jtqx-2011-12-1 公路桥梁伸缩缝装置设计指南

JTQX 中国交通企业管理协会技术文件 JTQX-2011-12-1 公路桥梁伸缩装置 设 计 指 南 2011-01-26 公布 2011-01-26 实施 中国交通企业管理协会 公布 2 公 路 桥 梁 伸 缩 装 置 设 计 指 南 为使公路桥梁伸缩装置的设计符合技术先进、安全可靠、耐久适用、经济合理的要求， 为弥补公路桥梁伸缩装置无设计规范，中国交通企业管理协会路桥配套产品工作委员会专 家委员会组织本行业的技术人员制订了本指南。 本指南适用于公路桥梁一般伸缩装置的设计，不适用于弹塑体伸缩装置、聚合物混凝 土伸缩装置、减震伸缩装置的减震设计，也不适用于橡胶伸缩装置的设计。 1 伸缩装置的寿命 符合现行公路桥涵设计规范车辆荷载的伸缩装置，其钢构件的寿命为四十年，橡胶及 高分子材料件的寿命为十五年。 2 设计采用的荷载 2.1 静力荷载 2.1.1 竖向力静力荷载 竖向力静力荷载为 JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范4.3.所规定的车辆荷载后 轴重力标准值 140KN 和（1+）的乘积值，其中冲 击 系数 =0.45。 2.1.2 双向力静力荷载 竖向力静力荷载为 JTG D60-2004 4.3.所规定的车辆荷载后轴重力标准值 140KN,水 平力静力荷载为车辆荷载后轴重力产生的制动力 42KN，制动力的着力点在伸缩装置顶面 上。 2.2 疲劳荷载 2.2.1 竖向力疲劳荷载 竖向力疲劳荷载为 JTG D60-2004 4.3 所规定的 车辆荷载后轴重力标准值 140KN 和 3 (1+)的乘积值。其中冲击系数 =0.45。 2.2.2 双向力疲劳荷载 双向力疲劳荷载为 JTG D60-2004 4.3 所规定的车辆荷载后轴重力标准值及冲击力 140KN1.45=203KN，以 1/3 的斜率作用在伸缩装置上，所产生的竖向力疲劳荷载为 140KN1.45cos(arctg1/3)=192.58KN, 所产生的水平力疲劳荷载为 140KN1.45sin(arctg1/3)=64.19KN 2.3 荷载布置 2.3.1 伸缩装置上 纵桥向荷 载布置为车辆荷载的单后轴或双后轴， 见 JTG D60-2004 图 4.3.1-2；横桥向荷载布置为一辆或二辆车辆荷载后轴的二个轮重，见 JTG D60-2004 图 4.3.1-3；荷载在横桥向及纵桥向均应布设在对所考虑的细部产生最大应力或挠度的位置上。 2.3.2 静力荷载施加在伸缩装置伸缩量最大时的状态。对于模数式伸缩装置，车辆荷载后 轴的轮重施加在一根中梁上。对于其他伸缩装置， 车辆荷载后轴的轮重施加在二根边梁（或 梳齿板、波形板）上。 2.3.3 疲劳荷载施加在伸缩装置伸缩量中值时的状 态，按 轮重着地长度所作用在异型钢 的梁顶宽度进行荷载分配。 3 设计容许应力 3.1 钢 材容许应力按 JTJ 025-86公路桥涵钢结构及木 结构设计规范表 1.2.5 采用。但要 根据构件的厚度选择相应钢材厚度的屈服强度进行调整，并取 5 的倍整数。 3.2 普通钢筋的抗拉容许应力：一级钢筋=140 Mpa,二级钢筋=200 Mpa。 3.3 承受拉力焊缝的容许应力与基本钢材的容许应 力相同。承受剪力 焊缝的容许应力与 基本钢材的容许剪应力相同。二种不同强度钢材的焊接，取强度低的为基本钢材。 3.4 承受斜弯曲的构件，其容许应力增大系数 C1+0.3( w1 w2)1.15。 式中 w1,w2 -为验算截面上由于作用在两相互垂直平面的弯矩所产生的较小和较大 4 的应力。 3.5 各种钢构件或连接的疲劳容许应力按 JTJ 025-86 表 1.2.17-2 和表 1.2.17-4 规定计算。 3.6 承压支承的容许压应力15.0Mpa；在承压应力计算中，只考虑支承中加劲钢板的 有效支承面积。 3.7 压缩控制弹簧静力荷载的容许压应力3.0Mpa，容许应变=60%。 3.8 剪切控制弹簧静力荷载的容许剪应力1.5Mpa，容许应变=80% 。 3.9 压紧 支承静力荷 载的容许压应力3.0Mpa，容许应变=15%；疲劳荷载的容许压 应力1.0Mpa，容许应变 =5%。 4 设计容许挠度 4.1 中梁、边梁、波形板跨中最大挠度不得大于（1/600）L（L- 计算跨径）。 4.2 横梁跨中最大挠度不得大于（1/600）L（L- 计算跨径）。 4.3 梳齿板端的最大挠度不得大于（1/300）L 1（L1-悬臂长度）。 注：挠度计算中钢材的弹性模量 E2.110 5Mpa。 5 设计方法 5.1 按 JTJ 025-86 的规定采用容许应力设计，并验算伸缩装置及其构件的疲劳强度。 5.2 模数式伸缩装置中关键零部件如：位移控制弹簧、压紧弹簧等的设计除通过结构计算 外，尚须进行静动载试验验证。 5.3 伸缩装置承重结构疲劳试验的加载频率不应大于 5Hz，疲劳次数不应小于 2106 次。 6 伸缩装置在桥梁中的布置 6.1 伸缩装置的布置应根据桥梁的总体布置和几何构造：纵坡、横坡、平面曲率、支座布 置、三向位移的方向和量值 确定。 6.2 桥 梁伸缩缝处 的纵向水平位移小于 5mm，垂直位移小于 0.5mm 时，无需安装伸 缩装 置，可在接缝中设置弹性的和防水的密封材料。 5 6.3 弯 桥伸缩装置应设置在曲率半径上，其沿 桥梁轴线两侧不同点处的伸缩量应考虑平 面曲率半径所引起的增大或减小量。对于模数式伸缩装置，在行车道外缘处的两中梁或中、 边梁之间的最大宽度不得大于 80mm。 6.4 桥梁凹形竖曲线的低点处，不应设置伸缩装置。 7 材料 7.1 位于 TJG D60-2004 附录 B 中的温热和寒冷地区伸 缩装置，累年日最低气温平均值 在 Ts-18，承重结构的钢材和异型钢材应符合 GB/T 700碳素结构钢和 GB/T 1591低 合金高强度结构钢中 Q235 B 和 Q345 B 级质量要求。位于严寒地区的伸缩装置，其承重 结构的钢材和异型钢材按照所在地区累年日最低气温平均值 Ts，为-19Ts-34 或-35 Ts-51时 ,选用 GB/T 700 和 GB/T 1591 中 Q235 和 Q345 的相应 C 或 D 质量等级钢材。 7.2 受海水和侵蚀性物质 影响(JTG D62 表 1.0.7 所列的类和类环境类别)环境中,伸 缩装置的钢材应采用强度级别相同的低碳耐腐蚀钢，并符合 GB/T 4172耐侯结构钢的规 定。 7.3 承压支承的橡胶的物理机械性能应符合下表一中的要求。 承压支承的橡胶的物理机械性能 表一 项目 单位 天然橡胶 硬度 IRHD 603 拉伸强度 Mpa 18 扯断伸长率 % 450 粘结剥离强度 Mpa 10 脆性温度 -50 残余压缩变形 （70/22h/30%压缩率） % 15 7.4 压紧支承的橡胶的物理机械性能应符合下表二中的要求。 6 压紧支承橡胶的物理机械性能 表二 项目 单位 天然橡胶 冲击弹性 % 4762 硬度 IRHD 703 拉伸强度 Mpa 14 扯断伸长率 % 250 粘结剥离强度 Mpa 10 脆性温度 -50 残余压缩变形 （70/22h/30%压缩率） % 30 7.5 密封橡胶带的橡胶的物理机械性能应符合下表三中的要求。 密封橡胶带物理机械性能 表三 项 目 单 位 三元乙丙橡胶 氯丁橡胶 硬度 IRHD 605 605 拉伸强度 Mpa 12 13.5 扯断伸长率 % 400 350 撕裂强度 Mpa 10 25 冲击弹性 % 30 30 脆性温度 -60 -40 恒定压缩永久变形 （70*24h,25%压缩率） % 20 20 耐臭氧老化 （20%伸 长， 40*96h) 0.5*10-4% 无龟裂 0.1*10- 4% 无龟裂 热空气老化 试验条件 h % % 70*168 15 25 70*168 15 25 7 拉伸强度降低率 扯断伸长率降低率 硬度变化 IRHD 010 010 耐水性增重率 室温*144h 65 密度 Kg/m3 55050 拉伸强度 Mpa 4.0 扯断伸长率 % 350 热空气老化试验 拉伸强度 扯断伸长率 MPa % 2.5 300 残余压缩变形 （70/24h/25%压缩率） % 7 脆性温度 -50 8 设计要点 8.1 伸缩量和转角计算 8 8.1.1 桥梁伸缩装置位移量由桥梁接缝处梁体的位移量确定，计算梁体位移量时应考虑 温度变化、混凝土收缩和徐 变、 车辆荷载、预应力、基础变位、风力等引起的纵向、横向伸 缩及转角、竖向变位。 8.1.1.1 桥梁接缝处由温度 变化引起的伸缩量l +t 和l -t，按照 JTG D62-2004公路钢筋 混凝土技预应力混凝土桥涵设计规范 8.6.2-1 和 8.6.2-2 公式计算。 8.1.1.2 桥梁接缝处由混凝土收缩引起的梁体缩短量 l-s，按照 JTG D62-2004 8.6.2-3 公 式计算。 8.1.1.3 桥梁接缝处由混凝土徐 变引起的梁体缩短量 l-c，按照 JTG D62-2004 8.6.2-4 公 式计算。 8.1.1.4 由制动力引起的板式橡胶支座剪切变形导致的桥梁接缝处的伸缩量，按照 JTG D62-2004 8.6.2 条 4 进行计算。 8.1.1.5 桥梁接缝处应计算由预应力引起的梁体缩短量和梁端的转角。 8.1.1.6 悬索桥、斜拉桥的接缝处应计算横向风力引起的横向伸 缩量和横向转角， 竖向变 位。很宽桥梁的接缝处应计 算温度等引起的横向伸缩量。 8.1.1.7 桥梁接缝处应计算车辆荷载和基础变位等引起的转角及竖向变位。 8.1.2 伸缩装置沿桥轴线的伸缩量等于桥梁接缝处伸缩量乘以增大系数 ，可取 1.21.4。伸缩装置沿 桥轴线的转角等于桥梁接缝处转角加 0.01rad。 8.1.3 格梁式模数伸缩装置的最大工作宽度（伸长 量）不宜超过 320mm；梳齿板式伸缩装 置的最大工作宽度（伸长量）不宜超过 300mm；波形伸缩装置的最大工作宽度（伸长量）不宜 超过 100mm；单缝伸缩装置的最大工作宽度（伸长量）不得超过 80mm。 8.2 设计安装宽度和实际安装宽度计算 8.2.1 伸缩装置的设计安装宽度， 设计者应按选择的安装温度 计算确定。若伸 缩装置实际 安装温度与设计安装温度不同，设计者应按实际安装温度计算实际的安装宽度。 9 8.2.2 若安装温度在伸缩装置出厂时不能确定，生产厂可按伸缩量的中间值组装出厂。 8.3 密封要求 8.3.1 伸缩装置（包括路缘、人行道和中央隔离 带的伸 缩装置）应保证对拉圾、 尘土和水的 密封性，必要时可包括防撞 护拦的伸缩装置。最低的要求是在 24 小时内，伸 缩装置不得有 水和尘土的渗漏。 8.3.2 伸缩装置密封件不得承受轮载，并要求通长和连续安装。 8.3.3 伸缩装置与桥面铺装之间以及与桥面防水系 统之间的界面应是防水的，不得有水 的渗漏。 8.4 承重机构 伸缩装置的承重机构宜采用热轧钢材，寿命与伸缩装置相同。 8.4.1 大中梁钢和边梁钢 大中梁钢和边梁钢应为整体轧制成形，安装密封橡胶带的型腔宜为机加工成形。大中 梁钢和边梁钢的截面在竖向和水平向的抵抗能力应与车辆荷载的竖向和水平向的作用力 相匹配。推荐大中梁钢的高度为 130mm、宽度为 90mm;边梁钢的高度为 80mm。 8.4.2 工形横梁 工形横梁应为整体轧制成形，推荐的工形横梁高度为 120mm、宽度为 90mm。在伸 缩 装置最大工作宽度时，工形横梁应视需要在支承处设置成对的竖向加劲肋，肋板厚不应小 于 12mm。竖向加劲肋与梁的翼缘板焊接时， 应将加 劲肋切出不大于 5 倍腹板厚度的斜角。 8.4.3 伸缩装置的承重机构应通过 2 设计荷载的静载计算、疲劳验算和刚度计算， 满足 3 容许应力和 4 容许挠度的规定。 8.5 位移传动机构 伸缩装置的位移传动机构宜采用以弹性元件为主的位移传动机构。弹性元件应通过 2 设计荷载的计算，满足 3 设计容许应力的规定。 8.6 检查通道和平台 位移量大於 320mm 的伸缩装置，应在桥梁中设计专门的检查通道和位于伸缩装置下 10 方的检查维修平台。 8.7 易损件的更换 伸缩装置的设计应能方便的更换如密封带、弹性元件、紧固件等零部件。 8.8 中、边梁异型钢接长 8.8.1 新建桥梁的伸缩装置长度小于 12m 的，其模数式多缝中、边梁异型钢、 单缝异型钢 不得进行工厂及工地的接长; 整体梳齿板式伸缩装置也不得 进行工厂及工地的接长。 8.8.2 新建桥梁的长度大于 12m 或旧桥换缝的伸缩装置，异型钢可以接长，但接 头应错 开，间距 应大於 300mm；并且所有接头不应设在行车道内。 8.9 焊缝 8.9.1 栓钉与异型钢的 T 形焊接，焊缝应能承受栓钉抗拉强度标准值的拉力作用。 8.9.2 锚筋与异型钢（锚板）的搭接焊接，焊缝应能承受锚筋抗拉强度标准值相应的剪力 作用。 8.9.3 锚板与异型钢的 T 形焊接，焊缝应能承受锚板抗拉强度标准值的拉力作用。 8.9.4 中梁异型钢与横梁的焊接，宜采用棱形 块与中梁和横梁的 焊接连接， 焊缝长度应通 过计算确定，并布置为全熔透的围焊。 8.9.5 角焊缝的焊脚边比例为 1：1，表面应做成凹形或直线形。 8.10 螺栓连接 应采用高强度螺栓摩擦连接。高强度螺栓应符合 GB/T 1228-1991钢结构用高强度大 六角头螺栓。 8.11 表面处理 8.11.1 伸缩装置表面处理应遵照 JT/T 722公路桥 梁钢结构防腐涂装技术条件的规定， 依伸缩装置所在地的腐蚀环境类别（附录 A）、保护 年限（建议为普通型）选用涂层体系。 8.11.2 涂装前应作好钢材表面的清洗和除诱，经过喷丸(砂)后表面必须达到 GB/T 8923- 1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级中的 Sa2.5 级标准，方可进行喷涂。 11 8.11.3 伸缩装置与混凝土相接触的表面严禁喷铝、镀铝、浸铝处理。亦不得 喷刷面漆和 中间漆。 8.11.4 伸缩装置与空气相接触的表面宜 进行喷(镀 、浸)锌(铝)处理后再喷面漆的双重保 护。 8.12 安装槽填料(仅限于混凝土) 8.12.1 安装槽填料全部为混凝土时其强度等级应 大于桥面铺装混凝土，并且不 应低于 C40(纤维混凝土)。 8.12.2 安装槽深度大于 250mm 时填料可分为一种-全混凝土，也可为二种-安装槽下部 为混凝土，强度等级按 8.12.1 规定或不低于梁体混凝土强度等级。安装槽上部为与桥面铺 装相同的沥青混凝土，厚度不宜小于 70mm。 8.12.3 安装槽混凝土采用干硬性混凝土或掺加膨胀剂（如铝粉）的微膨胀混凝土。 9 构造要求 9.1 特大桥和大桥的模数式伸缩装置其异型钢高度不应小于 70mm。 9.2 刚 性锚固（锚板和大环形锚筋组成）间