重要的作用。后张法预应力桥梁锚固区存在着数值较大的劈裂应力

2、，应力场构建锚醐区拉压杆模比较复杂。我国混凝土桥梁设计规范只给出了锚固区的截面尺寸验算公式及抗压承载力验算公式，锚计算拉杆及压杆内力固区的配筋设计则缺乏规范的指导，设计工作中一般采用经验方法或局部加强的构造配筋来保证结构安全，这种处理措施主观性较强。根据拉杆内力进行配筋拉压杆模型从桁架模型演化而来，已被广泛应用于混凝土桥梁D区尺寸拟定和配筋设计。针对预验算压杆及节点应力应力桥梁结构锚固区的复杂应力，拉压杆模型可以清晰的反应其受力机制，是解决后张法预应力桥梁不通过f通过锚固区配筋设计问题的有效方法。配置构造钢筋1配筋设计的拉压杆模型1．1拉压杆模型进行配筋设计的一般步骤图1拉压

3、杆模型进行配筋设计的一般步骤运用拉压杆模型进行混凝土结构的配筋设计分为六个步骤，流程见图1。建立拉压杆模型是一个反～，复调整的过程，找到一个正确的模型通常需要反复一的调整和修改。、1．2拉压杆模型建立方法及评价准则拉压杆模型的建立方法主要有“应力迹线法”和“荷载路径法”。“应力迹线法”是沿结构主压应力迹图2荷载路径法示意图线方向建立压杆，沿主拉应力方向建立拉杆，同时杆件节点用铰连接；“荷载路径法”则是根据外荷载工况复杂的情形，获得合理的荷载路径显得十分载作用下结构内的力流来建立拉压杆模型，其困难，需要使用以最小余能原理为基础的余能偏差过程见图2。系数来进行选择，过程繁琐，难度

4、较大。“应力迹线“荷载传力路径”是荷载从作用位置到支承位置法”反映结构在荷载作用下应力场的分布，应力分布所“走过的路”，反映了外荷载是怎样传递到支座上，图的绘制是第一步。随着计算机有限元计算软件的传力路径的绘制是第一步。对于结构几何形状和荷成熟，人们能非常方便地得到结构应力分布，这使得“应力迹线法”建立拉压杆模型十分方便。因此，锚固收稿日期：2012-03—13区拉压杆模型的建立主要采用“应力迹线法”。作者简介：张永康(1987一)，男，山东菏泽人，助理工程师，从事桥梁设计_T作。拉压杆模型满足塑性理论下限定理，即只需满130桥梁结构城市道桥与防洪2012年7月第7期足平衡条

5、件和屈服准则，而没有变形协调的限制。见图4。因此，可以灵活的建立拉压杆模型，但同时也存在了拉压杆模型的选择问题。Sehlaieh提出了判别拉压杆模型优劣的两个准则：(1)拉杆、压杆的中心应尽量与应力迹线重合。这样可以减少结构在受力过程中的应力重分布，并且保证钢筋配置在裂缝最可能产生的区域。(2)最小应变能准则。拉压杆模型的应变能绝t⋯一—-大部分集中于拉杆，因此拉杆总长度最小的拉压杆][模型是最优的模型。张文学以最小余能原理为基础，提出以余能偏差系数作为拉一压杆模型合理性量化指标。s=1一R=1一≤1(1)llLuJ图4节点尺寸计算示意图式中：s即为余能偏差系数，表示假定的应

6、力场13"与真实应力场的偏离程度。当假定的应力场即为(2)压杆真实的应力场时，余能偏差系数s等于0，所以余能一般来说，结构中传递荷载的压应力区域，即混偏差系数s越小表示所假定的应力场越接近真实凝土压杆，根据其外形特征可分为三种类型：扇形、应力场。瓶形和棱柱形，见图5，其中棱柱形应力区可以看做1．3几何参数及强度取值扇形或瓶形应力区的极限形状，即b=a时的形状。拉压杆模型由拉杆、压杆和节点组成。在建立bb广————————1广————_一1了拉压杆模型之后，即可根据荷载情况计算各杆件内力，并分别进行拉杆配筋、压杆混凝土及节点混凝土强度验算。(1)节点拉一压杆模型中的结点是压杆轴

7、线、拉杆轴线及荷载作用线的交点，结点区简单地说就是结点周围的混凝土区域。结点区的功能就是将力传到支座I．—．生一i．i．J或B区。根据节点受力性质的不同可以将结点分为(a)扇形(b)瓶形(C)矩形C—C—C结点、C—C—T结点、C—T—T结点、T—T—T兰占点图5压杆的主要类型四种类型，见图3。对于压杆和结点需要进行强度检验，以保证混凝土不被压碎，也就是压杆和结点的应力不应超过’混凝土的有效抗压强度与强度折减系数的乘积。否则，应增大构件尺寸直至满足条件。对于结点的有效抗压强度，研究人员提出了许多不同的取