配筋特点（共6篇）
配筋特点 篇1
对于斜交框架桥, 其结构受力异常复杂, 难寻规律, 其主要的原因, 是因为荷载状态、斜交角、抗扭刚度、抗弯刚度、宽跨比 (b/L) 等的不同。它与正交框架桥相比, 结构尺寸变化不大, 在配筋的方式、方向上提出了更高的要求, 但在配筋量上也并非有很大的增加。
1理论成果分析
当斜交角在15°以内时, 可近似地将斜跨长作为计算跨度, 根据斜交框架桥试验及理论计算结果分析, 按正交桥计算。当斜交角大于15°时, 可按弹性地基上的折板结构进行分析得出以下结论:
(1) 偏移量大致为L/8, 而向钝角一侧偏移, 最大正截面弯矩不在跨。
(2) 立墙设计不宜过薄, 立墙与顶板、底板连接处应力变化急剧。
(3) 最大主弯矩在板中间点及钝角邻近的平分线上。
(4) 钝角效应大致在 (L/5) × (B/4) 面积范围内, 扭矩可与弯矩处于同一量级, 布筋应予加强, 在该范围内产生较大弯矩与扭矩, 如斜角很大 (大于45°) 。
(5) 最大主弯矩方向介于支承边与斜边夹角之间, 荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势, 决定于斜交角度与跨度比及计算点位置。
2配筋受力特点
一般说来, 钢筋棍凝土结构产生裂缝的原因主要是结构配筋不足。本文应用Midas Civil软件建立的有限元模型图来分析斜交框架桥受力分布情况。图1为斜交框架桥空间结构主弯矩图。
2.1图1可看出, 框架桥内力分布不均匀主要发生在顶板、底板, 边、中板在与顶板、底板连接处内力较大, 框架桥的顶、底板的设计最为关键, 斜交框架桥上会有弯矩、扭矩及剪力作用, 正交框架桥也同样如此, 只不过正交框架桥的弯矩和剪力占主导地位, 扭矩很小。斜交框架地道桥的最大跨内纵向弯矩, 一般较同等跨度的正桥的为小, 横向弯矩则较正桥的大得多。由斜交角引起纵向弯矩的减少, 均布荷载比集中荷载更显著。因此, 当桥梁b较宽时, 其横向钢筋的配置也不可随意, 应保证相当的直径及足够的密度。顶、底板横向配筋采用钢筋排架 (1) (2) 循环排列, 排列间距以10～15cm为宜。根据国内外对钢筋混凝土角隅部分进行试验的结果表明, 角隅部分区域产生斜裂缝, 在其根部产生弯曲裂缝, 其原因是由于隅节点处承受了较大的弯矩和剪力。为减小角隅处承受的正弯矩, 设计时首先顺梗胁内侧配置了足够的角隅加强筋, 角隅加强筋与骨架筋排列一致, 如图2所示:
2.2纵向主筋配筋方向主要与斜跨长与框架桥正截面跨度比i=L/b有关。当i>1.25时, 主筋沿桥轴线方向配筋;当i= (0.7, 1.25) 时, 跨中沿支承边垂线方向、支承边附近沿桥轴线方向配筋;当i<0.7时, 主筋沿桥轴线方向配筋。这种布置可大大提高结构抗扭性, 主筋钢筋直径控制在16～25mm, 间距以12～15cm为宜。
2.3顶板与竖墙连接处的处理顶、底板与竖墙连接处承受了较大的弯曲应力, 同时也承受较大的剪力, 且这些力都是正反方向交替作用的。因此, 在顶面、底面易产生较多的交叉裂缝, 为防止轴向钢筋因压屈作用而失效, 将顶板、底板与竖墙连接处增设加强筋, 加强筋布置同骨架筋一致 (如图2) , 用以更好地固定轴向钢筋, 减少顶板、底板与竖墙连接处的裂缝产生。
2.4最大正弯矩发生在顶板、底板的钝角部位, 此外沿支承边附近。弯矩也很大, 斜交框架桥纵向弯矩的最大值并不在跨中或顶、底板与边板相接的角点处, 而是靠近钝角部分, 且形状不对称, 角度越小, 越靠近钝角。顶、底板在钝角处会产生较大的负弯矩, 其方向并不等同于跨径方向。在配筋时《铁路桥涵设计规范》对斜交框架桥加强钢筋布置有明确规定:“钢筋混凝土斜交框架桥, 当斜度大于15°时, 应在钝角部位上层布置垂直于钝角平分线的加强钢筋;在钝角部位下层布置平行于钝角平分线的加强钢筋。”可按图3所示增设钝角加强钢筋。加强钢筋的直径应相当于主筋直径, 其间距以10～20cm为宜。如斜角很大 (大于45°) , 扭矩可与弯矩处于同一量级, 布筋应予加强。
2.5斜交框架桥的钢筋配置与正桥差别不大, 只是应当更加注意钢筋的搭接长度, 锚固长度。钢筋锚固位置应严格安置在混凝土受压区。且钝角加强钢筋不应考虑在检算钢筋面积之内, 还将锚固点置于斜框架桥受拉压交界点处, 伸人受压区不小于25d (d为受力钢筋直径) , 还将各筋锚固点置于非同一截面位置。这样, 对减少锚固端应力集中并防止框架开裂取得了良好的效果。
2.6在立墙两侧面应布置一定数量的水平构造筋, 以抵抗收缩力, 对于多车道桥, 立墙较长更应加强布筋, 间距宜在10～15cm之间, 采用螺纹钢筋, 直径不宜过大, 如立墙很长, 则在设计时应将立墙分段。如立墙侧有土压力, 注意顶板与立墙固接处顶板下缘及立墙侧要布置主筋, 以承受可能产生的正弯矩, 立墙侧面的土压力对结构平面产生扭矩及水平推力, 使结构受力更复杂。
3结束语
综合以上几点斜交框架桥配筋特点, 可以更好的在实际工程中使钢筋骨架布置简洁, 受力明确, 钢筋布置合理, 有效防止斜框架桥结构裂缝的产生。
摘要：框架内任一截面都存在复杂的弯、扭、剪复合作用, 斜交框架桥由于斜交角的影响, 对钢筋配置提出了更高要求。本文根据铁路框架桥空间结构受力特点, 结合笔者桥涵设计中钢筋图绘制经验, 阐述了铁路斜交框架桥顶、底板的配筋特点, 对当前大斜交框架桥钢筋绘制起指导作用, 供实际工程参考。
关键词：斜交框架桥,受力情况,配筋特点
参考文献
[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 1996.
[2]structural engeineering.1977.
[3]童森林.桥梁设计算法新解[M].北京:中国铁道出版社, 1998.
[4]铁道部专业设计院标准设计管理处.框架式框架桥[M].北京:人民铁道出版社, 1979.
配筋特点 篇2
关键词：连续配筋混凝土路面,裂缝间距,裂缝宽度,传荷能力
1 概述
水泥混凝土路面具有承载能力大、养护费用少、稳定性好、耐疲劳、抗冻性和耐磨性优良、对腐蚀性介质相对不敏感等优点,并且不会出现车辙、壅包等现象,加之我国优质路用沥青资源的匮乏和水泥资源相对丰富,修筑水泥混凝土路面具有广阔的前景。
连续配筋混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement,以下简称CRCP)是道路工作者为克服普通混凝土路面诸如唧泥、错台等接缝处病害而研究的一种路面,在路面纵向连续配足够数量的钢筋,以控制混凝土路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量。同时,横向也配有一定数量的钢筋来支撑纵向钢筋。在施工时完全不设胀、缩缝(施工缝及构造所需的胀缝除外),形成一条完整而平坦的行车平面,从而改善了汽车行驶的平顺性,同时又增强了路面板的整体强度。CRCP结构图如图1所示。
2 CRCP应用
20世纪80年代以来CRCP以其良好的使用性能在欧美国家得到了广泛的应用,最早应用CRCP的国家是美国,之后比利时、英国、法国、澳大利亚、加拿大、意大利、西班牙、日本等很多国家都修筑了CRCP,并将CRCP应用于国道、汽车专用道路和城市道路,特别是高等级公路和重要道路。我国CRCP应用较晚,东南大学、长安大学和长沙理工大学等科研机构进行了CRCP试验路和实体工程的研究工作。2001年在京珠高速公路耒阳至章宜段修建了总长40.1 km的CRCP,实现了CRCP在国内高速公路中由无到有的突破。
3 CRCP病害
混凝土路面板受到基层和钢筋等结构约束作用,在环境荷载和混凝土干缩等因素影响下必然开裂,主要以横向裂缝为主。路面开放交通以后,加之车辆荷载的作用,裂缝宽度较大以及横向裂缝间距较小的板经不起车辆荷载反复疲劳作用将会产生纵向的开裂。由两条横缝、一条纵缝和路面边缘所包围的路面面积是典型的CRCP冲断破坏。冲断破坏还有其他的形式,如密集裂缝处冲断和“Y”形冲断等,见图2。基于路面长期性能(Long-Term Pavement Performance,简称LTPP)研究的试验路数据,Elkins等发现大部分冲断发生在横缝间距为0.3 m～0.6 m的密集裂缝处。
4 冲断机理
关于冲断的发展存在两种观点:一种观点认为纵向开裂是由上至下的开裂,如同悬臂梁;另一种观点认为纵向开裂是由下至上的开裂,如同简支梁。两种观点一致认为冲断原因如下:1)横向裂缝宽度大、裂缝传荷能力(LTE)低,车辆荷载作用引起混凝土板的横向应力增加;2)重复轴载作用增加了混凝土板的疲劳;3)当累积疲劳超过了疲劳强度,CRCP产生纵向开裂,即产生冲断。
为减少冲断,应使裂缝宽度尽可能的小。AASHTO 2002计算公式表明裂缝宽度是裂缝间距的函数,裂缝间距越大,裂缝宽度越大。同时,调查也发现冲断经常发生在较小裂缝间距处。裂缝间距是混凝土抗拉强度、配筋率、混凝土板厚、温降和干缩以及基层摩阻的函数。裂缝宽度影响CRCP结构的连续性,保持横向裂缝处结构连续性对保证CRCP良好性能是至关重要的,结构连续性用裂缝传荷效率(LTE)来衡量。裂缝宽度越小,横向裂缝传荷能力越好;裂缝较宽,在车辆荷载反复作用下,裂缝处传荷能力下降,最终导致板顶部或底部横向拉应力增加,增加疲劳,并最终产生纵向裂缝,引起冲断。CRCP配筋设计的基本思想是通过合理配筋使CRCP产生适当的横向裂缝来释放由于温度和湿度变化引起的应力,并使裂缝宽度较小来保持结构在横向裂缝处的连续性。裂缝间距和裂缝宽度(或LTE)对冲断产生有重要的影响。
5 配筋设计
5.1 国外配筋设计
AASHTO 2002设计CRCP时以平整度和冲断为指标,对路面设计寿命内不同时期进行分析。不同时期计算采用的设计参数不同,采用时间增量法,在分析CRCP早期性能时,采用的是早期混凝土参数、环境荷载等。分析通车后CRCP性能时采用的混凝土参数、环境荷载和交通荷载等也是随着时间变化的。因此AASHTO 2002能够对设计寿命期内不同时刻CRCP性能进行预估,这种预估的前提是对混凝土参数、环境荷载和交通荷载等随时间变化的预估。AASHTO 2002设计指南给出了CRCP配筋设计计算公式,该公式是基于理论的经验公式,式(1)～式(4)分别为AASHTO 2002计算平均裂缝间距、裂缝宽度、裂缝处钢筋应力和冲断数的理论经验公式。
理论经验公式表明裂缝宽度是裂缝间距的函数,裂缝宽度与裂缝间距基本成正比;冲断受混凝土板厚、配筋率、基层类型和施工等因素影响。
5.2 国内配筋设计
JTG D40-2002水泥混凝土路面设计规范中给出了横向平均裂缝间距式(5)、裂缝宽度式(6)和钢筋应力式(7)的计算公式。在配筋设计时初拟配筋率,再计算裂缝间距、裂缝宽度和钢筋应力,任何一项不能满足规范要求时需要增大或减小配筋率重新计算直到满足要求。
bj=(αcΔT+εsh)λbLd (6)
σs=Es(αcΔTλst+αsΔT) (7)
裂缝宽度是裂缝间距的函数,裂缝宽度与裂缝间距基本成正比,没有考虑冲断。
5.3 国内外配筋设计评述
AASHTO 2002中CRCP配筋设计是基于理论的经验方法,而且有配套的设计软件MEPDG,在CRCP设计过程中考虑到CRCP全寿命进行裂缝间距、裂缝宽度、钢筋应力和冲断发展的分析,不同时刻计算时采用不同的路面参数。AASHTO 2002将冲断作为一个指标,综合考虑了板厚、配筋率、基层类型、施工和荷载的影响,设计过程更符合实际。国内规范仅对裂缝间距、裂缝宽度和钢筋应力进行控制,采用的设计参数跟路面使用时间没有关系,采用最不利条件下的荷载,没有考虑施工方法等对路面的影响。
6结语
可见,国内外均通过裂缝间距、裂缝宽度和钢筋应力来控制CRCP合理裂缝形式,合理的裂缝形式是避免冲断的必要条件。国外对冲断数进行了预估,冲断与混凝土板厚、配筋率、基层类型、施工及荷载有关,说明合理裂缝间距只是不冲断的前提条件。
因此为保证CRCP良好的使用性能,以裂缝间距、裂缝宽度(或LTE)和钢筋应力为指标进行配筋设计以达到合理裂缝间距的同时,还应该考虑冲断指标。
参考文献
[1]王衍辉.连续配筋混凝土路面横向裂缝分布预估[D].西安:长安大学,2010.
[2]Transportation Research Board of the National Academies.Guidefor Mechanistic-empirical Design of Newand Rehabilitated Pave-ment Structures[R].Washington DC:Transportation ReasearchBoard of the National Academies,2004.
[3]JTG D40-2002,水泥混凝土路面设计规范[S].
[4]胡长顺,曹东伟.连续配筋混凝土路面结构设计理论与方法研究[J].交通运输工程学报,2001(6):36-37.
配筋特点 篇3
文献[3]提出沿梁截面高度将箍筋分三层配置, 箍筋之间通过梁腹构造钢筋来连接的新配筋方案。通过试验综合能看出新配筋方案具有抗震性能优以及构造简单、施工方便的优点, 为更好的验证新配筋方案是解决小跨高比连梁问题的一条有效思路, 本文不改变其他因素, 通过增大纵筋直径, 研究钢筋纵筋配筋率对小跨高比连梁受力性能的影响。
1计算模型
取剪力墙结构上下层中间带连梁部分作为计算模型, 连梁尺寸In×b×h=900 mm×100 mm×600mm, 试件各参数见表1。
2有限元分析结果
通过增大纵筋直径, 对试件进行有限元分析, 整理得到下列表格。
2.1 CB- (1) 纵筋配筋率改变是承载力分析
模型有限元计算结果见表2。
2.2 CB- (2) 纵筋配筋率改变是承载力分析
模型有限元计算结果见表3。
2.3 CB- (3) 纵筋配筋率改变是承载力分析
模型有限元计算结果见表4。
3纵筋对小跨高比连梁影响分析
3.1承载力分析
小跨高比连梁改变纵筋直径时的承载力见表5。
分析表格可以得到:
(1) 纵筋配筋率的增大, 研究模型的屈服荷载和极限荷载都在增加, 极限荷载上升趋势更加明显。
(2) 研究三个模型得出, CB- (1) 极限承载力最小, CB- (3) 极限承载力最大。
3.2延性和变形能力分析
小跨高比连梁改变纵筋直径的极限位移和延性系数见表6。
分析表格可以得到:
(1) 纵筋配筋率的增大, 延性上升。
(2) 三个模型比较, CB- (3) 、CB- (2) 没有CB- (1) 延性好。
4结语
通过改变纵筋配筋率对小跨高比连梁进行有限元分析, 综合其承载能力和变形能力, 可得以下结论:
(1) 增加纵筋配筋率, 试件极限荷载有小幅提高, 延性也并未明显增加, 设计时纵筋只考虑最小配筋率。
(2) CB- (1) 、CB- (2) 、CB- (3) 相比较, 承载力CB- (3) 比CB- (2) 、CB- (1) 大;但是延性CB- (2) 、CB- (1) 比CB- (3) 好, 试件随着承载力提高, 延性逐渐降低。
参考文献
[1]傅剑平, 赵杰林, 曹云锋, 等.采用新配筋方案小跨高比抗震连梁的试验研究[J].重庆建筑大学学报, 2004, 26 (1) :50.
[2]胡启, 陈道政, 王浩洁.小跨高比连梁的几种配筋形式研究[J].安徽建筑工业学院学报 (自然科学版) , 2013, (1) .
配筋路面结构优化设计研究 篇4
银英公路设计标准为省道主干线, 为改扩建道路, 是英德市主要干道之一, 其建成后对于其经济发展非常重要。道路主要技术指标: (1) 道路等级:四车道二级公路; (2) 计算行车速度:40公里/小时; (3) 路基、路面宽度:路基宽度17米, 路面宽度14米; (4) 路面等级:连续配筋混凝土高级路面; (5) 设计荷载及参数;自然区划:Ⅳ7;设计标准轴载:BZZ-100;设计基准期:30年;标准轴载累计作用次数:5.0×107。
2路面结构优化设计
2.1路面设计方案
我国规范规定:连续配筋混凝土路面的纵向配筋设计要求符合下面三项设计标准:
(1) 混凝土面层横向裂缝的平均间距为1.0~2.5m; (2) 裂缝最大宽度为1mm; (3) 钢筋的最大拉应力不超过钢筋的屈服强度。
拟建道路采用强夯法地基处理后采用连续配筋混凝土路面 (简称CRCP) 路面方案, 路面结构组合:28cm连续配筋混凝土面层+0.05cm沥青下封层、基层采用20cm 6.0%水泥稳定砂砾基层+16cm5.5%水泥稳定砂砾底基层+15cm级配碎石垫层+处理路基。配筋方案:布设单层钢筋网:纵、横钢筋均采用HPB335;纵向钢筋直径采用20mm, 纵向配筋率采用0.7%;横向钢筋直径采用12mm, 钢筋间距采用70cm;钢筋采用HPB335螺纹钢筋;端部采用地梁锚固结构形式。路面结构预留5m的横向切缝, 切缝宽度达到3~5mm。
2.2路面结构优化设计
2.2.1路面结构优化设计
针对银英公路路面结构建立有限元模型分析路面结构组合的受力情况, 依据设计资料路面结构分为四层, 各结构层层间连续。ABAQUS建模参数:混凝土面板厚度h1=0.28cm, 模量E1=30GPa、泊松比μ1=0.15、密度2400kg/m3、导热系数1.5W/ (m·K) 、比热容0.980KJ/Kg°C;基层厚度h2=20cm、模量E2=1800GPa、泊松比μ2=0.20;底基层厚度h3=16cm、模量E3=1600GPa、泊松比μ3=0.20;垫层厚度h4=15cm、E4=500GPa、泊松比μ4=0.25;土基模量E5=100MPa、泊松比μ5=0.28;纵向钢筋:配筋率0.7%、直径d1=20mm、间距a1=20.5cm模量E6=210GPa、泊松比μ6=0.10;横向钢筋:直径d2=12mm;间距a2=70cm、模量E7=210GPa、泊松比μ7=0.10;钢筋采用HPB335螺纹钢筋;荷载类型选用BZZ-100单轴双轮组标准荷载, 调查资料计算累计轴载次数为5.4×107次, 依据规范可知属于特重交通, 荷载作用最不利荷位处, 调查表明裂缝间距L=5m, 裂缝宽度l=5mm;温度应力计算时最大温度梯度值取Tg=90 (°C/m) 。
由表1计算结果可知, 依据公路水泥混凝土路面规范在行车荷载和温度梯度综合作用下, 不产生疲劳断裂作为设计标准, 在标准轴载作用下组合路面结构应力值临近路面疲劳破坏的临界值。在超载20%轴载作用下, 路面结构结合应力值超过路面疲劳破坏的临界值, 路面结构可能发生破坏。调查资料显示银英公路作用英德市主要干道之一, 其交通量大且属于递增状态, 超载情况也存在, 路面在使用年限内, 可能发生破坏, 进行路面设计时路面结构应有一定的强度储备, 主要从路面结构组合及配筋方面进行优化。
2.2.2配筋方案设计
合理的配筋设计, 能够有效的提高使路面结构形成整体, 提高路面受力性能, 同时能够抑制路面前期裂缝的扩展及运营中新裂缝的产生, 使路面行车舒适。银英公路CRCP路面配筋设计依据公路水泥混凝土设计规范以裂缝间距及宽度为作为配筋设计指标, 计算得到其配筋方案:纵向钢筋配筋率0.7%、直径d1=20mm, a1=20.5cm;横向钢筋直径d2=12mm、间距a2=70cm;钢筋采用HPB335螺纹钢筋;依据有限元计算结果, 对银英公路CRCP路面配筋设计作如下讨论:
(1) 依据标准轴载及超载20%轴载作用下CRCP路面结构疲劳应力计算结果可知, 在路面使用年限内, 路面结构可能发生破坏。除路面结构组合进行优化外, 配筋设计优化也是重要方面之一。
(2) 银英公路纵向钢筋直径采用20mm, 且配筋率为0.7%, 计算其钢筋间距为20.5cm, 而横向钢筋直径采用12mm, 钢筋间距为0.7cm;依据前述结论, 纵、横向钢筋形成的钢筋网间距过大, 减少了钢筋与混凝土之间的握裹面积, 减弱了钢筋对混凝土的约束。不利于结构受力。研究表明横向钢筋除起支撑作用外, 还参与结构受力, 横向钢筋直径与纵向钢筋直径差距较大, 在荷载反复作用下钢筋可能会受力不均匀, 在纵、横钢筋搭接处会产生应力集中, 易产生新裂缝及扩展。
(3) 施工资料显示:CRCP路面施工时进行了预留切缝, 裂缝宽度较大, 预留切缝的处理尤为重要, 钢筋施工时应进行防锈处理减少因钢筋及混凝土的腐蚀, 而导致路面结构破坏。
3结束语
水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好等特点。同时在交通量大、轴载加重及路基不稳定等外界不利因素的作用下, 水泥混凝土路面板易发生脆性破坏;银英公路采用CRCP路段, 经过五年多运营, 路面状况良好。
参考文献
[1]白桃, 黄晓明, 李昶, 等.连续配筋水泥混凝土路面温缩应力简化公式研究[J].湖南大学学报 (自然科学版) , 2011, 38 (6) :1-5.
[2]左志武, 张洪亮, 王衍辉.连续配筋混凝土路面早期力学响应现场测试与分析[J].中国公路学报, 2010, 23 (3) .
钻孔灌注摩擦桩配筋长度探讨 篇5
对于钻孔灌注摩擦桩的配筋,过去多数设计人员按照自己习惯的方法进行设计,配筋长度随意性较大,大致可归纳为以下几类:1)大多数设计单位桩基配筋采用m计算,按弯矩零点考虑配筋长度,第一批50%主筋在离桩顶4/α+(2 m～3 m)(α指桩的水平变形系数,下同)处截断,钢筋笼长度不小于2L/3(L指桩长,下同);2)第一次从桩顶至4/α处截断1/3主筋,第二次在2/3桩长处再截断1/3主筋,最后1/3主筋配到桩底;3)桩身上部L/3处第一批截断主筋的50%,剩下的50%主筋配置到2L/3处,最下面留有L/3长度的素混凝土段;4)桩顶到L/2处第一批截断主筋的50%,其余50%主筋配置到桩底,或在下面留1 m～3 m的素混凝土段;5)为方便钢筋笼设计,将一批桩长相差不大的桩,采用同一尺寸的钢筋笼,以底部不同的素混凝土长度来调整,这使得桩底以上素混凝土段长短不一,有10 m,20 m甚至30 m的情况。
总体上说,自从提出设计终身负责制后,桩内配筋长度普遍增长,具有优化设计与节省用钢量的潜力;同时,对少数桩基的素混凝土段长度也需要进行必要的限制,以确保桩基受力安全。
1 现行规范对钻孔灌注摩擦桩配筋的要求
钻孔灌注摩擦桩主要依靠桩侧与地基土之间的摩擦力来承受桩顶竖向荷载,桩身所承受的竖向荷载自上而下逐渐减小,越接近桩底,桩身所受的轴向力越小;同时,摩擦桩的桩长与桩径的比值较大,亦即桩身较柔,在水平荷载和弯矩的作用下,桩身所受的弯矩与剪力也是靠近桩顶的上段大,在桩侧土抗力的不断抵消下,同样使其所受的弯矩与剪力自上而下迅速衰减。因此,桩基内的钢筋可分段配置不同的数量,桩顶段根据受力需要按钢筋混凝土构件配筋,越向下配筋量越少,最后靠近桩底附近可不配筋而做成素混凝土段。
现行《公路桥涵地基与基础设计规范》规定“计算桩基内力时,可采用m法”。按m法计算αh>2.5的弹性桩基础时指出:“桩柱在地面或局部冲刷线以下入土深度h≥4/α以下桩身部分的内力均可以认为等于零”。《建筑桩基技术规范》规定:“受水平荷载的摩擦型桩(包括受地震作用的桩基),配筋长度宜采用4/α”;“对于单桩竖向承载力较高的摩擦端承桩宜沿深度分段变截面配置通长或局部长度钢筋;对于承受负摩阻力和位于坡地岸边的桩基应通长配筋”。
按上述规范的要求可以看出,钻孔灌注摩擦桩不要求在桩身内从上到下配置相同的钢筋,而是可以分段配置不同的主筋总面积。
2 关于优化钻孔灌注摩擦桩配筋长度的设想
2.1 第一批截断50%主筋的长度L1
按m法计算的弯矩零点为4/α,理论上弯矩零点以下的桩身弯矩与剪力均可以认为等于零,可以不配置钢筋。即使按K法计算的第二弯矩零点离地面或冲刷线的距离较m法计算的4/α值大,也没有必要将L1值加大,因为至4/α处仅截断主筋的50%,还有50%的主筋是通过4/α处截面而继续延伸的。故建议L1采用:L1=4/α。
2.2 钢筋笼长度L2
计算单桩水平承载力较常用的方法有m法、c法和K法等。前两种方法是《公路桥涵地基与基础设计规范》采用或明确推荐采用的方法。这些方法的不同之处主要在于地基系数随深度变化的形式不同,因而计算出桩的内力值以及分布形式也就各异,用这些计算值与实测值比较(见《公路桥梁钻孔桩》上册),K法与m法的最大弯矩计算值比实测值大,其位置比实测的低,c法的计算值与实测值较为接近。K法计算弯矩值最大,但收敛最快,所以第一弯矩零点最高,离地面最近,m法次之,c法的收敛点约为5/α,较m法深,比实测值小。因此,各种计算方法的弯矩零点位置都比实测值高,这说明理论上的弯矩零点并不是实际的弯矩零点,例如m法的弯矩零点在4/α处,理论上认为在该点以下可以不配置钢筋,事实上,在4/α深度以下仍存在弯矩。这就需要在4/α深度以下一定距离内布置一些钢筋。就K法来说,它的弯矩影响深度较大,可达5.989/α以上。另外,《建筑地基基础设计规范》规定“桩径大于600 mm的钻孔灌注桩构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3”。由于目前公路桥梁在桩的试验中,着重于桩的垂直承载力而很少甚至没有对桩的水平承载力进行测试,故在现有的基础上,为了安全起见,钢筋笼长度L2建议在长桩的情况下应满足L2≥6/α。
2.3 素混凝土段长度hc
素混凝土段设置多长为好,在现行规范中找不到明确的说法。考虑钻孔时可能出现倾斜,《公路桥涵施工技术规范》要求成孔倾斜度小于1%。如取最不利成孔倾斜度为1%,成桩后在桩底容许承载力R的作用下,以控制素混凝土段不出现拉应力为条件,并略去素混凝土段桩周土介质的有利因素后,可得混凝土的应力为:σ=R/Ac-0.01Rhc/Wc≥0,其中,Ac=πD2/4(D为桩设计直径,下同);Wc=πD3/32;hc为素混凝土段长度;R为桩底容许承载力;σ为在R作用下桩身素混凝土段与配筋混凝土界面上的拉应力。现令σ=0,即可求得hc=12.5D。由于素混凝土作为偏心受压构件受力时,其桩侧的土抗力肯定要起有利作用;另外在实际桩基工程中尚未见有因桩尖素混凝土段被折断而造成工程事故的实例,因而建议将安全系数K采用1.5是仍属安全的,由此素混凝土段长度可采用下式:hc≤12.5D/1.5=8D。
2.4 沉淀层厚度t
沉淀层厚度t是影响桩基承载力的因素之一,故有关规范规定了按t与桩径D的比值大小来确定桩底承载力的折减系数m。但随着摩擦桩桩身长度的增加,t值大小对桩基承载力的影响也逐渐减小。一般设计人员认为对沉淀层厚度难以检测准确,故认为要求稍严格一些为好,多取t=0.2D。其实,要求过严容易在清孔中引起塌孔,将更影响桩基成桩质量和施工进度。个人认为如非设计承载力要求所必须,则沉淀层厚度t宜适当予以放宽为好。实际上桩底沉淀层泥浆在浇筑水下混凝土时受混凝土拌合料的冲击后,形成了一层“夹泥混凝土”,其强度远大于桩尖底部的原状土。应该说这是一层由混凝土到桩尖底部原状土之间的过渡段,有能力将桩底承载力较好地传给下部原状土,这也说明沉淀层厚度t要求不宜过严。目前检测方法很不完善,《公路桥涵施工技术规范》也无明确规定,个人建议沉淀层控制厚度如下:支承摩擦桩10 cm;摩擦桩(0.2～0.3)D,桩长L<40 m,土质较好时,取小值,L>40 m或土质较差时,取大值,但不超过50 cm。
在短桩内为了防止一通到底的钢筋笼底部钢筋锈蚀,钢筋笼不宜伸入沉淀层内,更不要让钢筋直接与桩尖原状土相接,故钢筋笼最大长度应满足下式:L2<L-t。在计算钢筋笼长度L2时,为偏安全计,考虑沉淀层厚度一律偏大地取t=0.4D。
3 结语
1)关于钢筋主筋长度设计的建议:a.第一批可截断50%主筋,其长度L1=4/α;b.钢筋笼长度L2应按照不同的桩长分别确定:短桩,即L<(6/α+0.4D)时,L2<L-0.4D;中长桩,即(6/α+0.4D)<L<Lk时,L2=6/α,其中Lk=6/α+8D称为界限桩长,即中长桩与长桩的分界桩长;长桩,即L>Lk时,L2=L-8D。
2)关于素混凝土段hc的设计,有条件时,应尽量设置较长的素混凝土段,以节省钢材,但最大长度不应超过8D,对于需要设置声测管的桩基,可留少量钢筋笼中的主筋或采取其他有效措施,安装声测管,不必将桩中剩下的50%主筋全部伸到桩底;同时,当桩身上段存在淤泥、淤泥质土层或液化土层时,其钢筋长度应超过这些土层的厚度,进入到下部土层的一定深度处。对于摩擦支承桩、承受负摩阻力和位于坡地岸边的桩基以及抗拔桩应通长配筋。
摘要：分析了过去钻孔灌注摩擦桩的配筋状况,在明确现行规范对钻孔灌注摩擦桩配筋要求的基础上,提出关于优化其配筋长度的设想及建议,从而确保桩基受力安全。
关键词：钻孔灌注摩擦桩,配筋长度,建议
参考文献
[1]JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
[2]JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].
[3]JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].
[4]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
连续配筋混凝土路面施工论述 篇6
关键词：连续配筋,混凝土路面,施工技术
所谓连续配筋混凝土路面, 主要是指在混凝土路面面层内配置连续的纵向钢筋和横向钢筋, 且施工时路面横向不需设置伸缩缝。相比于普通的水泥混凝土路面, 连续配筋混凝土路面更能保证路面行车质量, 并且在一定程度上减少了路面工程的养护工作, 为路桥施工带来了便利。但由于连续配筋混凝土路面在施工时需要应用到大量的钢筋材料, 工程造价成本相对较高, 且施工工艺复杂, 所以在国内当前的路桥施工中并不常用。但无论如何, 连续配筋混凝土路面的存在是合理的, 在当前的应用范围狭窄并不代表其在以后的工程施工中也不受欢迎, 所以对其施工工艺作详细的研究与探讨仍然具有很高的必要性。
1 连续配筋混凝土路面的优势与劣势
相比于一般性的水泥混凝土路面, 连续配筋混凝土路面可以有效预防各种路面病害, 从根本上改善水泥混凝土路面的性能, 提高混凝土路面的耐久性和平整度。在路桥工程施工中, 如果采用了连续配筋混凝土路面结构, 则该工程路面的行车质量将大大提高, 比起同等级的水泥混凝土路面, 连续配筋混凝土路面的行车舒适度更好, 路面工程的后期养护工作量更小, 耐久性与耐用性也更好。以上所介绍的几点均为连续配筋混凝土路面的施工优势, 为连续配筋混凝土路面在实际工程施工中的应用提供了保障基础。需要提及的是, 连续配筋混凝土路面的应用同样是一把双刃剑, 除了优势以外同样具备应用劣势。
连续配筋混凝土路面的应用劣势表现在以下几个方面: (1) 施工工艺复杂。由于连续配筋混凝土路面在施工时需要横纵向都配置钢筋, 并且要严格控制好配筋率, 所以实际施工时需要注意的问题很多, 比起普通路面结构的施工, 连续配筋混凝土路面的施工工艺更为繁琐、复杂; (2) 施工成本过高。连续配筋混凝土路面施工需要配置大量的钢筋, 就目前来说, 钢筋材料的市场价格是相对较高的, 如果施工中钢筋用量过多, 将在很大程度上提高工程的投资成本, 给相关施工单位带来资金不足的难题。这样看来, 施工工艺与施工成本是制约连续配筋混凝土路面结构推广与应用的两大主要原因, 也是连续配筋混凝土路面对根本的应用劣势。
2 连续配筋混凝土路面面层的施工技术
2.1 路面面板内连续钢筋网的安装
通常情况下, 连续配筋混凝土路面面板内钢筋的安装工艺多选择预先架设安装方式。该方法的实际操作步骤为:
(1) 施工前期准备
正式施工前, 要严格按照设计施工图纸的画法来确定钢筋网的位置, 同时保证路面面板、地梁以及接缝等位置的准确性。
(2) 钢筋网加工
(1) 钢筋网所采用的钢筋直径、间距, 钢筋网的设置位置、尺寸、层数等应符合设计图纸的要求。 (2) 钢筋网焊接和绑扎应符合国家相关标准的规定。 (3) 可采用工厂焊接好的冷轧带肋钢筋网, 其质量应符合国家相关标准的规定。钢筋直径和间距应按设计的非冷轧钢筋等强互换为冷轧带肋钢筋。
(3) 钢筋网安装
(1) 钢筋网应采用预先架设安装方式。 (2) 单层钢筋网的安装高度在面板下10cm处, 外侧钢筋中心至接缝或自由边的距离不宜小于l00mm, 并配置间距40cm*60cm的架立钢筋支座, 保证在拌合物堆压下钢筋网基本不下陷、不移位。单层钢筋网不得使用砂浆或混凝土垫块架立。 (3) 钢筋网的主受力钢筋应设置在弯拉应力最大的位置。单层钢筋网横筋应安装在纵筋底部, 双层钢筋网纵筋应分别安装在上层顶部、下层底部。
(4) 边缘补强钢筋的安装
(1) 在平面交叉口和未设置钢筋网的基础薄弱路段, 混凝土面板纵向边缘应安装边缘补强钢筋;横缝为未设传力杆的平缝时, 应安装横向边缘补强钢筋。 (2) 预先按设计图纸加工焊接好边缘补强钢筋支架, 在距纵缝和自由边100~150mm处的基层上钻孔, 钉入支架锚固钢筋, 然后将边缘补强钢筋支架与锚固钢筋焊接, 两端弯起处应各有2根锚固钢筋交错与支架相焊接, 其他部位每延米不少于1根焊接锚固钢筋。边缘补强钢筋的安装位置在距底面1/4厚度处, 且不小于30mm, 间距为100mm。
(5) 角隅补强钢筋的安装
(1) 发针状角隅钢筋应由两根直径为12~16mm的螺纹钢筋按a/3的夹角焊接制成, 其底部应焊接5根支撑腿, 安装位置距板顶不小于50mm, 距板边100mm。 (2) 角隅钢筋在混凝土路面上应补强锐角, 但在桥面及搭板上应补强钝角。双层钢筋混凝土路面、桥面及搭板需进行角隅补强时, 可等强互换成与钢筋网等直径的钢筋数量, 按需补强。
(6) 钢筋网及钢筋骨架的质量检验
(1) 搭接焊和帮条焊时, 钢筋的搭接长度:双面焊不小于5d;单面焊不小于10d, 钢筋绑扎搭接长度不应小于35d.同一垂直断面上不得有2个焊接或绑扎接头, 相邻钢筋的焊接或绑扎接头应分别错开500mm和900mm以上。连续钢筋网每隔30m宜采用绑扎方式安装。 (2) 摊铺前应检验绑扎或焊接安装好的钢筋网和钢筋骨架, 不得有贴地、变形、移位、松脱和开焊现象。 (3) 铺前必须按上述要求对所有在路面中预埋及后安装的钢筋结构作质量检验, 验收合格后, 方可开始铺筑。
2.2 水泥混凝土摊铺
(1) 摊铺机工作参数的设定和首次摊铺位置校准
摊铺机的工作参数通过试铺段调整固定下来, 正式摊铺时要根据情况进行微调。摊铺前要将摊铺机的振动棒下缘位置控制在挤压板最低点以上, 横向间距不大于45cm, 均匀排列;两侧最边缘振动棒与摊铺边缘距离不得大于25cm。
(2) 做好摊铺速度与摊铺密实度的控制
水泥混凝土摊铺时, 要严格控制好摊铺机的摊铺速度, 并在保证摊铺速度合理的前提下, 尽可能的保证水泥混凝土的摊铺密实度。一般来说, 水泥混凝土摊铺速度要尽量保持平缓、匀速, 避免过快和断续摊铺。具体摊铺速度保持在0.5~1.2m/min范围之间便可。
摊铺密实度是一个重要的指标, 摊铺时, 要严格做好混凝土的振捣处理, 保证混凝土振捣质量, 确保其振捣的密实度, 并尽量避免混凝土过振、漏振等现象的出现。
结束语
综上所述, 连续配筋混凝土路面比一般性水泥混凝土路面更具优越性, 不仅耐久耐用, 行车舒适, 还能有效避免路面病害, 为路面行车安全提供有力的保障。本篇文章对连续配筋混凝土路面的施工技术作了详细的论述, 着重探讨了路面面板内钢筋网的安装工艺以及水泥混凝土的摊铺工艺, 得出结论并形成相关资料, 希望对同行工作者能够有所帮助。
参考文献
[1]鲁昌河, 邱志雄, 蔡业青, 舒翔.双层与单层连续配筋混凝土路面设计与施工探讨[J].中外公路, 2006 (03) .
[2]赵玉肖, 刘立权, 马彦芹.连续配筋混凝土路面 (CRCP) 的施工实践[J].交通标准化, 2007 (04) .