混凝土橋梁設(shè)計(jì)中的配筋問題探討

1、<p>　　混凝土橋梁設(shè)計(jì)中的配筋問題探討</p><p>　　【摘要】橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和可持續(xù)發(fā)展是業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的問題，避免和處理結(jié)構(gòu)開裂是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全耐久的重要煮組成部分。本文就介紹了混凝土橋梁設(shè)計(jì)在配筋設(shè)計(jì)的原則，結(jié)合實(shí)例探討了設(shè)計(jì)過程中的配筋問題。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】混凝土；橋梁；設(shè)計(jì)；配筋 </p><p>　　中圖分類號：U4

2、45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　在混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，配筋的選用關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、適用和安全。由于我國的交通行業(yè)在之前一段很長的時(shí)間里發(fā)展非常緩慢，因此在橋梁上行駛的載重車輛的車流量較小，而且基本上都是兩軸或者三軸，而且配筋經(jīng)常處于超負(fù)荷的狀態(tài)，從而導(dǎo)致公路橋梁的損壞現(xiàn)象日益嚴(yán)重。因此，當(dāng)今對于混凝土橋梁設(shè)計(jì)中

3、的配筋問題就應(yīng)當(dāng)?shù)玫皆絹碓蕉嗟纳钊腙P(guān)注和探索。 </p><p>　　一、混凝土橋梁配筋設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　第一，配置體外預(yù)應(yīng)力筋抵抗橋梁的豎向剪力, 其數(shù)值為荷載產(chǎn)生的豎向剪力與按公式計(jì)算所得剪力之差。體外預(yù)應(yīng)力筋的轉(zhuǎn)向和錨固上要滿足構(gòu)造要求, 如不滿足, 則調(diào)整與改善體外預(yù)應(yīng)力筋錨固及轉(zhuǎn)向的構(gòu)造或位置。 </p><p>　　第二，在配有上述體外預(yù)應(yīng)

4、力筋的情況下, 計(jì)算橋梁控制截面的彎矩, 然后按計(jì)算所得的彎矩配置體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋。 </p><p>　　第三，由于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋在極限狀態(tài)時(shí)有更高的作用效率, 一般對體外預(yù)應(yīng)力筋的用量進(jìn)行控制, 以保證極限狀態(tài)時(shí)橋梁的抗彎能力。 </p><p>　　二、混凝土橋梁設(shè)計(jì)中剮構(gòu)橋角隅處的配筋 </p><p>　　而對于閉合框架橋或門式剛構(gòu)橋的配筋，通常多采用梁單元來進(jìn)

5、行計(jì)算，但是又常常會(huì)忽略其角隅位置的鋼筋配置，以至于這部分配筋的不當(dāng)最終可能會(huì)導(dǎo)致混凝土被拉裂或壓碎。通過對混凝土橋梁角隅位置在其對角線截面上所產(chǎn)生的塊單元正應(yīng)力云圖進(jìn)行分析，可以看出，其斜截面上正應(yīng)力的分布是呈非線性的，而其最大拉應(yīng)力則在截面高度上的2／3位置左右，其最大壓應(yīng)力則在內(nèi)側(cè)的邊緣。因此相應(yīng)受拉鋼筋的設(shè)計(jì)配置，也應(yīng)該考慮下面幾個(gè)問題：第一，受拉鋼筋轉(zhuǎn)彎半徑不應(yīng)當(dāng)采用一般鋼筋的彎鉤半徑，且不應(yīng)過小，而應(yīng)當(dāng)符合《公路鋼筋混凝土及

6、預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(TJGD62-2004)中的相關(guān)規(guī)定和要求，也就是其轉(zhuǎn)彎半徑不能小于10d，倘若小于該值就會(huì)在其受拉鋼筋的轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)因?yàn)閴簯?yīng)力過大而導(dǎo)致混凝土被壓碎。假如受到條件限制，其轉(zhuǎn)彎半徑小于了規(guī)范的規(guī)定，則應(yīng)當(dāng)在鋼筋的內(nèi)側(cè)進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的設(shè)置，以此來提高其混凝土的抗壓強(qiáng)度。第二，由于其最大正應(yīng)力大約在截面高度上的2／3位置左右，則鋼筋也應(yīng)在其拉應(yīng)力的最大處通過。而當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑過大、截面高度較小時(shí)，則應(yīng)當(dāng)加大加掖，此時(shí)根據(jù)經(jīng)

7、驗(yàn)應(yīng)當(dāng)取r≤0.8h。而當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑的外側(cè)混凝土的保護(hù)層過厚的話，</p><p>　　三、混凝土橋梁中樁基的構(gòu)造配筋 </p><p><b>　　1、理論要求 </b></p><p>　　對于樁基的各個(gè)截面配筋，在理論上應(yīng)當(dāng)根據(jù)樁基的內(nèi)力來進(jìn)行計(jì)算和布置，而對樁基內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算一般可采用“ m”法。按照“m”法來計(jì)算樁基的時(shí)候，其樁身彎矩可以

8、體現(xiàn)出以下以下四個(gè)特征(詳見圖1)。 </p><p>　　圖1： “m”法計(jì)算中的樁基彎矩 </p><p>　　(1)其彎矩分布的規(guī)律近似一條自上而下的衰減波形曲線，并且衰減得很快。 </p><p>　　(2)樁身的最大彎矩是發(fā)生在其第一個(gè)非完整的波形中。 </p><p>　　(3)在第一次彎矩零點(diǎn)以下的樁身彎矩很小，幾乎可以忽略，其

9、下部樁身則主要是起到豎向力傳遞的作用。 </p><p>　　(4)其第一次彎矩零點(diǎn)的位置就在樁基入土深度h=ah／4的位置。其中a為土中基礎(chǔ)變形系數(shù)，h為地面(無沖刷時(shí))或局部沖刷線以下的基礎(chǔ)入土深度。 </p><p><b>　　2.鋼筋布置方式 </b></p><p>　　一般樁基的鋼筋布置方式有兩種第一，根據(jù)其最大彎矩來進(jìn)行配筋，也

10、就是所謂的長短筋布置：第二，樁基的主筋一直延伸到樁底，也就是所謂的通長筋布置。 </p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)配筋經(jīng)驗(yàn) </b></p><p>　　根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD63—2007)，再結(jié)合長期以來的一些常用經(jīng)驗(yàn)和做法，對于樁基的配筋設(shè)計(jì)可以得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn) </p><p>　　(1)鉆孔灌注樁的最小配筋率

11、應(yīng)取0，6％，而樁底的素混凝士，其長度取值通常要求： 當(dāng)長度不超過20m的時(shí)候，可以取其樁長的1／5；而當(dāng)長度超過20m的時(shí)候，則可取其樁長的1／3.75左右且樁底素混凝土長度最好不要超過1 2m。 </p><p>　　(2)樁基內(nèi)的主筋應(yīng)當(dāng)分成兩批進(jìn)行截?cái)啵渲械谝慌鷳?yīng)當(dāng)在其最大彎矩截面處以下的樁徑的5—8倍位置。而且嵌巖樁應(yīng)當(dāng)注意將鋼筋伸到樁底，其他樁當(dāng)ah≥4，并且樁側(cè)的土質(zhì)較差時(shí)，同樣也應(yīng)當(dāng)考慮將鋼筋伸

12、到樁底。 </p><p>　　(3)樁基的箍筋應(yīng)當(dāng)采用螺旋箍筋，直徑應(yīng)當(dāng)根據(jù)樁直徑、主筋直徑等來確定，通常為8— 14mm。其在樁頂部分的箍筋應(yīng)當(dāng)按照抗震的措施和要求進(jìn)行加密。并且螺旋箍筋接頭應(yīng)當(dāng)采用焊接，且其端頭應(yīng)當(dāng)伸入混凝土的核心內(nèi)。 </p><p>　　(4)由于樁身的最大彎矩通常發(fā)生在地面之下約3m的位置上，因此主筋可以從樁項(xiàng)一直伸至樁身最大彎矩的一半處以下的一定錨固長度的位置

13、，在此處住下可以減少一半的配筋，剩下的主筋則一直伸到其彎矩為零以下的一定錨固長度的位置，而再往下則可設(shè)置為素混凝土，但是注意對于軟土基礎(chǔ)，樁基主筋最好應(yīng)當(dāng)穿過其軟土層。 </p><p><b>　　四、實(shí)例分析 </b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)概況 </b></p><p>　　某市A17公路中的一座跨線橋

14、．橋梁單幅寬度為17．25 m，設(shè)計(jì)跨徑為(30+50+30)m。為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁．采用滿樘支架現(xiàn)澆施工．按預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計(jì)。除邊支點(diǎn)外，要求縱向計(jì)算截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力 具體參數(shù)如下： </p><p>　?。?）橋?qū)挒?．5 m防撞墻+16．25 m車行道+0．5 m防撞墻，共17．25 m，扣除兩側(cè)防撞墻下懸滴水槽各0．15 m，實(shí)際結(jié)構(gòu)寬16．95 m。 </p><p>

15、;　?。?）梁高為邊支點(diǎn)2．4 m，中支點(diǎn)2．7 m．跨中為2．4 m。 </p><p>　?。?）荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路I級 </p><p>　?。?）計(jì)算車道數(shù)為4，橫向折減系數(shù)0．67，橫向偏載系數(shù)1．15。 </p><p>　?。?）二期恒載為10 cm瀝青面層+8 cm鋼筋混凝土鋪裝，兩側(cè)防撞墻各l1．2 KN／m </p><p>

16、　　（6）整體升降溫為30 K．沉降10 mm </p><p>　?。?）溫度梯度按JTG D60-2004《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》取用 </p><p>　　（8）箱梁采用C50混凝土,預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用符合GB／T 5224—2003標(biāo)準(zhǔn)的270級Φ1.5 高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線. </p><p><b>　　2、配束估算 </b><

17、/p><p>　　箱梁計(jì)算之前先建立計(jì)算模型，再進(jìn)行截面配束面積估算。將箱形主梁作為平面桿系劃分成若干單元，采用橋梁博士軟件進(jìn)行整體受力計(jì)算分析，計(jì)算出各個(gè)截面的配束面積(見圖1)。其形狀與彎矩包絡(luò)圖類似。通過圖1可以得知，正常使用極限狀態(tài)下的配束估算面積大于承載能力極限狀態(tài)下的配束估算面積。出各個(gè)截面的配束面積(見圖1)。其形狀與彎矩包絡(luò)圖類似。通過圖1可以得知，正常使用極限狀態(tài)下的配束估算面積大于承載能力極限狀態(tài)

18、下的配束估算面積。 </p><p>　　按正常使用極限狀態(tài)，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)配束根數(shù)，具體見表1。由于結(jié)構(gòu)對稱，僅示出一半結(jié)果。 </p><p>　　對于多跨箱梁來說，以估算所得的配束根數(shù)為參考，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束配置時(shí)，要做到鋼束配置最優(yōu)化、最合理是比較復(fù)雜的，應(yīng)綜合考慮布跨方式、預(yù)應(yīng)力損失和次內(nèi)力的影響。工程中，首先在梁體內(nèi)布置一定數(shù)量的腹板通長鋼束，形狀盡量類似配筋估算圖，如圖2所示。其

19、次，布置頂?shù)装邃撌缘窒糠至后w正負(fù)彎矩的影響，如圖3所示 最后，在中支座上緣負(fù)彎矩區(qū)布置腹板短鋼束(即帽束)，以及在中跨下緣正彎矩區(qū)布置短鋼束 具體根數(shù)如表2所示。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　總而言之，在混凝土橋梁的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，不但需要按梁、桿單元來進(jìn)行整體的分析，有時(shí)還要輔以塊、板單元的局部分析，以確保橋梁結(jié)構(gòu)中配筋設(shè)計(jì)

20、的安全。 </p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】 </b></p><p>　　[1] 金大勇,陳金剛,鄧關(guān)彩.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J]. 城市道橋與防洪. 2006(03) </p><p>　　[2] 張武興.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與施工[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2009(14) </p><p&