论铁路桥梁设计过程中预应力及非预应力钢筋的计算

田野

摘要：通常预应力混凝土梁钢筋数量的一般估算方法是，首先根据结构正截面抗裂性确定预应力钢筋的数量，然后再由构件承载能力极限状态要求确定非压应力钢筋的数量。预应力钢筋截面数量估算时截面特性可取全截面特性。本文以此为基础，对铁路桥梁预应力及非预应力的计算问题进行研究。

关键词：铁路设计 铁路桥梁 建筑设计 基理计算

在本设计中高速列车活载采用ZK标准活载，计算中参照规范《京沪高速铁路设计暂行规定》将其换算成均布荷载。其中，预应力钢筋采用ASTM A416—97a标准的低松弛钢绞线（1×7标准型），抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，公称直径15.24mm，公称面积139mm2，弹性模量；锚具采用夹片式群锚，预埋金属波纹管后张法施工。非预应力钢筋：HRB335级钢筋，抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，弹性模量。混凝土：主梁采用C50混凝土，抗压强度标准值，抗压强度设计值，抗拉强度标准值，抗拉强度设计值，弹性模量。

一、预应力钢筋面积的估算

估算公式：（11）

（12）

式中：Ms——按作用（荷载）短期效应组合计算的弯矩值；

w——构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩；

ep——预应力钢筋合力作用点至截面形心轴的距离；

A——构件全截面面积；

——预应力筋张拉控制应力；

作用（荷载）短期效应组合计算的弯矩值Ms计算如下：

其中：——列车竖向静活载（不计动力系数）；

构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩W计算结果如下：

预应力钢筋合力作用点至截面形心轴的距离计算结果如下：

预压力钢筋合力作用点至下缘距离

则预应力筋合力作用点至截面形心轴的距离 为

将、、及的值代入公式（4-1）求出

按照规范预应力钢筋张拉控制应力MPa；则

所以，预应力钢筋选用和两种规格，5根钢束布置在底板中间位置，其余布置在底板两侧及腹板内。预应力钢束面积

二、预应力损失计算

（一）预应力钢筋与管道间之间的摩擦引起的预应力损失

计算公式：（2-1）

式中：—张拉控制应力，（按照规范）；

—钢筋与管道间的摩擦系数，按照《结构设计原理》附表2-5取值为0.25；

—预应力钢筋弯起角度；

—管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数，按《结构设计原理》附表2-5取为0.0045；

—从张拉端至计算截面的管道长度在构件纵轴上的投影长度，以m计；

（二）管道摩阻在跨中截面引起的预应力损失

跨中截面预应力损失计算：k=0.0015 L/2=15.75m

（三）预应力损失组合及汇总

传力锚固阶段的预应力损失：

使用阶段的预应力损失：

各截面预应力钢筋预应力损失平均值及有效预应力汇总如下表4-8所示：

三、非预应力钢筋的估算

参照《铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范》，换算T形截面翼板有效宽度 取下列三项中的最小值：

（1）对于简支梁为计算跨径的1/3；

（2）相邻两梁轴线间的距离；

（3）（b为换算腹板厚度，c为梗腋宽度，为换算翼板厚度）；

故取=5764 mm

参考文献：

[1]叶见曙.结构设计原理-2版[M].北京：人民交通出版社，2005

[2]李开言.预应力混凝土箱梁制造技术及工艺[M].北京：中国铁道出版社，2002

[3]朱玉尔，刘磊.现代桥梁预应力结构[M].北京：清华大学出版社，2008