槽形梁預應力損失計算

黃強(秦皇島路橋建設開發有限公司)

槽形梁預應力損失計算

黃強
(秦皇島路橋建設開發有限公司)

摘要:針對某一曲線上槽行截面橋梁，采用橋梁博士和Mathcad軟件結合計算。計算過程表明，這種計算方法簡便靈活，必然會得到廣泛應用。計算結果也為橋梁進一步力學分析奠定了基礎。

關鍵詞:橋梁;預應力損失;橋梁博士

中圖分類號:U442

文獻標識碼:C

文章編號:1008－3383(2015)04－0097－02

1　概述

某鐵路線路上槽形截面橋梁，為中心線梁長為32．6 m的曲線槽型梁，在半徑為502．5 m的圓曲線上(見圖1和圖2)。縱向預應力鋼筋共39束。使用橋梁博士所建模型均按照結構實際尺寸，建立曲梁模型。曲梁模型將此槽形梁劃分為37個單元，用橋梁博士進行計算，第一施工階段為一次落架，第二施工階段開始為張拉鋼筋。

圖1　梁體立面圖

圖2　梁體平面圖

在國內，橋梁結構分析時經常采用橋梁博士軟件。橋梁博士是一個集可視化數據處理、數據庫管理、結構分析、打印與幫助為一體的綜合性橋梁結構設計與施工計算系統。

在使用軟件上，橋梁博士軟件結合Mathcad對預應力損失部分進行計算，用Mathcad編寫易于計算的部分，并可對橋梁博士輸出的數據進一步整理計算，因Mathcad的可視化，其準確性可以保證，可由此來校驗橋梁博士輸出結果的準確性。

2　Mathcad簡介

Mathcad是一款專業的科學計算軟件，它獨特的Mathcad可視化格式和便箋式界面將直觀、標準的數學符號、文本和圖形集成到一個工作表中，使Mathcad成為科學計算的理想之選。

Mathcad工程計算軟件改變了以往傳統設計計算速度慢、效率低、出錯率高、不可更改的靜態工作模式。Mathcad允許對知識進行重復利用，免除了工程師的重復工作，因而大幅度降低了錯誤幾率，將設計周期大大縮短，并節約了大量人力成本。

3　計算模型

本文結合Mathcad與橋梁博士分別計算了該段曲線槽形梁的預應力損失，具體內容有:管道摩阻損失計算;錨具壓縮損失計算;混凝土彈性壓縮損失;鋼筋應力松弛損失;混凝土收縮徐變損失。

圖3為使用橋梁博士建立模型計算的圖形概況。

圖3　結構工作鋼束圖

4　各項預應力損失計算與分析

4．1預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦損失圖4是Mathcad進行計算的部分截圖。

圖4　Mathcad管道摩阻損失計算

表1　Mathcad計算1#～39#鋼筋跨中管道摩阻損失　MPa

續表1

表1的Mathcad計算結果，14#～23#鋼筋為考慮平彎影響的管道摩阻損失值，14#～18#鋼筋曲線段平彎角度為9°，豎彎角度為6°，19#～23#鋼筋曲線段平彎角度為6°，豎彎角度為6°，24#鋼筋～39#鋼筋豎彎角度為8度。

4．2錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失采用Mathcad程序計算，結果見表2。

表2　Mathcad計算1#～39#鋼筋跨中錨具回縮損失　MPa

Mathcad中程序的計算方法為考慮兩端張拉效應，錨具變形值根據公路橋梁規范可取為12 mm，若計算反摩阻影響長度大于張拉端至跨中距離，則跨中錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的預應力損失不為0，反之則此項損失為0。這在Mathcad計算結果中并沒有體現出，在橋梁博士計算結果中，24#，25#，28#，29#，32#，33#，35#，37#損失值為0，說明這些預應力鋼筋反摩擦影響長度要比張拉端據跨中距離要短。

4．3鋼筋松弛引起的預應力損失

表3　橋梁博士計算1#－～39#鋼筋跨中松弛損失　MPa

由圖3可知，鋼筋松弛引起的預應力損失在沿跨徑方向的分布情況與其它幾項類似，跨中最大，沿跨中向兩端逐漸減少。其中跨中最大損失值為25 MPa，可見，鋼筋松弛引起的預應力損失在鋼筋預應力總損失中所占比例較小。

4．4混凝土收縮徐變引起的預應力損失

采用橋梁博士計算的混凝土收縮徐變損失見表4。

表4　橋梁博士計算1#－～39#鋼筋跨中收縮徐變損失　MPa

4．5預應力損失匯總

表5　1#～39#鋼筋跨中預應力總損失　MPa

由表5可知鋼筋預應力損失較多，可以占到鋼絞線張拉控制應力的20%左右。因此在估算結構配筋時，一般預估鋼筋預應力損失為20%，是比較合理的。由此也可算出預應力鋼筋中的有效預應力。

5　結論

橋梁博士是國內橋梁計算廣泛應用的一款軟件，本文將之與Mathcad相結合，對一曲梁進行計算，給出了預應力損失計算結果。計算過程表明，兩個軟件相結合能夠發揮各自長處，方便靈活，相信這種解決問題的方法會得到更廣泛應用。

作者簡介:黃強(1969－)，男，工程師。

收稿日期:2014－07－02