PSC桥梁(预应力荷载,收缩徐变及预应力损失)

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1、用MIDAS/Civil做桥梁设计－PSC桥梁1.PSC桥梁施工阶段分析1.1PSC桥梁分析必要的功能PSC桥梁是给混凝土构件施加人为变形和预应力来保证结构安全性的一种桥梁。可以说如何考虑预应力荷载和时间依存特性是PSC桥梁分析中至关重要的。钢束的形状和张拉力的大小是钢束预应力的最大影响因素。输入距截面中心的距离来确定钢束形状。当中和轴的位置变化时（如施工阶段联合截面），要正确反映出各个施工阶段的变化。钢束预应力还要考虑管道摩阻、锚具变形、混凝土弹性压缩、钢束应力松弛、收缩/徐变的应力损失。混凝土构件在施工过程中，会遇到不同的

2、荷载、不同的边界条件，还有随时间变化的收缩/徐变等。做桥梁分析的时候，这些变化情况都要一一反映到结构分析中。PSC桥梁的混凝土构件在施工过程产生的应变，可以看作是下列因素之和。收缩/徐变引起的应变就像温度荷载下产生的应变一样，是不会产生附加应力的应变。oε()ttttt=+++εεεε()()()()=ε()tt+ε′′()=ε(t)+ε(t)ecshTeσ式中ε()t:弹性应变,ε(t):徐变应变,ε(t):收缩应变ecshε(t):温度引起应变,ε′′(t):非弹性应变Toεσ(t):与应力有关应变,ε(t):与应力无关应

3、变2005年MIDAS桥梁技术讲座(Civil-01.2005.7.8)1用MIDAS/Civil做桥梁设计－PSC桥梁1.2钢束预应力荷载钢束预应力随钢束形状和张拉力大小而变化。1.2.1钢束形状变化钢束形状根据沿着轴方向（单元-x）坐标输入距截面中心的距离（单元-y、单元-z）来确定。混凝土的弹性模量是随时间变化的，当混凝土与钢束粘结时，截面中和轴的位置会产生变化。截面的分阶段施工，也会使截面的中和轴位置产生变化。此时，虽然钢束位置形状没有变，但施加到混凝土构件上的预应力效应会产生变化。为了正确考虑这类情况，有必要在每个施

4、工阶段计算一次截面中和轴的位置。1.2.2钢束预应力的变化钢束预应力因各种因素会产生应力损失。进行预应力混凝土构件施工阶段分析时，要准确计算各个阶段的有效预应力以及预应力的变化。图1钢束预应力损失(瞬时+长期损失)2005年MIDAS桥梁技术讲座(Civil-01.2005.7.8)2用MIDAS/Civil做桥梁设计－PSC桥梁1.2.2.1钢束预应力损失钢束预应力因各种因素产生应力损失，最终应力为扣除各种损失后的应力。各种预应力损失产生的原因如下。¾张拉钢束时瞬间产生的损失(InstantaneousLoss)预应力钢筋与

5、管道壁之间摩阻(Friction&Wobble)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩(AnchorageSlip)混凝土弹性压缩(ElasticShortening)¾张拉锚固后产生的损失(TimeDependentLoss)混凝土徐变(Creep)混凝土收缩(Shrinkage)预应力钢束的松弛(SteelRelaxation)对于后张法预应力构件，六种损失都要考虑，对于先张法构件不考虑预应力钢筋与管道壁之间摩阻损失。张拉钢束瞬间损失与张拉锚固后产生损失的总损失量占张拉力(OriginalJackingForce)的20～30％。计

6、算PSC混凝土构件应力时，最重要的是瞬间损失后的张拉力P和张拉锚固后i损失以后的最终有效预应力P。P与P(EffectivePrestressForce)的关系可按下式表示：eiePR=Pei式中，R－预应力有效率（EffectiveRatio），先张法构件R=0.80，后张法构件R=0.85。1)预应力钢筋与管道壁之间摩阻引起损失后张法构件张拉时，预应力钢筋与管道壁之间的摩阻会引起预应力损失。这种损失可分为预应力钢筋角度变化引起损失和按长度变化的管道摩擦系数引起的损失。可用预应力钢筋与管道壁的摩擦系数和管道每米局部偏差对摩擦

7、的影响系数来表示。锚下张拉力为P，从张拉端至计算截面的管道长度为l、曲线管道部分切线的夹角之和为0α，则计算截面的预应力可按下式计算：−+()µακlPP=exo2005年MIDAS桥梁技术讲座(Civil-01.2005.7.8)3用MIDAS/Civil做桥梁设计－PSC桥梁系数k和µ值（JTGD62—2004）：µ管道成型方式κ钢绞线、钢丝束精轧罗纹钢筋预埋金属波纹管0.00150.20~0.250.50预埋塑料波纹管0.00150.14~0.17-预埋铁皮管0.00300.350.40预埋钢管0.00100.25-抽心

8、成型0.00150.550.602)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起损失张拉完钢束进行锚固时，锚具部分会产生小量的移动，因此会产生预应力的损失。在先张法构件和后张法构件都会产生，可以采用超张拉的方法来校正。钢束和管道壁之间有反摩擦作用，所以锚具变形损失仅影响锚具附近一段的预应