一种装配式锚索或锚杆框格梁设计方法及其应用技术

一种装配式锚索或锚杆框格梁结构设计方法，包括如下步骤：装配式框格梁内力与变形计算；装配式框格梁配筋设计；装配式框格梁受力与变形验算；相邻预制梁间连接方式设计。本发明专利技术基于Winkler地基上的Euler

【技术实现步骤摘要】
一种装配式锚索或锚杆框格梁设计方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种设计方法及其应用，尤其是设计一种装配式锚索或锚杆框格梁设计方法及其应用。

技术介绍

[0002]锚索或锚杆框格梁是铁路、公路等路基边坡支挡防护工程中常用措施，传统现浇式锚索/杆框格梁存在成型质量难控制、陡坡作业风险高、施工周期长、机械化程度低等问题。因此，近年来装配式锚索/杆框格梁结构成为路基边坡地质灾害防治的发展趋势。装配式锚索/杆框格梁具有成型质量高、可机械化施工等优点，但是尚未形成系统的装配式预应力锚索框格梁设计方法，如果直接采用现浇式框格梁的设计截面尺寸，会导致成本的大幅度提高。因此，如何进行装配式锚索/杆框格梁的优化设计进而降低结构成本，直接影响装配式锚索/杆框格梁的推广应用。
[0003]装配式框格梁梁体受预应力作用，其受力模式与现浇式框格梁存在差异，现有的现浇式框格梁内力计算方法对装配式框格梁不适用。现有装配式框格梁设计方法主要关注于锚索框格梁的内力与变形计算，梁模型采用Timoshenko梁，内力与变形计算相对繁琐，且缺少预制梁与预制梁之间的连接设计。

技术实现思路

[0004]考虑预制梁体内部纵向拉压配筋、预应力钢绞线布置形式及位置的影响，建立预制梁内力变形快速计算方程，进而提出装配式锚索/杆框格梁设计流程，本专利技术提出预制梁与预制梁间构件连接方式，形成装配式锚索或锚杆框格梁结构设计方法，其技术方案如下：
[0005]步骤1：装配式框格梁内力与变形计算
[0006]依据规范进行滑坡推力计算，根据总滑坡推力确定锚索或锚杆间距，即确定了装配式锚索或锚杆十字梁的横梁与纵梁长度，下面只需要确定梁体截面尺寸设计、配筋设计、构建连接部位设计就可以完成装配式锚索或锚杆框格梁结构最终设计。
[0007]首先假定一个梁体截面尺寸，通过理论推导建立Winkler地基上Euler
‑
Bernoulli梁内力与变形理论解，直接计算出设计锚固力下装配式框格梁承受的弯矩、剪力内力值与变形量；
[0008]步骤2：装配式框格梁配筋设计
[0009]根据设计锚固力下装配式框格梁的弯矩、剪力值，结合我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010)、《预应力混凝土结构设计规范》(JGJ 369)相关设计规范，进行装配式框格梁纵向钢筋、环向箍筋及预应力钢绞线设计；
[0010]步骤3：装配式框格梁受力与变形验算
[0011]考虑配筋布置对梁体刚度影响，进行承载力极限状态、正常使用极限状态下承载力和变形验算；如果验算结果不满足要求，则重新进行梁体截面尺寸与配筋布置；
[0012]步骤4：相邻预制梁间连接方式设计
[0013]相邻预制梁间通过预埋钢筋+现浇混凝土方式进行连接，设计预埋钢筋规格及布置位置。
[0014]优选为：所述装配式框格梁内力与变形理论解求解具体步骤如下：
[0015](1)十字梁节点荷载分配
[0016](2)梁体预应力荷载等效化
[0017](3)梁体内力与变形计算；
[0018]优选为：装配式框格梁配筋设计具体步骤如下：
[0019]1)预应力钢筋及非预应力普通钢筋的数量初步估算以及位置选择，其中预应力钢筋数量和位置拟定主要根据截面的抗裂要求，而非预应力钢筋主要考虑装配式预应力十字梁抗弯承载力来进行选取。
[0020]在初步拟定预应力钢束的数量和位置之后，根据混凝土结构设计规范相关要求拟定非预应力钢筋位置，可按照抗弯承载力的要求估算非预应力钢筋的面积，并根据钢筋面积，得出所需非预应力钢筋的数量。
[0021]2)预应力损失及预应力钢筋有效应力计算。对于装配式格构梁的全面分析和设计，要考虑在每一个重要加载阶段的预应力筋的有效内力，同时要考虑结构使用期间该时期相当的材料性能。按照我国国内现有规范要求，需要验算应力和行为的阶段为初期施加预应力阶段、包括吊装、运输过程在内的施工阶段以及施加锚固力工作荷载的使用阶段共三个重要阶段。
[0022]有益效果
[0023]将十字型装配式框格梁简化为一字梁，梁体内预应力钢绞线配筋等效为梁端剪力与弯矩，提出了考虑拉压纵向钢筋位置、直径等配筋布置的梁体刚度计算方法，通过理论推导建立了Winkler地基Euler
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Bernoulli梁内力与变形理论计算公式，可在保证一定精度的前提下实现梁体内力与变形的快速、简便计算。为保证装配式锚索或锚杆框格梁加固后的边坡整体防护效果，提出了相邻装配式锚索/锚杆框格梁间连接部位设计方法。
[0024]本专利技术基于Winkler地基上的Euler
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Bernoulli梁理论给出了装配式锚索/杆框格梁内力与变形计算方程，简化了计算流程，提出了预制构件间连接部位的设计方法，形成了装配式锚索/杆框格梁设计流程。
附图说明
[0025]图1是本专利技术方法流程图；
[0026]图2为本专利技术不同形状预应力钢绞线及其等效荷载示意图，其中(a)为抛物线型预应力配筋；(b)为直线型预应力配筋；(c)为折线型预应力配筋；(d)为弯起型预应力配筋；
[0027]图3为本专利技术梁中心受集中力示意图；
[0028]图4为本专利技术梁中心承受集中力的有效长度示意图；
[0029]图5为本专利技术梁端承受弯矩示意图；
[0030]图6为本专利技术相邻预制梁间连接段示意图；
[0031]图7为本专利技术连接段钢筋布置示意图。
具体实施方式
[0032]一种装配式锚索或锚杆框格梁结构设计方法，包括如下设计阶段:
[0033]第一阶段：装配式框格梁内力与变形计算
[0034]首先假定一个梁体截面尺寸，通常截面高和宽在0.3～0.65m之间。通过理论推导建立Winkler地基上Euler
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Bernoulli梁内力与变形理论解，可直接计算出设计锚固力下装配式框格梁承受的弯矩、剪力等内力值与变形量。
[0035]1、装配式框格梁内力与变形理论解求解具体步骤如下：
[0036](1)十字梁节点荷载分配
[0037]通过荷载分配算法，将十字型框格梁简化为一字梁，进行内力与变形求解。
[0038]x、y方向基础梁的分配荷载P
x
，P
y
的计算公式如下：
[0039][0040][0041]式中：S
x
,S
y
分别是x、y方向基础梁的特征长度，S
x
＝1/λ
x
,S
y
＝1/λ
y
；λ为梁的弹性特征，k—文克尔地基的基床系数；和分别为x方向和y方向梁的沉降系数；B
x
和B
y
分别为x方向和y方向的梁截面宽度；为钢筋混凝土梁弹性模量，E
g
和E
c
分别为钢筋和素混凝土弹性模量，A
s
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装配式锚索或锚杆框格梁结构设计方法，其特征为：步骤1：装配式框格梁内力与变形计算假定一个梁体截面尺寸，通过理论推导建立Winkler地基上Euler
‑
Bernoulli梁内力与变形理论解，直接计算出设计锚固力下装配式框格梁承受的弯矩、剪力内力值与变形量；步骤2：装配式框格梁配筋设计根据设计锚固力下装配式框格梁的弯矩、剪力值，结合我国《混凝土结构设计规范》(GB50010)、《预应力混凝土结构设计规范》(JGJ 369)相关设计规范，进行装配式框格梁纵向钢筋、环向箍筋及预应力钢绞线设计；步骤3：装配式框格梁受力与变形验算考虑配筋布置对梁体刚度影响，进行承载力极限状态、正常使用极限状态下承载力和变形验算；如果验算结果不满足要求，则重新进行梁体截面尺寸与配筋布置；步骤4：相邻预制梁间连接方式设计相邻预制梁间通过预埋钢筋+现浇混凝土方式进行连接，设计预埋钢筋规格及布置位置。2.根据权利要求1所述的装配式锚索或锚杆框格梁结构设计方法，其特征为：所述装配式框格梁内力与变形理论解求解具体步骤如下：(1)十字梁节点荷载分配；(2)梁体预应力荷载等效化；(3)梁体内力与变形计算。3.根据权利要求2所述的装配式锚索或锚杆框格梁结构设计方法，其特征为：十字梁节点荷载分配算法如下：将十字型框格梁简化为一字梁，进行内力与变形求解：x、y方向基础梁的分配荷载P
x
，P
y
的计算公式如下：的计算公式如下：式中：S
x
,S
y
分别是x、y方向基础梁的特征长度，S
x
＝1/λ
x
,S
y
＝1/λ
y
；λ为梁的弹性特征，k—文克尔地基的基床系数；和分别为x方向和y方向梁的沉降系数；B
x
和B
y
分别为x方向和y方向的梁截面宽度；为钢筋混凝土梁弹性模量，E
g
和E
c
分别为钢筋和素混凝土弹性模量，A
s
和A
c
分别为混凝土和钢筋的截面面积；为钢筋混凝土梁截面惯性矩，b和h分别为梁截面宽度与高度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏少伟，蔡德钩，楼梁伟，石越峰，魏培勇，吕宋，孙宣，曹渊东，刘瑞，耿琳，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：