锚固区受力性能分析及配筋设计
()安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,安徽合肥 ２３００８８
摘 要:对装配式预应力混凝土箱梁负弯矩锚固区的受力性能进行三维实体有限元分析,确定合理的受力模式.计算结果表明:负弯矩三角齿块有别于常规三角齿块,锚后牵拉和局部弯曲效应并不明显,和顶板是整体共同受力,因此可以按照端部锚固区公式进行配筋设计.
关键词:负弯矩锚固区;三维实体有限元;端部锚固区;配筋设计
()中图分类号:U４４８．３５ 文献标识码:A 文章编号:１６７３Ｇ５７８１２０１９０６Ｇ０８４４Ｇ０３
谢玉萌, 朱自萍, 王 倩
常见跨 装配式预应力混凝土箱梁广泛应用在桥梁建设中,
径范围为２０~４０m.箱梁后张预应力锚固区将强大的集中力均匀扩散后传递给混凝土构件,工程上后张锚固区因配筋不当导致出现裂缝的事件较多.裂缝通常发生在距离锚固端不远处,沿着预应力作用方向的纵向裂缝,称为劈裂裂缝,因此有必
１,２]
.要对后张预应力锚固区进行合理的抗裂钢筋设计[
式.总体区的范围为局部区之外的锚固区部分,主要是预应力扩散引起的拉应力,应进行抗裂配筋设计.
(),范»对３JTG３３６２－２０１８０m装配式预应力混凝土箱梁负弯矩三角齿块锚固区的验算模式进行探讨,并结合有限元分析结果,确定锚固区的计算模式,从而进行抗裂配筋设计.
本文结合«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规
分为B区和D区,分别进行设计,并给出了一些典型D区的设计方法.箱梁锚固区应力场较为复杂,属于D区设计范畴,可以采用拉压杆模型、压力扩散模型以及三维有限元模型进行计
３,４]
.算分析[
美国«中明确将混凝土梁桥结构划AASHTOLRFD规范»
１ 工程概况
(规范»中参考了美国«JTG３３６２－２０１８)AASHTOLRFD规范»首次给出的应力扰动区(的概念,并将后张锚固区划D区)
５]
.局部区为锚下局分为局部区和总体区两个区域,分别计算[
我国新颁布的«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计
析对象,梁体采用C５０混凝土,梁高１．６m,钢束采用
s
.负弯矩采张拉控制应力采用１３５．２mm钢绞线,９５MPaϕ１
足锚固构造要求,需要在T端部加厚至１、T３处设置加厚区,
因此必须要在锚固端开２８０mm.负弯矩钢束没有张拉空间,槽,开槽长度为８００mm.负弯矩区三角齿块锚固截面尺寸及钢束布置情况如图１所示.
()、()、()用T钢束,锚具采用圆１M１５－４T２M１５－３T３M１５－４
形锚具,顶板１M１５－４的锚垫板尺寸较大,８０mm厚度不能满
以公路桥梁中常见的３０m装配式预应力混凝土箱梁为分
()中已经给出锚下局部受压承载力的验算公JTGD６２－２００４
部承压,在«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范»
图１ ３０m负弯矩锚固端构造
收稿日期:修改日期:２０１９Ｇ０８Ｇ０９;２０１９Ｇ１０Ｇ２２
,作者简介:谢玉萌(女,安徽宿州人,工程师．１９８６－)工程与建设»８ ４４« ２０１９年第３３卷第６期
谢玉萌,等:装配式预应力混凝土箱梁负弯矩锚固区受力性能分析及配筋设计YANJIUYUTANSUO研究与探—８４５—索２ 箱梁负弯矩锚固区有限元计算
２．１ 计算模型
由于负弯矩锚固区存在加厚设计,整体是三角齿块的构造,可以参考«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范»
()进行三角齿块锚固区五个受力部JTG３３６２－２０１８８．２．６条,
位的拉力计算,分别为锚下劈裂力、齿块端面拉力、锚后牵拉力、边缘局部弯曲拉力、径向力作用引起的拉力.由于锚固区端部开有槽口,锚后牵拉力和边缘局部弯曲拉力的传递路径并不明确,因此需要建立三维有限元模型进行分析,确定受力模式.
利用段的梁体及MI钢DA束SE,纵FA建立空间有限元模型,建立负弯矩区向建立施工阶段.边界条件为墩顶２处０m采,用模固拟定张约拉束负,弯梁矩端钢采束用这整一体模型中张拉负弯矩阶段在该处的弯矩、剪力、轴力,施加在截
面形心,并将截面形心和截面上的其他节点进行刚性连接.有限元模型如图２、图３所示.计算工况为:自重应力.
＋负弯矩预图２ １/２负弯矩区段箱梁有限元模型
图．２ 计算结果
３ 梁端边界有限元模型
(根据上述有限元模型,对负弯矩区段T１(、值表示拉应力M１５－３)、T３(,M负值表示压应力１５－４)锚固区.应此处因篇幅所限力进行分析.M计１５－４,算仅给出结果):T正２
区段应力分布,如图４所示.
T１图(由图MPa
要集中在端部锚固区４可以看出４ T１区段应力分布图单位:),,T横桥向可引起开槽附近产生拉应力１区段张拉预应力之后,
纵桥向应力主,主应力也主要集中在三角齿块上,三角齿块的锚后牵拉和局部弯曲效应并不明显,和顶板是整体共同受力.分析原因主要有:①钢束中心线距离顶板顶仅有顶板里面,和常规的三角齿块锚固区不同１４０mm,
钢束的锚固中心点在;②三角齿块横向宽度难传递到其他区域１２７５mm,竖向高度.由２此８可m认m为,整体刚度较大此处的三角齿,纵向拉应力块效应并不很明
显,可以按照端部锚固区来计算.T３区段和T１区段情况基本一致.
箱梁负弯矩锚固区配筋计算
取计规范»T(１区段按照«
公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设劈裂力、剥裂力计算并配筋JTG３３６２－２０１８)８．２．２~８．２．５条,
进行端部锚固区.
«工程与建设» ２０１９年第３３卷第６期
８ ４５
２３—８４６—YANJIUYUTANSUO研究与探索谢玉萌,等:装配式预应力混凝土箱梁负弯矩锚固区受力性能分析及配筋设计单个锚固力的２％:Ts,０．０２×Pd＝１８．７４kN.d＝
,普通钢筋采用HR则需要的B４００级钢筋,３３０MPasd＝f３．１ 受力计算
计算参数如下:
中心距s该锚头为非密集锚头,宜按＝４００mm＞２a＝２９０mm,
/照单个锚头分别计算.锚垫板偏心距e＝２ah＝０．０６,００mm,/.偏心率γ＝２预应力倾角θ＝２．eh＝０．１６７,８６°
则锚固力:
顶板高度h＝２４锚垫板宽度a＝１锚垫板００mm,４５mm,
３．２ 配筋设计
抗劈裂钢筋面积为:
/Pd＝１．２×１３９５×４×１４０１０００＝９３７．４４kN;
劈裂力:
２[(/Tb,０．２５Pd(１＋γ)１－γ)－ah]＋０．５Pdsinα＝d＝
２
,满足要求.２２６２mm
直径１纵向间距为１箍筋面积为２mm的双肢箍筋,００mm,,抵抗剥裂力的钢筋采用HRB４００级钢筋,３３０MPasd＝f则需要的抗剥裂钢筋面积为:
２
//AγT１．１×１８．７４×１０００３３０＝５６．８mms≥０s,dsd＝f在齿板端部布置一排直径１箍筋面积２mm的双肢箍筋,
２
//AγT１．１×２７０×１０００３３０＝９００mms≥０b,dsd＝f抗劈裂钢筋分布于齿块长度１２配置１００mm范围内,０根
２７０kN;
()劈裂力位置:d０．５h－２e＋esinα＝１０１０mm.b＝
/两组预应力束中心距:则剥裂力取最大s＝４００mm＜h２,
２
,为２满足计算要求.同时锚固端还应配置竖向构造２６．２mm
钢筋,钢筋布置如图５所示.
４ 结 论
图５ 抗劈裂钢筋布置图(单位:mm)
〔参考文献〕
()装配式预应力混凝土箱梁负弯矩三角齿块锚固区受力１
复杂,是典型的D区设计范畴,根据新颁布的«公路钢筋混凝(土及预应力混凝土桥涵设计规范»中后张JTG３３６２－２０１８)预应力锚固区计算的相关内容,并结合有限元分析结果,确定负弯矩三角齿块锚固区的受力模式.
()装配式预应力混凝土箱梁负弯矩三角齿块锚固区有别２
于常规三角齿块,齿块后端开有槽口,且钢束的锚固中心在箱梁顶板内部.若采用常规三角齿块计算,锚后牵拉力和边缘局部弯曲拉力的传递路径并不明确,因此需要进行三维有限元计算分析,确定受力模式,进而采用合理的计算公式.
()计算结果表明,三角齿块的锚后牵拉和局部弯曲效应３
并不明显,和顶板整体共同受力,因此可以按照端部锚固区公式进行锚固区配筋设计.新规范明确了锚固区的配筋设计方法,使用时应结合具体结构构造,以更好地指导工程设计.
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