[发明专利]全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力计算方法

说明书

本发明公开了一种全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力计算方法，根据全体外预应力节段拼装桥梁实际的破坏机理，将受力阶段分为梁体未开裂阶段和开裂后阶段两部分，根据线弹性受力阶段体外预应力钢筋和混凝土梁的变形协调条件，以及构件达到承载能力极限状态，节段接缝处开裂后，塑性铰截面转动位移几何关系，得到两阶段体外预应力钢筋的应力增量，由此计算获得全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力；本发明方法中考虑了预应力二次效应，区分了全体外预应力和体内无粘结预应力等混合配束节段梁承载能力计算方法的差异，能够准确反映全体外预应力节段拼装桥梁承载能力极限状态下的受力特征。

技术领域

本发明涉及装配式建筑及桥梁工程领域，更具体地说是涉及全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力计算方法。

背景技术

相对于传统体内预应力桥梁，全体外预应力桥梁具有截面尺寸小、自重轻及吊装施工方便等优点，适合于工业化建造。全体外预应力节段梁受力特性与体内无粘结或混合配筋节段梁不完全相同，在承载能力极限状态下，体内无粘结预应力与梁体变形相协调，基本无预应力二次效应。

全体外预应力钢筋应力增量取决于构件的整体变形和挠度等，在忽略转向块的摩阻效应时可以认为应力沿全长相等。为了准确反映全体外预应力节段拼装桥梁的结构受力特征，需要考虑预应力二次效应，这是由于体外预应力钢筋仅在锚固和转向位置处才能与结构的竖向位移相协调，竖向约束点越少，结构变形时体外预应力钢束偏离原位置就越多，二次效应是体外预应力结构在弹性阶段区别于体内预应力结构的特征之一，主要考虑的是体外预应力钢筋与结构竖向变形的差异。但是，现有的体内无粘结预应力节段梁承载能力计算方法是以假定预应力钢筋与混凝土梁变形完全协调为前提，因此无法准确反映预应力二次效应下全体外预应力节段拼装桥梁承载能力。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足提供一种全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力计算方法，根据节段接缝开裂前和开裂后两个阶段的全体外预应力钢筋应力增量获得全体外预应力节段拼装桥梁的抗弯承载能力，从而准确反映预应力二次效应下全体外预应力节段拼装桥梁承载能力。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力计算方法的特点是包括以下步骤：

步骤1、根据体外预应力钢筋和混凝土梁的变形协调条件，计算获得节段接缝未开裂前，线弹性受力阶段体外预应力钢筋应力增量，记为未开裂阶段应力增量Δσ_ce；

步骤2、基于全体外预应力节段拼装桥梁的使用功能和设计的可靠度指标，对结构全过程非线性数值分析结果进行回归分析，获得构件达到承载能力极限状态下节段接缝处开裂转角θ；

步骤3、在承载能力极限状态，节段接缝处开裂后，根据塑性铰截面转动位移几何关系，获得开裂后体外预应力钢筋的伸长量ΔL_cp；

步骤4、根据应力应变关系，获得节段接缝处开裂阶段体外预应力钢筋应力增量，记为开裂阶段应力增量Δσ_cp；

步骤5、基于未开裂阶段应力增量和开裂阶段应力增量，依据截面内力平衡关系，获得体外预应力极限应力值f_ps；

步骤6、基于预应力二次效应，根据承载能力极限状态下梁体截面的转动位移，获得体外预应力钢筋与混凝土梁的相对竖向位移差Δh；

步骤7、基于构件达到承载能力极限状态时体外预应力钢筋与混凝土梁体相协调，且无粘结体外预应力钢筋沿其长度方向的极限应力均相同，根据平截面假定，获得全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力M_d。

本发明全体外预应力节段拼装桥梁抗弯承载力计算方法的特点也在于，所述步骤1中未开裂阶段应力增量Δσ_ce由式(1)计算获得：