广东设计标准化04现浇预应力混凝土连续箱梁上部结构参考图宣贯.ppt.ppt

广东省高速公路工程设计标准化 中交一公院2014年8月 现浇预应力混凝土连续箱梁上部结构参考图宣贯 提纲 2 3 4 5 6 7 1 以往设计施工中存在的主要问题 新编现浇箱梁参考图的基本情况 现浇箱梁参考图的结构计算 现浇箱梁的专项研究 预应力钢束与普通钢筋的布置 新编参考图的技术指标分析 参考图的适用范围和使用注意事项 一 以往设计 施工中存在的主要问题 随着公路建设事业的发展 人们对桥梁的美观要求也越来越高 现浇连续箱梁因具有外形简捷 美观 抗扭刚度大 整体性好 适用性强等优点 在桥梁建设中发挥着重要的作用 目前 国内整体现浇预应力混凝土连续箱梁参考图并不多 各单位对此类桥型的设计基本按特殊设计对待 由于箱梁问题较为复杂 国内研究也并非完全成熟 各单位总体设计思想也存在差异 导致现浇箱梁设计图纸的多样性 一 以往设计 施工中存在的主要问题 设计中存在的问题 外形尺寸不统一 给施工造成极大的不便和浪费 材料用量指标差异较大 配束或截面选择不合理 导致梁体出现裂缝等现象 应力指标控制不统一 设计不够精细化 一 以往设计 施工中存在的主要问题 现浇预应力混凝土连续箱梁桥是缺陷率是比较低 使用寿命比较长的桥梁 但在使用过程中也出现一些质量病害 病害 1 箱梁拆模后在腹板与底部承托部位出现空洞 蜂窝 麻面 部分腹板距底板1m高范围内出现空洞 蜂窝 麻面 一 以往设计 施工中存在的主要问题 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 2 箱梁底板在沿预应力钢束波纹管位置下出现的断断续续 长度不等的纵向裂缝 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 3 箱梁底板横向裂缝 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 4 箱梁腹板出现斜向裂缝现浇混凝土箱梁经常出现腹板斜向裂缝 表现为45 的斜裂缝和沿预应力索管方向的斜裂缝 往往靠近锚头处裂缝开展较宽 逐渐变窄而至消失 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 5 箱梁翼缘板横向裂缝翼缘板横向裂缝一般在施工期就出现 一般由腹板处向悬臂外伸展 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 6 预应力钢束张拉时 钢束伸长量超出了允许偏差值如包含平弯 竖弯的长钢束伸长值比设计值偏小 短钢束的伸长值比设计值偏大 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 7 预应力筋的断丝和滑丝预应力混凝土箱梁张拉时发生预应力钢索的断丝和滑丝 使得箱梁的预应力钢束受力不均匀或使构件不能达到所要求的预应力度 病害 一 以往设计 施工中存在的主要问题 8 锚头下锚板处混凝土变形开裂 病害 成因 1 锚板附近钢筋布置较密 浇筑混凝土时 振捣不实 混凝土疏散或仅有砂浆 导致该处混凝土强度低 2 锚垫板下钢筋布置偏少 局部承压尺寸偏小 受压面积偏小 局部应力过大 3 锚板或锚垫板设计厚度偏薄 受力后变形多大 一 以往设计 施工中存在的主要问题 9 表面龟裂一般是由于连续梁在施工过程中养护不及时或温度变化较大时产生的 10 管道压浆不密实管道压浆不密实是目前预应力桥梁的质量通病 11 分段施工时 连接器附近腹板开裂连接器处腹板厚度较小 施工缝处钢筋连接长度不够 施工缝未按冷缝进行处理等 病害 本次现浇箱梁的设计图纸定位为 参考图 目的是尽可能在全省范围内基本统一现浇梁的设计基本原则 构造尺寸 以便和施工标准化良好衔接 同时合理控制桥梁技术经济指标 一 现浇箱梁参考图的定位 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主线桥现浇箱梁跨线桥参考图体系 匝道桥现浇箱梁跨线桥参考图体系 二 参考图编制内容图纸共分成4册 第一册为匝道构造图 第二册为主线构造图 第三册为匝道结构设计样图 第四册为主线结构设计样图 1 汽车等级 公路 级 2 设计安全等级 一级 桥梁结构的重要性系数取1 1 3 环境类别 类 一般环境 4 环境作用等级 b级 三 参考图设计标准 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 1 现浇箱梁横断面布置整体式路基外侧收窄25cm 分离式路基两侧均收窄25cm 整体 分离桥梁宽度相同 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主线桥整体式路基标准横断面 四 主要构造尺寸 主线桥分离式路基标准横断面 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 桥梁横断面布置参数 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 考虑到匝道桥的行车道 硬路肩 桥宽 单向 较主线桥窄 建筑限界动态净宽较小 且弯桥较多 为适应运营维护和应急情况需要 匝道桥的桥宽统一按照与路基同宽进行设计 匝道桥标准横断面 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 匝道桥横断面布置参数 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 2 现浇箱梁梁高40m以下跨径全联采用等高度箱梁 50m跨采用变高度箱梁 梁高变化采用二次抛物线过渡 现浇箱梁梁高取值 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 活载作用下的长期挠度也满足规范要求 并有较大富裕 活载作用下长期挠度计算值 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 在地质条件较差时 由于受桥头填土高度的限制 桥梁上部建筑高度影响到工程规模时 为节约投资 在满足受力和刚度要求时 20m 25m跨径的箱梁的梁高可适当降低 20m 25m跨径梁高最小值 建议 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 3 悬臂尺寸悬臂长度采用1 75m 2m 2 5m三种 匝道桥8 5m路基采用1 75m 10 5m路基采用2 5m 12m 15 5m路基和主线桥采用2m 不同悬臂长度根部厚度 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 4 顶 底板尺寸本参考图各路基宽度的单个箱室的宽度均不大于5 5m 根据计算顶板跨中厚度统一取为250mm 底板厚度统一为220m 各路基宽度现浇箱梁顶 底板尺寸 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 各路基宽度顶板配筋 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 建议8 5m和10 5m路基桥面板配筋分别采用5d16 5d20和5d16 5d22 d20 d22的钢筋采用如下形式 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 5 腹板厚度 本次参考图设计每个腹板均采用双排束 钢束型号大部分在15 17以内 波纹管直径均为d内90 采用金属波纹管腹板水平值需要401mm 采用塑料波纹管 边腹板水平值需要416mm 本次各跨径箱梁腹板厚度 跨中 均采用450mm 腹板钢束布置示意 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 支点处腹板厚度适当加厚以满足支点处较大剪力 腹板变厚采用直线一次过渡 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 5 腹板厚度 主要构造尺寸 腹板根部厚度 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 6 端 中横梁设置 本参考图端 中横梁按钢筋混凝土构件设计 横向均设置双支点 在支撑间距大于8m时 也可采用预应力横梁 悬臂尺寸和支撑间距 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 主要构造尺寸 端 中横梁尺寸表 主要构造尺寸 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 1 混凝土上部箱梁均采用c50混凝土 2 普通钢筋本次图纸均采用hrb400钢筋 3 预应力钢绞线预应力钢绞线采用抗拉强度标准值 1860mpa 公称直径d 15 2mm的低松弛高强度钢绞线 其力学性能指标应符合 预应力混凝土用钢绞线 gb t5224 2003 的规定 4 锚具 预应力管道锚具均采用圆形锚具 预应力管道采用圆形金属波纹管 五 主要材料 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 上部箱梁按 类环境 环境作用等级b级进行耐久性设计 考虑10mm的施工误差 各构件钢筋 钢束净保护层厚度取值 净保护层厚度 六 保护层厚度 二 新编现浇箱梁参考图的基本情况 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 1 50m跨径变截面箱梁按后张法全预应力构件设计 其它跨径按后张法a类预应力混凝土构件设计 2 按有效截面控制计算 各截面控制应力满足规范要求 3 铺装工况 主线桥计算工况 110mm沥青铺装 80mm调平层 60mm沥青铺装 80mm调平层 80mm沥青铺装 匝道桥计算工况 110mm沥青铺装 80mm调平层 60mm沥青铺装 80mm调平层 80mm沥青铺装 120mm混凝土铺装 一 主梁设计要点 主梁设计要点 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 4 混凝土强度和弹性模量达到85 时才允许张拉预应力钢束 5 预应力钢筋传力锚固时刻的混凝土龄期 7d 6 预应力采用两端一次张拉 未分段 7 截面计算时均考虑了截面上缘 下缘普通钢筋的影响 汽车荷载提高比例 1 混凝土 重力密度 26 0kn 2 沥青混凝土 重力密度 24 0kn 3 年平均相对湿度 80 4 锚下控制张拉力 50m跨箱梁0 75fpk 其它跨径0 73fpk 5 锚具变形与钢束回缩值 一端 l 6mm 6 管道摩阻系数 0 25 7 管道偏差系数 0 00151 m 8 钢束松弛系数 0 3 9 地基及基础不均匀沉降 5 15mm 10 梯度温度 竖向日照正温差的温度基数按100mm沥青混凝土铺装层考虑 竖向日照反温差为正温差乘以 0 5 11 汽车荷载 公路 级 荷载提高比例见右表 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 二 主要计算参数 主梁结构计算按 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 jtgd62 2004的有关要求进行 验算内容包括截面极限承载能力计算 截面抗裂计算及截面应力计算等 计算截面采用有效截面 12m路基匝道桥主要计算结果汇总表 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 三 主要计算结果 12m路基匝道桥主要计算结果汇总表 续 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 主要计算结果 12m路基匝道桥主要计算结果汇总表 续 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 主要计算结果 34 5m路基主线桥主要计算结果汇总表 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 主要计算结果 34 5m路基主线桥主要计算结果汇总表 续 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 主要计算结果 1 持久状况正截面抗弯承载力验算满足规范要求 富裕度均在10 以上 2 持久状况斜截面抗剪承载力验算也满足规范要求 腹板变厚点处抗剪强度富裕较多 均在10 以上 中横梁侧富裕度要小一些 最小为2 7 3 持久状况正截面抗裂性满足规范要求 同时斜截面抗裂性也满足规范要求 短期效应组合斜截面抗裂控制钢束用量 主要是支点上 下缘均会出现较大拉应力引起 4 持久状况最多主压应力验算也均满足规范要求 钢束组合最大应力也满足规范要求 5 在前面构造中有各跨径的挠度验算结果 持久状况正常使用极限状态的变形验算满足规范要求 在数值上与计算跨径的比值较小 说明结构刚度较大 主要计算结论 三 新编现浇箱梁参考图的结构计算 主要计算结果 一 15 5m路基单箱三室与单箱双室综合对比 15 5m路基采用单箱三室断面时 悬臂长度一般采用2m 而采用单箱双室时 为改善桥面板受力 悬臂长度可取2 5m 四 现浇箱梁参考图的专项研究 双室和三室方案桥面板配筋对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 三室与双室对比 双室和三室的差别是悬臂长度不同 桥面板钢筋适当加强 腹板尺寸略有调整 腹板箍筋设置有所调整 其它尺寸基本相同 15 5m路基双室和三室方案经济性对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 三室与双室对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 三室与双室对比 综合起来单箱双室比单箱三室更为经济 约可减少上部造价的3 1 4 8 跨径越大 减少越多 由于单箱双室腹板数少 钢束用量又更多 单道腹板需要锚固的钢束数就较多 要么单束股数较多 要么排数增加 双室和三室方案桥面板配筋对比 三室与双室对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 针对34 5m路基20 30 20m跨径组合进行了1 6m和1 7m两种梁高的对比分析 不同梁高结构受力对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 二 不同梁高对比 但随着梁高的加大预应力和不均匀沉降的不利影响将大于恒载和汽车作用应力的应力减少值 预应力钢束用量反而会增加 梁高的增加还会引起混凝土用量和钢筋的增加 不同梁高材料用量对比 梁高增加后造价略有增加 约为上部造价的1 所以梁高只要满足施工方便性和结构受力需要 宜尽量降低 不同梁高对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 三 10 5路基悬臂长度合理取值 10 5m路基采用单箱单室断面 箱室宽度较大 增加悬臂长度则可减少箱室宽度 但悬臂受力就更不利 对2 5m和2 25m两种悬臂长度进行了综合比较 不同悬臂长度桥面板配筋比较 四 现浇箱梁参考图的专项研究 悬臂采用2 5m时 由于底板宽度减窄了50cm 由此引起混凝土 钢筋及预应力数量的减少 不同悬臂长度材料用量的比较 综合起来 采用2 5m悬臂时 悬臂配筋增加不大 却可减少箱室宽度 改善室内桥面板受力 上部造价也略低 本次参考图采用2 5m悬臂方案 悬臂长度合理取值 四 现浇箱梁参考图的专项研究 四 取消负弯矩短束对钢束用量的影响 中小跨径连续梁在汽车荷载 温度梯度 不均匀沉降等作用下 支点上 下缘受力均较为不利 支点钢束用量往往较跨中多 钢束配置时原则上支点应多布置一些 跨中少布一些 采用的方案就是支点处设置短束 短束需在顶板开人洞张拉 增加了施工难度 施工质量也难以保证 但取消短束 为改善支点处的应力需增加较多的通长束 会导致钢束的浪费 主线桥25 35 25m钢束布置 带短束 主线桥25 35 25m钢束布置 取消短束 四 现浇箱梁参考图的专项研究 设置短束和不设置短束钢束用量对比 取消短束时 钢束用量增加9 6 每平面桥面增加造价26元 对上部总造价的影响约为1 考虑到短束增加的施工难度 以及施工质量难以保证 可以采用取消短束的方案 负弯矩短束影响 四 现浇箱梁参考图的专项研究 五 预应力横梁与普通钢筋横梁的对比 34 5m路基支撑间距接近9m 采用预应力横梁也较为普遍 对5个跨径组合分别进行钢筋混凝土横梁设计和预应力横梁设计 四 现浇箱梁参考图的专项研究 四 现浇箱梁参考图的专项研究 横梁对比 钢筋混凝土横梁虽然造价较贵 但增加的造价和总造价比不到1 且没有预应力张拉 管道压浆等工序 施工较为简单 所以钢筋混凝土横梁方案也是可行的 条件允许时也可采用预应力横梁 改善横梁受力 四 现浇箱梁参考图的专项研究 横梁对比 六 有效截面对箱梁计算的影响分析 现行 公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范 要求箱形截面梁计算时要考虑剪力滞影响 计算截面应考虑有效截面 且预应力轴压产生的截面应力按全截面计算 弯矩产生的应力采用有效截面 12m路基箱梁截面特性对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 支点有效截面惯性矩比全截面惯性矩减少很大 最大减少近38 跨径越小 惯性矩减少越多 跨中截面特性减少不多 最多11 大跨径几乎没影响 34 5m路基箱梁截面特性对比 四 现浇箱梁参考图的专项研究 有效截面的影响 由于截面惯矩的减少 会导致截面应力的增加 有效宽度对应力的影响对比 12m路基 四 现浇箱梁参考图的专项研究 有效截面的影响 采用有效截面计算时 20m箱梁应力减少最大达1 5mpa 跨径越大 应力差值越小 50m时两者相差0 3mpa 为确保箱梁截面应力计算准确 保证箱梁桥的安全 应采用有效截面进行结构计算 有效宽度对应力的影响对比 34 5m路基 四 现浇箱梁参考图的专项研究 有效截面的影响 一 预应力钢束布置图 箱梁预应力钢束均采用通长束 没有采用负弯矩短束 钢束锚固在梁端 每腹板横向采用双排束 12m路基3 35m匝道桥钢束立面 12m路基3 35m匝道桥钢束断面 五 预应力钢束和普通钢筋的布置 34 5m路基25 35 25m主线桥钢束立面 34 5m路基35 50 35m主线桥钢束立面 五 预应力钢束和普通钢筋的布置 预应力钢束布置 二 箱梁普通钢筋构造 五 预应力钢束和普通钢筋的布置 纵向钢筋布置 顶板顶层 底板底层采用d16 其他分布钢筋采用d12 顶板 底板底层采用d16 悬臂加强钢筋d16 其他横向钢筋采用d12 腹板箍筋采用双肢d16 横向钢筋布置 腹板箍筋布置 需根据室宽适当调整 三 横梁钢筋布置 横梁主筋采用28钢筋 焊接成钢筋骨架 原则尽量少用斜筋 在正负弯矩区钢筋需要锚固时 可通过斜筋相互转换 五 预应力钢束和普通钢筋的布置 12m路基匝道桥和34 5m路基主线桥各设计了5个跨径组合的样图 根据样图的编制情况 统计出的材料数量和指标见下表 现浇箱梁材料用量指标表 六 新编现浇箱梁参考图的技术指标分析 同时统计了部分项目的材料用量指标 其它项目现浇箱梁材料用量指标表 六 新编现浇箱梁参考图的技术指标分析 六 新编现浇箱梁参考图的技术指标分析 本次参考图的指标与项目对比 混凝土指标基本相当 钢绞线指标有高有低 处于中等偏上 钢筋指标 包含横梁钢筋 总体上要小 钢绞线较多的原因主要有荷载提高1 1 3倍 采用了有效截面控制计算 应力控制较为严格 均采用通长束 钢束两端一次张拉 未分段施工 预应力损失相对要大一些 50m跨径按全预应力构件设计 六 新编现浇箱梁参考图的技术指标分析 一 适用范围 1 现浇箱梁上部结构参考图适用于高速公路主线跨线桥和立交区匝道桥 主线立交区及匝道变宽段现浇箱梁和其它等级公路也可参考使用 2 本参考图适用于20 40m跨径的等高度现浇预应力混凝土连续箱梁和50m主跨的变高度现浇预应力混凝土连续箱梁 3 本参考图适用于环境类别 类 环境作用等级b级 4 本参考图按直线桥梁进行设计 20 40m跨径箱梁的构造尺寸 钢筋 钢束用量满足平曲线内半径大于240m的弯箱梁的受力要求 50m跨径组合箱梁满足平曲线内半径大于500m的弯箱梁的受力要求 七 参考图的适用范围和使用注意事项 5 本参考图提供的梁高可适用最大跨径范围为主跨 3 2m 比如最大跨径在22 27m时均可采用25m跨径梁高 6 本参考图的钢束与钢筋用量仅供参考 在跨径组合 桥宽等正好相符时 可直接采用 其它情况需根据实际情况进行验算调整 钢束 钢筋的布置方式应保持相同 7 本参考图提供的材料用量指标 可作为图纸审查时的参照 不宜直接用于初步设计和施工阶段的材料数量统计 七 参考图的适用范围和使用注意事项 适用范围 二 使用注意事项 1 箱室划分桥梁加宽需要增加箱室时箱室宽度宜控制在3 5m间 如果箱室宽度超过5m 应根据主梁 桥面板受力情况考虑加厚顶 底板厚度或加强钢筋设置 2 桥宽过渡 七 参考图的适用范围和使用注意事项 3 箱梁横坡形成方式路线上一般均设置有横坡 采用整体现浇箱形连续梁方案时一般是不设置调平层的 箱梁顶面与路线横坡保持一致 由此箱梁横截面形式一般有下图三种选择 本次采用图 c 方案 横截面形式与超高无关 设计 施工均较为方便 常规跨径桥梁经常选用此截面形式 七 参考图的适用范围和使用注意事项 使用注意事项 本次参考图采用图 c 的箱梁整体旋转形成桥面板横坡 箱梁旋转圆点选取在路基设计标高位置对应的箱梁顶面 七 参考图的适用范围和使用注意事项 使用注意事项 4 跨间横隔板设置本参考图均未设置跨中横隔板 内半径小于240m的弯箱梁应设置跨间横隔板 横隔板间距根据计算需要确定 七