黄强(秦皇岛路桥建设开发有限公司)

槽形梁预应力损失计算

黄强
(秦皇岛路桥建设开发有限公司)

摘要:针对某一曲线上槽行截面桥梁，采用桥梁博士和Mathcad软件结合计算。计算过程表明，这种计算方法简便灵活，必然会得到广泛应用。计算结果也为桥梁进一步力学分析奠定了基础。

关键词:桥梁;预应力损失;桥梁博士

中图分类号:U442

文献标识码:C

文章编号:1008－3383(2015)04－0097－02

1　概述

某铁路线路上槽形截面桥梁，为中心线梁长为32．6 m的曲线槽型梁，在半径为502．5 m的圆曲线上(见图1和图2)。纵向预应力钢筋共39束。使用桥梁博士所建模型均按照结构实际尺寸，建立曲梁模型。曲梁模型将此槽形梁划分为37个单元，用桥梁博士进行计算，第一施工阶段为一次落架，第二施工阶段开始为张拉钢筋。

图1　梁体立面图

图2　梁体平面图

在国内，桥梁结构分析时经常采用桥梁博士软件。桥梁博士是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。

在使用软件上，桥梁博士软件结合Mathcad对预应力损失部分进行计算，用Mathcad编写易于计算的部分，并可对桥梁博士输出的数据进一步整理计算，因Mathcad的可视化，其准确性可以保证，可由此来校验桥梁博士输出结果的准确性。

2　Mathcad简介

Mathcad是一款专业的科学计算软件，它独特的Mathcad可视化格式和便笺式界面将直观、标准的数学符号、文本和图形集成到一个工作表中，使Mathcad成为科学计算的理想之选。

Mathcad工程计算软件改变了以往传统设计计算速度慢、效率低、出错率高、不可更改的静态工作模式。Mathcad允许对知识进行重复利用，免除了工程师的重复工作，因而大幅度降低了错误几率，将设计周期大大缩短，并节约了大量人力成本。

3　计算模型

本文结合Mathcad与桥梁博士分别计算了该段曲线槽形梁的预应力损失，具体内容有:管道摩阻损失计算;锚具压缩损失计算;混凝土弹性压缩损失;钢筋应力松弛损失;混凝土收缩徐变损失。

图3为使用桥梁博士建立模型计算的图形概况。

图3　结构工作钢束图

4　各项预应力损失计算与分析

4．1预应力钢筋与管道壁之间的摩擦损失图4是Mathcad进行计算的部分截图。

图4　Mathcad管道摩阻损失计算

表1　Mathcad计算1#～39#钢筋跨中管道摩阻损失　MPa

续表1

表1的Mathcad计算结果，14#～23#钢筋为考虑平弯影响的管道摩阻损失值，14#～18#钢筋曲线段平弯角度为9°，竖弯角度为6°，19#～23#钢筋曲线段平弯角度为6°，竖弯角度为6°，24#钢筋～39#钢筋竖弯角度为8度。

4．2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失采用Mathcad程序计算，结果见表2。

表2　Mathcad计算1#～39#钢筋跨中锚具回缩损失　MPa

Mathcad中程序的计算方法为考虑两端张拉效应，锚具变形值根据公路桥梁规范可取为12 mm，若计算反摩阻影响长度大于张拉端至跨中距离，则跨中锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失不为0，反之则此项损失为0。这在Mathcad计算结果中并没有体现出，在桥梁博士计算结果中，24#，25#，28#，29#，32#，33#，35#，37#损失值为0，说明这些预应力钢筋反摩擦影响长度要比张拉端据跨中距离要短。

4．3钢筋松弛引起的预应力损失

表3　桥梁博士计算1#－～39#钢筋跨中松弛损失　MPa

由图3可知，钢筋松弛引起的预应力损失在沿跨径方向的分布情况与其它几项类似，跨中最大，沿跨中向两端逐渐减少。其中跨中最大损失值为25 MPa，可见，钢筋松弛引起的预应力损失在钢筋预应力总损失中所占比例较小。

4．4混凝土收缩徐变引起的预应力损失

采用桥梁博士计算的混凝土收缩徐变损失见表4。

表4　桥梁博士计算1#－～39#钢筋跨中收缩徐变损失　MPa

4．5预应力损失汇总

表5　1#～39#钢筋跨中预应力总损失　MPa

由表5可知钢筋预应力损失较多，可以占到钢绞线张拉控制应力的20%左右。因此在估算结构配筋时，一般预估钢筋预应力损失为20%，是比较合理的。由此也可算出预应力钢筋中的有效预应力。

5　结论

桥梁博士是国内桥梁计算广泛应用的一款软件，本文将之与Mathcad相结合，对一曲梁进行计算，给出了预应力损失计算结果。计算过程表明，两个软件相结合能够发挥各自长处，方便灵活，相信这种解决问题的方法会得到更广泛应用。

作者简介:黄强(1969－)，男，工程师。

收稿日期:2014－07－02