1.钢筋类型
对于钢筋混凝土梁而言,梁内的钢筋(reinforcing bar)可分为两大类:
(1)根据受力要求,通过计算确定的“受力钢筋”。主要指沿梁轴方向布置的、承受弯曲拉应力的主筋,以及承受腹板内主拉应力的斜筋和箍筋(stirrups,或称蹬筋)。
(2)根据构造要求布置的钢筋,称为“构造钢筋”。其中包括制造时为便于钢筋骨架绑扎成型和固定主要钢筋位置的“架立筋”,以及难以通过计算确定而凭经验设置的辅助筋。
2.公路钢筋混凝土简支梁钢筋构造实例
(1)板 桥
图5.22所示为标准跨径6m(计算跨径为5.69m)、桥面净宽为8.5m、板厚32cm的整体式简支板桥的钢筋构造。两边安全带宽0.25m,按先前设计规范中的汽-15,挂-80荷载标准设计。纵向主筋采用 φ20mm 的Ⅱ级钢筋。主筋在两端1/6~1/4跨径范围内呈30° 弯起,分布钢筋按单位板宽主筋面积的15% 配置,直径为10mm。
图5.23为一座装配式矩形板桥的钢筋构造。标准跨径与设计荷载同上例。桥面行车道宽7m,无人行道,板内钢筋均为直线钢筋,并配有箍筋保证抗剪强度。
图5.22 整体式板桥钢筋构造(尺寸单位:cm)
图5.23 装配式矩形板桥钢筋构造(尺寸单位:cm)
(2)装配式T梁桥
图5.24为一标准跨径20m 的公路装配式 T 梁的钢筋构造。设计荷载为先前设计规范中的汽-15级,挂-80标准。梁全长19.96m,支座中心距主梁梁端为0.23m。
每片梁内总共配置了8根直径为32mm 和2根直径为16mm 的纵向受力钢筋,编号分别为 N1、N2、N3、N4和N5,其中最下一层的2根 N1(占主筋截面的20% 以上)通过梁端支承中心,其余8根则沿跨长按梁的弯矩图在一定位置弯起。
设于梁顶部的 N6为架立钢筋,也采用 φ32mm,它在梁端向下弯折并与伸出支承中心的主筋N1相焊接。箍筋 N12采用普通光面圆钢筋,直径为 φ8mm,间距为24cm,由于靠近支点处剪力较大和支座钢板锚筋的影响,故采用了四肢式箍筋(截面Ⅰ—Ⅰ ),在跨中部分则用双肢箍筋(截面Ⅱ—Ⅱ)。N11为 φ8mm 的防裂分布钢筋,靠近梁下缘部分布置得较密,向上则布置得较稀。附加短斜筋 N7、N8、N9和 N10采用 φ16mm 钢筋,按梁内抗剪要求布置。
图5.24 标准跨径20m的装配式T梁钢筋构造(尺寸单位:cm)
横隔梁的钢筋构造见图5.25。
图5.25 横隔梁钢筋构造(尺寸单位:cm)(www.xing528.com)
3.预应力混凝土梁的钢筋构造特点
预应力混凝土梁内钢筋可分为预应力钢筋(tendon)和非预应力钢筋两类。非预应力钢筋(包括非预应力受力钢筋和构造钢筋)的构造与普通钢筋混凝土梁中钢筋的构造相同,此处不赘述。以下主要说明预应力钢筋的构造特点。
(1)预应力筋的纵向布置
图5.26是预应力钢筋纵向布置的几种形式。所有形式的共同之处是主筋在跨中均靠近梁下缘布置,以对混凝土梁下缘施加压应力来抵消荷载引起的拉应力。
图5.26 预应力混凝土梁中预应力筋布置方式
直线布筋构造最简单(图5.26(a)),但仅适用于小跨度梁,尤其是先张法制造的梁。其缺点是在支点附近处梁的上缘会出现过高的拉应力,可能导致开裂。为了减小梁端部由于预加力引起的负弯矩,可将力筋在梁间适当位置截断,此时,将预应力筋在横隔梁处平缓弯出梁体,进行张拉和锚固(anchor),见图5.26(b)。
预应力混凝土简支梁桥上采用最多的布筋方式是图5.26(c)和(d)两种。当预应力钢束的根数不多,能全部在梁端锚固时,为使张拉工序简便,通常都将预应力筋全部引至梁端锚固(图5.26(c))。这样布置的预应力筋弯起角α不大(一般在20° 以下),对减小摩阻损失有利。然而,对钢束根数较多的情况,或者当预应力混凝土梁的梁高受到限制,以致不能全部在梁端锚固时,就必须将一部分预应力筋锚固于梁顶(图5.26(d))。这样的布置方式使张拉作业的操作稍趋繁复,预应力筋的弯起角α也较大(达25°~30°),增大了摩阻引起的预应力损失(prestressing loss),但能缩短力筋长度,节约钢材,也有利于提高梁的抗剪能力。
在实际设计中,考虑到梁在跨中区段弯矩变化平缓且剪力也不大,故通常在跨度的三分点到四分点之间开始将预应力筋弯起。起弯的曲线形状可以采用圆弧形、抛物线或悬链线。在曲线的矢跨比不大时,三者的形状很接近。圆弧线施工放样简便,弯起角度较大,可得到较大的预剪力,故通常都在梁中部保持一段水平直线后并按圆弧弯起;悬链线的预应力筋(或制孔器)可利用其自重下垂达到规定线形,定位方便,但它在端部的起弯角度较小。预应力筋弯起的曲率半径,当采用钢丝束、钢绞线时一般不小于4m。
(2)预应力筋的锚固
在先张法预应力混凝土梁中,预应力筋靠混凝土的握裹力锚固在梁体内;而在后张法梁中,则通过各类锚具锚固在梁端。
混凝土梁桥中常用后张法。在后张法锚固区,锚具垫板对混凝土作用有很大的压力,因承压面积不大,应力非常集中。锚板下的混凝土块不仅承受很大的压应力,还承受较大的拉应力(在与锚板平行的面内)。因此,为防止锚板下混凝土劈裂,必须配置足够的钢筋予以加强。锚具在梁端的布置应遵循“分散”、“均匀”的原则,尽量减小局部应力。一般而言,集中、过大的锚具可能不如分散、小型的有利。此外,锚具应在梁端对称于竖轴布置,锚具之间应留有足够的净距,能安装张拉设备,方便对称施工作业。
后张预应力混凝土梁锚固区构造见图5.27示意。
图5.27 预应力混凝土梁(后张法)锚固区构造
4.预应力混凝土梁钢筋构造举例
图5.28为一跨度l=24.0m 的传统的干线铁路后张法预应力混凝土简支梁钢筋构造图。直线梁每片主钢筋为14束高强钢丝束,曲线梁每片16束,每束为21根 φ5mm冷拔碳素钢丝。为了承受荷载剪力,并避免由于预应力偏心过大而使梁端部上翼缘出现拉应力,钢丝束应向梁端逐渐弯起。为布置锚具方便,也要求钢丝束在端部逐渐散开。
图5.28 铁路后张法预应力混凝土梁钢筋布置图(跨度l=24.0m,尺寸单位:mm)
锚具采用钢制锥销式锚具。钢锚用优质钢制成,其锥角为5° 左右,为增加钢丝与锥销间的摩阻力,锥销表面要求做成横向螺纹,锥销中间有一个直径15.5mm的压浆孔,端部并有螺纹以连接灰浆泵管。箍筋用16Mn 钢筋,直径 φ10mm,其跨中部分间距为20cm,端部加密至10cm。在下翼缘和腹板中还有纵向水平钢筋,采用 φ3钢筋,直径 φ8mm,以防止温度和收缩裂缝。为了提高下翼缘抵抗预加应力能力,避免纵向裂缝,在梁的下翼缘中设有封闭形箍筋,箍筋直径 φ8mm,间距10cm。在梁端锚具下设置有厚度16mm 的钢垫板,并在锚下梁体内设有21cm 长的弹簧圈,圈径75mm,由直径 φ3mm 高强度钢丝制成,以利加强锚下混凝土的局部承压能力。
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