L=20m 装配式后张预应力混凝土简支小箱梁设计说明

乡村振兴农旅融合发展示范区建设项目（乡村振兴（一期）美丽乡村旅游公路（高滩高明社区至保家村）上山段项目）L=20m装配式后张预应力混凝土简支小箱梁设计说明第1页共7页设 计设计标准、技术规范及技术指标1.1 设计标准1.1.1设计荷载：公路－Ⅰ级，双向两车道。1.1.2路基宽度：7.5m。1.1.3结构净宽：0.5m(防撞护栏)＋9.5m(桥面净宽)＋1.0m(防撞护栏)=10.5m1.1.4设计安全等级：一级。1.1.5环境类别：Ⅰ类。1.2 技术规范本设计遵照中华人民共和国以下行业标准：1.2.1《公路工程技术标准》JTGB01－2014。1.2.2《公路桥涵设计通用规范》JTGD60－2015。1.2.3《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362－2018。1.2.4《公路工程抗震规范》JTGB02－2013。1.2.5《公路桥梁抗震设计规范》JTG/T2231－01－2020。1.2.6《公路交通安全设施设计规范》JTG/TD81－2017。1.2.7《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》JTG/T3310－2019。1.2.8《公路桥涵施工技术规范》JTG/T3650－2020。

说 明1.3 技术指标及适用范围详细见表－1：主要技术指标表项目标准值适应范围设计荷载公路－Ⅰ级梁高（m）1.3梁端支点距离(m)0.4年平均相对湿度80%最小平曲线半径R=∞R=400构件类型及跨径适应范围（标准宽度时）全预应力L=20m0.97L≤L0≤L(m)全预应力构件L＜L0≤1.03L(m)部分预应力A类构件预制梁宽（cm）245（边梁）220（中梁）245（边梁）220（中梁）湿接缝宽度（cm）X4040～150翼板悬臂长度（cm）X=56.240≤X-f/2≤X0≤X+f/2≤86.2桥面横坡2%0%～7%交角90°90°预制梁长（m）19.94L0-0.06计算跨径（m）19.14L0-0.86预制梁中梁61.5中梁59.6～64.0吊重（t）边梁63.6边梁61.6～66.2注：1、本通用图按本表所列跨径、湿接缝宽度和边梁翼板悬臂长度的标准值进行制图，适用范围内的其它尺寸详图应在本图基础上绘制。2、X为一般悬臂长度标准值，f为曲线段横向弓高值，边梁翼板按曲线预制以适应曲线段桥梁横向弓高影响。3、2%预制横坡，适用于桥面横坡0%～4%，5%预制横坡，适用于桥面横坡3%～7%。主要材料2.1 混凝土预制主梁（梁肋、翼缘板和横隔板）及梁间湿接缝、桥面连续采用C50混凝土； 堵头砼宜采用C50自密实补偿收缩混凝土，性能指标详见《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（JTG/TD65-06-2015）中3.3.2条要求。桥面铺装采用沥青砼桥面铺装，由最大组合厚度10cm的沥青砼上、中面层＋防水粘结层＋标准厚度10cm的C40混凝土调平层组成。由于预制翼板横坡与桥梁实际横坡的差异，加之路线竖曲线的影响，调平层厚度允许范围为6cm～14cm，但其平均值仍为10cm。2.2 钢筋采用HPB300、HRB400钢筋，其技术条件必须符合《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》(GB1499.1－2024)和《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》(GB1499.2－2024)的规定。2.3 预应力钢绞线用符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224－2023）规定的低松弛高强度钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰率ρ=0.045，松驰系数ζ=0.3，公称直径d=15.2mm。2.4 预应力锚具预制小箱梁采用M15系列锚具，其性能和质量符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370－2015）和《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》（JT/T329－2010）的规定，一套锚具包括夹片、锚板、锚垫板、螺旋钢筋。本套标准图采用圆塔锚。配套千斤顶采用YCW150B或YCW250B。预应力管道采用镀锌金属波纹管，其性能和质量应符合现行行业标准《预应力混凝土用金属波纹管》（JG/T225－2020）的规定。严禁采用塑料波纹管。2.5 钢板采用《优质碳素结构钢》（GB/T699－2015）规定的Q235B钢板。2.6 桥面防水粘结层采用水性沥青基层防水涂料，其性能和质量应符合《路桥用水性沥青基防水涂料》（JT/T535－2015）的规定。

2.7 其它材料水泥、细骨料、粗骨料、水等各材料的有关质量要求均按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650－2020）有关条文办理，细骨料必须采用中粗砂。设计要点3.1设计原则本通用图标准跨径L=20m、湿接缝标准宽度S=0.4m，边梁标准悬臂长度X=0.562m。非标准跨径L0在0.97L≤L0≤L（m）范围，且湿接缝宽度S0在0.4≤S0≤1.1（m）范围、边梁悬臂长度X0在X-f/2≤X0≤X（m）范围，按全预应力混凝土构件设计；非标准跨径L0在L＜L0≤1.03L（m）范围，或湿接缝宽度S0在1.1＜S0≤1.5（m）范围、边梁悬臂长度X0在X＜X0≤X+f/2（m）范围,按部分预应力混凝土A类构件设计。主梁由预制小箱梁＋现浇湿接缝组合而成，结构型式为简支梁桥面连续结构。3.2主梁横断面路基宽度9.5m（含绿化带）的小箱梁主梁梁肋标准间距为2.6m，其中，中梁预制宽度2.20m，边梁预制宽度为2.45m，翼板及横隔板间湿接缝宽0.4m；标准横断面由2片边梁和2片中梁组成(见表－2)。标准横断面组成形式表表－2结构宽度(m)桥梁结构横断面组成(m)10.51.35+3×2.6+1.353.3桥面宽度变化本通用图可通过改变湿接缝宽度、翼板宽度的办法来调节结构宽度，以满足如小半径曲线带来的视距加宽或其它规范要求的桥面宽度变化影响。但应遵守以下注意事项：①、小箱梁几何尺寸应满足《主要技术指标表》（表-1）所规定范围②、小箱梁翼板钢筋与湿接缝钢筋的连接，根据湿接缝宽度不同采用双面焊接、单面焊接或绑扎连接的方式，详见《小箱梁翼板湿接缝钢筋适应湿接缝宽度变化示意图》。③、小箱梁横隔板钢筋的连接，根据湿接缝宽度不同采用双面焊接或单面焊接方式，详见《横隔板钢筋适应湿接缝宽度变化示意图》。 3.4主要构造 本图按桥梁纵向是平坡设计，梁顶横坡为2%或5%，梁底横坡为平坡。①行车道板间横向连接采用现浇湿接缝。②主梁横隔板设置小箱梁在梁端设一道端隔板，跨中设一道中隔板，全梁共三道，20m跨径横隔板间距组合为2×9.27m。为了脱模方便，横隔板断面均设置为上宽下窄的倒梯形断面，端隔板上缘宽41厘米，下缘宽39厘米；中隔板上缘宽21厘米，下缘宽19厘米。预制梁的横隔板宽度比顶板宽度窄15厘米。横隔板间采用现浇湿接缝连接形式，以保证梁的整体性。③小箱梁顶板厚度为20厘米；跨中底板、腹板厚度18厘米。④为了满足锚具安置构造和端横隔板钢筋布筋的需要，箱梁端部2.6米范围内在箱腹板、底板内侧加厚，底板厚度27厘米，腹板厚度27厘米，以满足预应力钢束竖弯平弯和端横隔板钢筋布设。⑤小箱梁底板及腹板厚度变化通过梁端设1.8米渐变段完成。⑥为了脱内模方便，梁端头（箱内部分）采用二次浇筑，端头浇筑形成实心梁体截面。具体措施为在梁端顶板预留16×40厘米的孔用作二次浇筑堵头砼和振捣用（该孔宜用快易收口网做内膜，孔内钢筋不截断）；梁端头内壁宜用快易收口网做内膜（箱内部分长65厘米范围，便于堵头砼与梁体连接为整体）；施工过程为：梁体浇筑、养护、取出箱梁内普通钢膜、张拉预应力束、灌浆、封锚后，放堵头板、放二次浇筑段钢筋笼，浇筑与主梁同标号堵头砼。⑦为了减轻在运输过程中对梁体的损害，梁体底板边角上设置半径5厘米的圆倒角。3.5支座采用公路桥梁板式橡胶支座，其性能和质量符合《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4－2019）的规定，尺寸参照《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》的规定。3.6伸缩缝本通用图适用于设置80型伸缩缝的小箱梁桥，选用伸缩缝的性能和质量必须符合《公路桥梁伸缩装置通用技术条件》（JT/T327-2016）的规定。当选用梳齿板式伸缩装置时，其性能和质量还须符合《单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置》（JT/T723－2008）的规定。3.7曲线桥设计3.7.1曲线桥计算按路线设计线处布置标准跨径，各墩沿径向设置，以折线代替曲线，每跨各片梁预制不等长。3.7.2曲线上横向超高通过改变小箱梁翼缘板的横向倾角适应，以保证桥面铺装厚度的基本一致，避免砼桥面铺装过厚或过薄，影响其使用寿命，因此应注意翼缘板底模斜度的可调节功能。3.7.3梁长变化处理：梁长变化采用调整端横隔板至梁端的长度实现，注意保持梁端至支座中心线的距离不变。预应力束采用调整其跨中直线段长度实现。3.7.4桥宽变化处理：采用调整湿接缝宽度实现。注意：湿接缝宽度范围按本说明表－1执行，调整湿接缝宽度仍不能满足桥宽变化时，可增加梁片数量。3.7.5边梁预制时翼缘板应按曲线预制以适应设计线型变化及美观要求。当曲线半径较大，弓高f未超过护栏外侧预留宽度时，亦可不横向移梁而采用调节护栏外侧预留宽度的方法以适应道路曲线变化。3.7.6 梁端斜度的处理：采用封锚形成，翼板端部按相应斜度预制。3.7.7 护栏、泄水管等公用构造详见《桥梁公用构造》部分。3.8桥面铺装调节采用调整砼调平层厚度来适应小箱梁预制横坡与桥面横坡差异以及竖曲线所带来的影响时，应注意桥面铺装厚度的平均值仍应为设计厚度标准厚度（10cm），且最小砼调平层厚度不小于6cm。注意：①为施工标准化，本通用图预制小箱梁采用2%与5%两种横坡，其中2%横坡预制小箱梁适用于桥面横坡0%～4%情况，5%横坡预制小箱梁适用于桥面横坡3%～7%情况。②施工单位亦可预制与桥面横坡相同的0%～7%任意横坡小箱梁，但不能改变梁高、翼板厚度等构造尺寸，且横隔板下缘横坡应与翼板横坡一致。4计算要点 30.9m 中梁 1031.7 678.5 1710.2 4.1计算程序采用桥梁通用有限元分析软件MidasCivil2023计算，横向分配系数按刚接梁法计算。4.2计算原则4.2.1预应力钢筋混凝土：重力密度γ=26.0kN/m3，C50混凝土的弹性模量EC=3.45×104MPa。4.2.2沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN/m3。4.2.3预应力钢筋：弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰率ρ=0.045，松驰系数ζ=0.3。4.2.4锚具：锚具变形、钢筋回缩按6mm（一端）计算；镀锌金属波纹管摩阻系数μ=0.25，偏差系数k=0.0015。4.2.5竖向梯度温度效应：按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2015）规定取值。4.2.6桥面铺装：按10cm沥青砼＋10cm混凝土调平层作为恒载计入。仅车辆横向撞护栏工况，验算边梁翼板受力时，考虑10cm混凝土调平层参与受力，同时计入防撞护栏伸入铺装层的钢筋和小箱梁翼板上缘加强钢筋对悬臂板承载力的贡献。4.2.7防撞护栏计算恒载为单侧15.0kN/m。4.2.8交安设施计算荷载取值：竖向25kN，纵桥弯矩120kN·m，不考虑横桥弯、扭。一跨桥只能设置一处交安设施，且必须设置于梁端5m范围内。4.2.9车辆撞击护栏荷载：按最大144kN/m计算，撞击高度为护栏顶以下5cm距离处。4.3一片梁梁端支点最大反力(见表－3)： 一片梁一端支点最大反力(kN) 表－3跨径梁类恒载汽车恒载＋汽车20m边梁585.6552.61138.2中梁589.0599.11188.15主要计算成果以下为标准梁长、标准结构净宽状况下主要计算成果：5.1预制阶段梁体预制时主要计算成果 表－4跨径梁类支点反力正截面应力极值施加预应力拉应力压应力阶段上拱度(kN)(MPa)(MPa)(mm)20m边梁302.6-0.2914.3536中梁292.8-0.2713.5236（表中应力项正值表示受压，负值表示受拉）5.2安装阶段施加二期恒载后梁体主要计算成果表 表－5跨径梁类支点正截面应力极值二期恒载产生的下挠值反力拉应力压应力(kN)(MPa)(MPa)(mm)20m边梁585.6/9.69-7中梁589.0/8.83-6（表中应力项正值表示受压，负值表示受拉）5.3运营阶段运营阶段梁体主要计算成果表 表－6跨径梁类支点反力活载下挠值跨中正截面强度强度安全正截面应力极值最大主拉应力最大主压应力最小压应力压应力(kN)(mm)(kN.m)系数(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)20m边梁1138.27.55952.01.351.489.23-1.059.23中梁1188.17.55836.11.321.028.60-0.928.60（表中应力项正值表示受压，负值表示受拉）施工要点本图有关施工工艺及质量检查标准按《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)有关规定办理，另外尚需注意下列几点：6.1主梁预制6.1.1浇筑主梁混凝土前应严格检查伸缩缝、护栏、泄水管、支座等附属设施的预埋件是否齐全，确定无误后方能浇筑。施工时，应保证预应力管道及钢筋位置准确。梁端1m范围内及锚下混凝土局部应力较大、钢筋密，特别是锚下混凝土，应充分振捣密实，严格控制其质量。6.1.2横隔板钢筋骨架的位置，施工时应准确放样，以期给搭接钢筋的顺利焊接及绑轧创造条件。6.1.3采用梁底预埋钢板调平纵坡时，严禁采用预埋钢板下垫砂、垫钢筋等简易方式调平纵坡，因这些方法均不能保证梁底纵坡调平的准确性和可靠度。需在预制台座预埋钢板位置设槽口，槽口应该根据梁体坡度和预埋钢板尺寸由承包人自行设计，但应当保证脱模容易和脱模后砼表面平整以及保证梁体张拉时自由缩短。小箱梁预制时应根据调平坡度，准确定位槽口内钢板四角位置，固定好钢板然后浇筑梁体砼（可采用组合钢楔或浇筑低标号砼来调节钢板顺桥向倾角，也可参照连续梁的做法，在梁底设楔形块来调平纵坡）。梁体钢筋与预埋钢板位置冲突时，可适当移动梁体钢筋。预制台座对应梁端下方（梁端至梁底预埋钢板边缘长度范围）应当放置橡胶垫块，防止预应力钢束张拉后，由于梁体反拱导致的梁端局部受压而破损；预制台座构造应适应梁长变化，具体构造由承包人结合台座形式自行设计。6.1.4预制主梁时，应注意预埋顶面抗剪钢筋、护栏、伸缩缝、泄水管等公用构造部件及交通工程方面的标志、通讯管线预埋件。6.1.5当梁长为非标准跨径时，横隔板钢筋可能与纵向预应力钢束干扰，此时可适当挪动横隔板钢筋以避让预应力管道，钢筋挪动要求详见《小箱梁端横隔板钢筋构造图》与《小箱梁中横隔板钢筋构造图》。端横隔板如需设置防落梁拉索孔，则与孔位干扰的相邻横隔板钢筋可适当挪动，钢筋挪动要求详见《小箱梁端横隔板钢筋构造图》。开孔构造、孔身钢筋布置参见桥梁抗震设施。横隔板主筋严禁弯折、严禁截断。6.1.6为了防止预制梁上拱过大，预制梁与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期不超过90d，若累计上拱值超过计算值10mm，应采取控制措施。预制梁应设置向下的二次抛物线反拱（包括梁顶）。预制小箱梁在钢束张拉完成后、各存梁期跨中上拱度计算值及二期恒载所产生的下挠值(见表-7)所示，施工单位应根据工地的具体情况（如存梁期、砼配合比、材料特性及地区气候等）以及经验设置反拱。反拱值的设计原则是使梁体在二期恒载施加前上拱度不超过20mm，桥梁施工完成后桥梁不出现下挠。施工设置反拱时，预应力管道也同时起拱。预加力引起的上拱度及二期恒载产生的下挠值表表－7跨径位置钢束张拉完上拱度存梁30d上拱度存梁60d上拱度存梁90d上拱度二期恒载产生的下挠值(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)20m边梁跨中36424547-7中梁跨中36434648-6（表中正值表示位移向上，负值表示位移向下）反拱值设置的建议值：按存梁60d，年环境相对湿度55%，标准跨径、标准宽度时：35mm。为防止同跨及相邻跨预制梁间高差过大，同一跨桥不同位置的预制梁的存梁时间应基本一致(边梁可稍短)，相邻跨的预制梁的存梁时间亦应相近。6.2预应力工艺6.2.1预应力钢束张拉控制力及张拉控制应力见表－8。6.2.2预应力管道的位置必须严格按坐标定位并用定位钢筋固定，定位钢筋与小箱梁腹板箍筋点焊连接，严防错位和管道下垂，如果管道与钢筋发生碰撞，应保证管道位置不变而只是适当挪动钢筋位置。浇筑前应检查波纹管是否密封，防止浇筑混凝土时阻塞管道。预应力钢束张拉控制力表 表－8钢绞线根数总公称面积(mm2)控制应力(MPa)控制拉力(kN)4φs15.25601395781.25φs15.270013959预制小箱梁混凝土立方体强度达到混凝土强度设计等级的90%且龄期不少于7d，方可张拉预应力钢束，张拉顺序：20m跨径小箱梁预应力为N1→N4→N3→N2；预制梁钢束采用两端同时张拉，锚下控制应力为0.75fpk=1395Mpa。同编号两根钢束采用对称张拉的方式。6.2.4施加预应力应采用张拉力与引伸量双控。当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际引伸量值与理论引伸量值的误差应控制在±6%以内。实际引伸量值应扣除钢束的非弹性变形影响。6.2.5钢束张拉控制力及张拉控制应力未考虑预应力钢束与锚圈口之间的摩擦损失，请施工单位自行考虑。6.2.6钢束张拉后，应立即对管道压浆，浆体强度不低于梁体混凝土强度(即浆体强度不低于50MPa)。传统预应力管道压浆全靠人工操作，压浆质量难以控制，为确保管道压浆密实，应采用智能循环压浆技术。6.2.7梁端封锚应严格按设计文件要求采用二次封锚（张拉压浆后按设计图所示截面形状封锚，而不是预留小槽口局部封锚。采用预留张拉小槽口封锚的方式普遍存在开裂现象，裂缝较多，封锚砼与槽口的结合不好，收缩裂缝多，影响锚头的使用寿命，降低结构耐久性），若要改变二次封锚施工工序，必须采取有效措施解决采用“预留张拉槽口一次浇筑成型施工工艺”中存在的质量、安全隐患问题，并报业主、监理批准后方可实施。封锚混凝土浇筑后，新旧混凝土结合部的表面应涂刷渗透性结晶防水涂层，防止水汽渗入。该防水层应满足《水泥基渗透结晶型防水材料》（GB18445-2012）的相关要求。6.2.8在小箱梁制作、张拉过程中施工单位应采取切实有效的措施保证施工安全、结构安全。6.3小箱梁安装6.3.1主梁吊运按兜托梁底起吊法考虑，不设吊环。预制时应在梁底预留穿索兜底所需的活动段底模，同时在主梁翼板上的对应位置预留穿索孔洞，吊具根据施工单位的条件自行设计。梁体吊装就位后，应对吊孔用M20砂浆封堵；为保证封堵质量，孔底必须设置底模，砂浆应当振捣密实。封堵完成后，孔顶表面以吊装孔为中心，半径8cm范围内涂抹一层渗透性结晶防水涂层。防水层满足《水泥基渗透结晶型防水材料》（GB18445-2012）相关要求。6.3.2为确保梁体在制作、运输过程及安装就位时的稳定性，应采取有效的防倾倒措施。6.3.3主梁就位后必须及时进行翼板及横隔板间的钢筋连接和湿接缝混凝土的浇筑。只有其设计强度达到85%并采取压力扩散措施后