配筋形式

配筋形式（精选4篇）

配筋形式 篇1

预应力钢筋混凝土空心板楼板是传统楼盖结构形式,广泛应用于工业与民用建筑工程中。近年来,随着孔洞内模成孔问题的成功解决,使得这类楼盖可以采用现浇方式成型。这类楼盖结构顺管向可看作密肋楼盖,垂直于管向可看作空腹楼盖,因此可将其看作构造上的各向异性板[1]。本文通过将预应力筋集中于暗梁上布置和分散于梁肋上布置两类不同布置方式的对比,给出用ANSYS程序分析的方法以供设计参考,并得出合理的布筋形式。

1 工程背景

某商用楼顶层为大空间,层高5.5 m,采用三跨共26.4 m×26.4 m的现浇预应力空心双向板,空隙率0.425,板厚750 mm。上人屋面活荷载5 kN/m2,外加恒载2 kN/m2,混凝土等级C45,采用低松弛1860级钢绞线,控制应力0.75×fptk=1 395 MPa,暗梁配二级钢筋,10根■25,分布筋ϕ14@150,预应力筋反弯点在0.1L=2.64 m处。

2 建模过程

由于顺管向管与管之间有梁肋,垂直管向管与管之间也有梁肋,考虑到要将预应力筋布置在管与管之间的梁肋中,又为了保证梁肋的完整性,所以将顺管向空心板简化为如图1,图2所示的截面梁,垂直于管向简化为如图3,图4所示的截面梁。

按上述四种截面计算时,由于其是交叉梁,所以上下翼缘重叠,必须在模型中对密度进行调整。

$\begin{array}{l}{\rho }^{\prime }=\frac{2500\times 26.4\times 26.4\times 0.75\times 0.575}{26.4\times 26.4\times 0.75\times 0.575+26.4\times 26.4\times 0.15}\\ =1855\text{k}\text{g}/\text{m}{}^3。\end{array}$

由于本工程预应力板和暗梁要求二级抗裂,在荷载作用下混凝土不会开裂,所以不必用Link10单元来模拟预应力筋,Solid65单元来模拟混凝土[2],控制裂缝,因而梁选用Beam188单元,图1截面可以用自定义的方法定义截面后,赋给梁。由图1,图2可见,两方向的梁肋上翼缘是重合的,建模中生成的面,只用来传递荷载,并且面的四个角点搁置于梁上,选用Surf154单元可以完全满足上述要求。预应力筋按照文献[3]用等效荷载的方式加于梁上。图1截面惯性矩为I1=5.564×1010 mm4;图2截面惯性矩为I2=1.084×1010 mm4;图3截面惯性矩为I3=2.419×1010 mm4;图4截面惯性矩为I4=4.545×1010 mm4,所以顺管向的总惯性矩为2I1+27I2=40.396×1010 mm4;垂直于管向的总惯性矩为18I3+2I4=52.632×1010 mm4。由于二者的总刚度近似相等(未考虑非预应力梁),顺管向与垂直管向加根数相等的预应力筋,建立工况如下:第一工况为恒载;第二工况为活载;第三工况为在暗梁上集中布置单根预应力筋;第四工况为在顺管向和垂直于管向梁肋上布置单根预应力筋(不包括暗梁)。采用调整各种工况系数的方法,进行反复计算。

3 结果分析

集中和分布布置预应力筋时根数与板上应力和抵消的位移之间的关系见表1。

由表1可以看出,在控制板上拉应力不超过C45混凝土的开裂拉应力为2.51 MPa时,采用集中于暗梁布置预应力筋的布置方式对于抵消位移是最明显的,且单根预应力筋的效率是最高的。

4 算例

某工程有人防要求,恒载7.4 kN/m2,活载3.5 kN/m2,空心板厚700 mm,管子直径400 mm,混凝土C40,采用低松弛1860级钢绞线,控制应力0.75×fptk=1 395 MPa,大跨度空心板布置在②轴～⑦轴×?轴～?轴范围内,③轴～⑥轴和?轴～?轴暗梁上集中布置预应力筋;平行②轴和⑦轴梁肋上布置分散预应力筋。

运用本文的方法反复计算,得预应力筋分散与集中布置和板上应力与板最大位移关系(见表2)。

通过此算例可以得出和第一例子相类似的结果。

5结语

1)通过以上计算和分析表明,暗梁和梁肋可以通过变化预应力筋根数的方法调整刚度,当暗梁的预应力筋较多,即暗梁的刚度较大时,可以将荷载引导上来,能够主动受力,即预应力结构是主动受力结构[4]。2)若不考虑施工条件,将预应力筋完全集中于暗梁上是最经济的。如果不设置暗梁,而全部是梁肋结构,即采用分布式布置,为了保证拉应力控制在2.51 MPa以内,所需的预应力筋根数将很多,造价很大。3)如果考虑到暗梁的局部受压问题,实际工程中不能完全采用预应力筋集中布置于暗梁上的做法,综合考虑施工与造价的问题,还是应该采用集中于暗梁加分布于梁肋的布置方式。

摘要：结合具体工程实例,探讨了大跨度现浇预应力空心板合理配筋形式,通过对几种不同预应力筋布置方式应力的计算,得出了一种优化的布置方式,以优化大跨度现浇预应力空心板的设计。

关键词：空心板,预应力,布置形式,配筋

参考文献

[1]张华刚,马克俭.现浇空心板楼盖结构的简化分析及其应用[J].重庆建筑,2004(2):10-12.

[2]刘涛,杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社,2002.

[3]吕志涛,孟少平.现代预应力设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[4]杨绍清.白马大厦扩建工程大跨度预应力转换大梁的设计与施工[J].广东水利水电,2002(6):9-11.

配筋形式 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。

$L{}_d=\frac{2b}{\sqrt{\frac{4k{}_s}{d{}_{s}E{}_s}(1+\phi )}}$ (5)

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.

配筋形式 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) .