[发明专利]一种体外预应力混凝土箱梁转向构造简化设计方法

说明书

本发明公开了一种体外预应力混凝土箱梁转向构造简化设计方法，应用于桥梁工程体外预应力结构技术领域，包括以下步骤：S1、将箱梁顶板、箱梁底板和箱梁腹板分别简化为平面杆系单元；S2、设定杆系单元的横截面宽度、高度和长度；S3、将转向构件简化为平面网格模型，将体外束转向力荷载作用在荷载作用点；S4、将各简化的结构在二维平面上组合，得到二维框架模型；S5、计算二维框架模型的受力，根据受力结果对转向构件进行配筋设计；该简化设计方法能够快速对转向构造进行简化，整个过程简单容易实现，不需要复杂的过程，简化了建模计算过程，提高了设计速度。

技术领域

本发明涉及桥梁工程体外预应力结构技术领域，特别涉及一种体外预应力混凝土箱梁转向构造简化设计方法。

背景技术

体外预应力技术目前已广泛运用于桥梁工程新建、改造以及加固领域。近些年来大跨混凝土箱梁桥中也更多的采用了体外预应力技术，以实现增大跨越能力以及减小跨中残余变形。体外预应力桥梁中的转向构造是除了锚固横梁外体外束在箱梁桥跨内唯一与预应力受力结构有联系的构件。

转向构造在体外预应力箱梁结构中起着实现钢束空间转向以及将体外预应力荷载传递到梁体结构的关键作用。常用的转向构造形式分为块式、横肋式、竖肋式和横隔板式。目前国内外关于转向结构的设计方法可以归纳为三种：第一种是实体有限元分析法；第二种是空间网格模型法；第三种是拉压杆模型法。对体外预应力混凝土箱梁桥的转向结构进行细节研究设计通常采用实体有限元模型分析法；空间网格模型法为对实体有限元模型分析法的简化，是混凝土箱梁结构的一种精细化设计方法，将转向构造附近的板件转化为三维模型；拉压杆模型法为现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算应力扰动区采用的方法。

目前对体外预应力混凝土箱梁转向结构的设计方法缺点或不足如下：实体有限元模型分析法，其对设计者的技术水平要求较高，且计算结果为实体单元应力，不便用于转向构造直接配筋设计，过程耗时；采用空间网格模型法，将转向构造附近的板件转化为三维模型，虽然可以直接得到单个单元的内力，但是建模过程相对复杂，耗费时间；拉压杆模型法为现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算应力扰动区采用的方法，但体外预应力转向构造受力特征与一般拉压杆简化模型有着显著的差异，对于转向构造的设计并不适用，并且对该方法尚无统一的量化评价准则。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述建模过程复杂、耗时的不足，提供一种体外预应力混凝土箱梁转向构造简化设计方法，能够快速对转向构造进行简化，整个过程简单容易实现，简化了建模计算过程，提高了设计速度。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种体外预应力混凝土箱梁转向构造简化设计方法，转向构造包括箱梁顶板、箱梁腹板、箱梁底板、转向构件和体外束转向管，简化设计方法包括以下步骤：

S1、将箱梁顶板和箱梁底板分别简化为平面杆系单元，分别记为杆系单元一、杆系单元二，将箱梁腹板简化为平面杆系单元，记为杆系单元三；

S2、设定杆系单元一、杆系单元二和杆系单元三的横截面宽度、高度和长度；

S3、将转向构件简化为平面网格模型，平面网格模型为若干道竖向杆单元和横向杆单元交叉固定连接形成，将体外束转向管简化为荷载作用点，作用于横向杆单元和竖向杆单元交叉的部分节点上；

S4、转向构造各部件的位置关系将各简化的结构在二维平面上组合，添加荷载和边界条件，得到二维框架模型；

S5、计算二维框架模型的受力，根据受力结果对转向构件进行配筋设计。