装配式空心板桥横向张拉预应力计算方法

摘要

本发明提出装配式空心板桥横向张拉预应力计算方法，所述装配式空心板桥的承载面包括沿桥向连续平行排列的空心板；相邻空心板间以铰缝连接为结合结构；所述空心板内设横隔板，横隔板内设横向预应力钢筋，所述钢筋以横向张拉的预应力来强化空心板与铰缝接合面间的结合结构；通过结合设计安全等级和常规结合面摩擦系数，并以桥梁设计载荷来分析获取最大载荷（最不利载荷）下的横桥向弯矩及板桥铰缝剪力，来规范装配式空心板桥的横隔结构预应力计算方法，本发明能为横向张拉装配式空心板桥的横隔结构的预应力设计提供理论依据。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁设计技术领域，尤其是装配式空心板桥横向张拉预应力计算方法。

背景技术

装配式空心板梁桥在我国公路桥梁系统中占有很大比例。相关研究表明，在外荷载作用下，装配式空心板桥铰缝处于三向受力状态，并且空心板与铰缝之间的结合面是最薄弱部位，最易在横桥向弯矩作用下发生弯曲破坏，导致铰缝构造丧失横向传递荷载的能力，形成“单板受力”现象，对装配式空心板桥服役年限及行车安全造成巨大威胁。

目前，对于空心板与铰缝的结合面这一受力薄弱部位，针对其粘结力不足的问题，有效改进措施是在空心板内部张拉横向预应力钢束，加强空心板与铰缝之间结合面的粘结力，大大提高空心板的横向整体性，使荷载在各主梁之间的分配更加均匀，避免发生“单板受力”现象。

统计发现，当今世界上其他国家多在空心板桥中设置横隔梁，并在其中布置预应力钢筋，但是通常仅规定了横向预应力钢筋沿纵桥向和沿梁高方向的布置形式，而横向预应力钢筋布置数量以及预应力大小大多未经过计算确定；本专利所提出的横向张拉预应力计算方法可为横向张拉装配式空心板桥的推广应用提供理论依据。

发明内容

本发明提出装配式空心板桥横向张拉预应力计算方法，可为横向张拉装配式空心板桥的横隔结构的预应力设计提供理论依据。

本发明采用以下技术方案。

装配式空心板桥横向张拉预应力计算方法，所述装配式空心板桥的承载面包括沿桥向连续平行排列的空心板；相邻空心板间以铰缝连接为结合结构；所述空心板内设横隔板，横隔板内设横向预应力钢筋，所述钢筋以横向张拉的预应力来强化空心板与铰缝接合面间的结合结构；

所述预应力的计算按以下步骤依次进行；

A1、根据铰缝横桥向弯矩沿纵桥向与横桥向的影响线，以板桥设计荷载进行移动荷载布载，分析得到在最不利荷载组合作用下装配式空心板桥铰缝的横桥向弯矩值M；

A2、根据铰缝竖向剪力沿纵桥向与横桥向的影响线，以板桥设计荷载进行移动荷载布载，分析得到在最不利荷载组合作用下装配式空心板桥铰缝的竖向剪力值V_ud；

A3、以弯矩作为控制条件进行计算确定预应力值大小；设定弯矩范围为；在外荷载和横向预应力作用下，在铰缝与空心板结合面处产生的弯曲应力和压应力之和应大于等于结合面处较弱侧混凝土轴心抗拉强度标准值f_tk的0.4倍，设M>bot为截面中性轴到截面底缘的距离，I为横隔梁抗弯惯性矩，A为横隔梁面积，f_tk为铰缝与空心板结合面处较弱侧混凝土轴心抗拉强度标准值，即可按如下公式确定横向预应力值N的范围：

A4、以剪力作为预应力大小的验算条件进行计算，剪力验算条件为横向预应力在铰缝与空心板结合面处产生的静摩擦力应大于外荷载作用在铰缝与空心板结合面处产生的剪力；设γ₀为结构重要性系数，V_ud为考虑冲击系数的铰缝剪力承载设计值，μ_f为结合面摩擦系数，N为横向张拉的预应力值，即横向预应力设计值N应满足；

N≥γ₀×V_ud/μ_f(公式2)

优选地，在步骤A4中，γ₀对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取为>f取为0.7。

优选地，当步骤A3、A4所计算得的N值范围不相同时，以N值较大者为准。

优选地，所述空心板内设两层以上的横隔板。

优选地，横隔板内均匀设置横向预应力钢筋，每根横向预应力钢筋的预应力相同。

本发明通过结合了设计安全等级和常规结合面摩擦系数，并以桥梁设计载荷来分析获取最大载荷(最不利载荷)下的横桥向弯矩及板桥铰缝剪力，来规范装配式空心板桥的横隔结构预应力计算方法，从而能为横向张拉装配式空心板桥的横隔结构的预应力设计提供理论依据，既能保证桥梁铰缝处有安全的预应力设计，又不会因过大的预应力设计而扩大建筑成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明所述横向张拉装配式空心板桥在空心板结合结构处的示意图；

附图2是本发明在空心板处的A-A剖切示意图；

附图3是本发明在两空心板铰接结合处的B-B剖切示意图；

图中：1-空心板；2-铰缝；3-横隔板；4-横向预应力钢筋；5-铰缝与空心板结合面。

具体实施方式

如图1-3所示，装配式空心板桥横向张拉预应力计算方法，所述装配式空心板桥的承载面包括沿桥向连续平行排列的空心板1；相邻空心板间以铰缝2连接为结合结构；所述空心板内设横隔板3，横隔板内设横向预应力钢筋4，所述钢筋以横向张拉的预应力来强化空心板与铰缝接合面5间的结合结构；

所述预应力的计算按以下步骤依次进行；

A1、根据铰缝2横桥向弯矩沿纵桥向与横桥向的影响线，以板桥设计荷载进行移动荷载布载，分析得到在最不利荷载组合作用下装配式空心板桥铰缝2的横桥向弯矩值M；

A2、根据铰缝2竖向剪力沿纵桥向与横桥向的影响线，以板桥设计荷载进行移动荷载布载，分析得到在最不利荷载组合作用下装配式空心板桥铰缝2的竖向剪力值V_ud；

A3、以弯矩作为控制条件进行计算确定预应力值大小；设定弯矩范围为；在外荷载和横向预应力作用下，在铰缝与空心板结合面5处产生的弯曲应力和压应力之和应大于等于结合面处较弱侧混凝土轴心抗拉强度标准值f_tk的0.4倍，设>bot为截面中性轴到截面底缘的距离，I为横隔梁抗弯惯性矩，A为横隔梁面积，f_tk为铰缝与空心板结合面处较弱侧混凝土轴心抗拉强度标准值，即可按如下公式确定横向预应力值N的范围：

A4、以剪力作为预应力大小的验算条件进行计算，剪力验算条件为横向预应力在铰缝与空心板结合面处产生的静摩擦力应大于外荷载作用在铰缝与空心板结合面处产生的剪力；设γ₀为结构重要性系数，V_ud为考虑冲击系数的铰缝剪力承载设计值，μ_f为结合面摩擦系数，N为横向张拉的预应力值，即横向预应力设计值N应满足；

N≥γ₀×V_ud/μ_f(公式2)

优选地，在步骤A4中，γ₀对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取为>f取为0.7。

优选地，当步骤A3、A4所计算得的N值范围不相同时，以N值较大者为准。

优选地，所述空心板内设两层以上的横隔板。

优选地，横隔板内均匀设置横向预应力钢筋，每根横向预应力钢筋的预应力相同。