预应力混凝土现浇箱梁设计体会(共11页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业预应力混凝土箱梁设计体会1 总体设计1.1 施工方法的选择桥梁设计与施工方法相互制约，设计时需要结合建设条件、工期、造价等因素，选择合适的施工方法。常用的施工方法有支架整体现浇、简支连续施工、支架逐孔现浇、悬臂施工、转体施工、顶推施工等。1.2 桥跨布置桥梁孔跨布置受地形、桥下通车、通航等因素制约。在条件允许的情况下，力求受力合理、施工方便、孔跨配置协调一致。一般情况下，等高度中小跨径连续梁可采用相同跨径；中大跨径的变高度连续梁各中跨宜采用相同跨径（或渐变），边跨跨径宜为中跨跨径的0.550.6倍（悬臂施工，边跨跨径一般取1/2L+515m）；对墩梁固结的箱梁，应合理选择边中跨比例，以减小墩身弯矩。大跨径在设计中考虑设置一定的凸形竖曲线，如果路线纵断面设置困难，也可考虑在不影响两端接线线形的前提下设置局部竖曲线，这对于降低桥梁标高控制的难度，保证桥梁建成后的外观线形均有较大的意义。建议桥面铺装以厚度控制为原则，桥面线条圆顺即可。1.3 混凝土材料混凝土强度等级一般采用C50。设计困难的，可采用C55。1.4 结构体系1、结构体系（1）大跨径结构根据桥墩高度、联长等因素，经计算确定是否采用连续梁还是连续刚构，原则上尽量采用刚构体系。（2）对于桥墩较矮、联长较大、墩高相差较大的，可采用连续梁体系或连续刚构体系。（3）对于匝道桥，为增大刚度、减小扭矩，有条件时尽可能采用双支座形式或墩梁固结。2、支座布置（1）通常连续梁一联仅设置一个纵向固定支承，但若该处桥墩不能独立承受纵向水平力时，可考虑设置多个纵向固定支承。（2）横向每个墩台位均需设置一个横向固定支座。（3）在每个墩位处，一般布置两个支座；当采用独柱墩时，可只布置一个支座；当桥宽较大时，可布置两个以上支座。（4）支座横桥向布置位置对横梁受力状况有较大影响；支座横向布置时，还应考虑支座安装、更换所需要的操作空间，设计时应根据具体情况妥善处理。2 结构构造及尺寸2.1 梁高1、等高度连续梁对等高度连续梁一般取1/15L1/18L，大多数取0.06L。箱梁梁高不应小于1.2m，当连续梁中支点为独柱支承时，设计时应适当加高。2、变高度连续梁（1）支点截面高跨比一般取1/151/18，大多数取0.06L。（2）跨中截面高跨比一般取1/301/55。大跨径跨中梁高宜采用1/401/55 的主跨跨径，小跨径取大值。跨中截面高跨比取值数据比较离散。（3）梁底曲线一般采用二次抛物线（或圆弧），对于主跨跨径大于150m 的可采用1.51.8 次抛物线设置。（4）中墩支座处直线段长度一般与该处桥墩宽度相等，跨中处直线段（合拢段）长度一般取2m。2.2 横截面形式（1）箱形截面可设计为单箱单室或单箱多室。箱梁翼板长度及箱室的划分应以桥面板正、负弯矩相互协调为原则，综合考虑板厚及是否设置预应力等因素来确定。（2）不设桥面板横向预应力的箱梁，悬臂长度宜取1.53m。（3）大跨连续箱梁桥宽16m以下一般采用单箱单室截面形式；桥宽18m以上可采用单箱双室截面。单箱单室截面箱梁底板宽度宜控制在8m以内，箱宽不宜大于桥面全宽的1/2（美规范从腹板中心线算起的顶板翼缘悬臂长度最好不超过箱室腹板中心线间距的0.45倍），且箱室的长边与短边之比不宜大于4（美规范宽高比大于6），否则应设置成多箱室。（4）主、引桥悬臂板长度宜取得一致。（5）桥面横坡一般通过以下几种方法形成：铺装垫层成坡；箱梁整体旋转成坡；箱梁底板水平，桥面板倾斜成坡；沿中线，两侧箱梁顶底板同步倾斜成人字坡。（5）大跨变高度箱梁一般采用直腹板，不宜采用斜腹板，以免造成施工困难。等高度箱梁和中等跨度支架现浇变高度箱梁外侧腹板也可采用斜腹板，配合合理的圆弧倒角可以改善箱梁外观。2.3 细部尺寸箱梁横截面由顶板、底板、腹板、悬臂板、承托构成；各部分构造须满足受力、构造、施工方便的要求。1、悬臂板悬臂板长度及腹板间距是调节桥面板弯矩的主要手段。不设桥面板横向预应力的箱梁，悬臂长度宜取1.53m，设横向预应力的悬臂板长度一般为34.5m，悬臂端部厚度一般取0.150.20m，悬臂根部厚度一般为0.40.6m。箱梁悬臂长度不宜大于4.5m，否则应考虑活载在悬臂端部引起的双向挠曲效应，适当加强悬臂板普通钢筋的配置。2、顶板主梁顶、底板厚度应根据梁距和箱宽计算确定，需要满足布置预应力钢筋的需求。箱梁顶板厚度不小于0.2m，并且不小于倒角、梗胁或腹板间净距的1/20（使用横向预应力，最小1/30）。如果使用横向预应力，顶板厚度需要满足锚固和和保护层要求。一般地，箱室中间顶板厚度可采用0.250.32m。3、底板箱梁底板需要满足纵向抗弯以及布置预应力钢筋的需求。底板厚度不小于0.18m，并且不小于倒角、梗胁或腹板间净距的1/30。一般地：（1）等高度连续梁底板厚度常采用0.220.25m。（2）变高度连续梁底板厚度随负弯矩从跨中到支点逐渐加厚。墩顶箱梁底板厚度一般为箱梁高度的1/81/10*(B/2b)，跨中底板厚度宜采用0.250.32m；厚度一般按照二次抛物线变化（与梁高变化同步）。（3）宜将受压区高度限至在箱梁底板或顶板范围内，若受压区侵入腹板，则受压区高度变化较快。4、承托（梗胁）承托布置在顶底板与腹板连接的部位，起均匀过渡力线、增加横向刚度以抵抗扭转、畸变应力。对于节段施工箱梁，主梁腹板与顶板相接处加腋承托还提供良好锚固区域。5、腹板（1）箱梁腹板宽度应由主梁截面抗剪、抗扭、混凝土保护层、预应力钢筋孔道净距和满足混凝土浇筑等要求确定。预应力钢筋净保护层和净距除满足规范外，应考虑纵向普通钢筋和箍筋的占位以及混凝土浇筑的孔隙等因素。箱梁腹板宽度可参照公路桥梁设计手册梁桥取用。现浇箱梁腹板宽度最小值一览表条 件腹板宽度Bmin(cm)腹板内有纵向后张预应力钢筋时30腹板同时有纵向和竖向后张预应力钢筋时38（2）腹板宽度必需满足规范抗剪断面最小尺寸要求。若不满足，需要改变截面尺寸。可考虑底板倾斜对腹板剪力减小的有力影响。（3）节段施工箱梁腹板尺寸除满足受力需求外，还需要满足通过、连接、锚固预应力钢筋的构造需求。腹板厚度一般采用0.400.80m。通常，中大跨径连续梁支点处腹板较厚，跨中处腹板较薄，为施工方便，腹板厚度变化宜在12个节段完成（变化率小于1/12）。6、横梁（横隔板）（1）连续梁桥必须设置端横梁及中支点横梁。曲线连续箱梁桥应根据曲线半径、跨径大小确定跨间横隔板个数。（2）中支点横梁和端横梁宽度由计算确定。端横梁宽度还应考虑伸缩缝预留槽、梁端张拉空间等构造要求。横梁宽度需满足规范抗剪断面最小尺寸要求。2.4 其它（1）人孔横梁上人孔一般设计为矩形，并带有直线或圆弧形倒角，其尺寸大小须保证施工及检修设备和人员能够通过。底板上人孔一般设置在靠近端横梁附近，一般为圆孔。（2）施工临时人孔施工临时人孔一般布置在箱梁顶板受力较小的位置，多布置在1/5跨径附近，多箱室时位置注意错开布置，形状及构造尺寸与过人孔类似。（3）通风孔和箱底泄水孔腹板必须设置通风孔，间距约5m，直径均宜取810cm左右。箱梁底板可能兜水的低处必须设置排水孔。（4）在箱梁悬臂板边缘宜设置向下凸出的滴水沿构造。3 结构计算一般规定3.1 计算项目应模拟出实际结构所有可能出现的不利施工状态和运营状态，例如对于悬臂施工的桥梁，应该模拟出各个施工状态：挂篮尚未前移、节段混凝土浇筑、预应力钢筋张拉等；悬臂状态稳定性检算；弯梁桥支座脱空、梁体倾覆稳定性检算；施工机械作用在梁体上局部受力计算；腹板下弯束作用下一般锚固区腹板抗裂验算。连续箱梁计算一般包括如下项目：（1）纵向计算（2）横截面框架计算（3）横梁计算（4）齿板计算（5）局部受力构件计算3.2 纵向计算1、计算模型结构模型及荷载应注意与实际结构相符。（1）直线连续箱梁一般采用平面杆系计算。（2）墩梁固结计算时应考虑墩柱及基础的实际刚度，必要时需进行包络设计。例如：桩基应分别按冲刷前后的长度进行分析。（3）斜桥、弯桥应以空间杆系进行计算，水平面内有弯曲的要考虑墩柱刚度影响。曲梁当扭跨所对应的圆心角5°时，可用曲线长为跨径的直线桥进行分析，当5°30°时，弯矩及剪力可按直线桥进行分析，反力及扭矩需按空间程序进行分析。斜桥的斜度小于30°时可用斜跨径按正桥计算，大于30°时应按斜桥采用空间计算程序进行分析计算，反力及扭矩需按空间程序进行分析。（4）平面曲线换成折线分析时，单元划分应必须设置足够的节点。（5）异型桥、独柱支承的宽连续梁桥、跨度小于2.5倍核心宽度时宜按照梁格进行结构空间计算。（6）箱梁横坡做如下简化：横向等高箱体按照水平放置考虑；按照梁格计算时，应考虑不等高腹板的影响。2、计算荷载（1）需要考虑的荷载及组合按照规范取。（2）不同的桥梁结构，汽车荷载具有不同的偏载系数。当无可靠计算方法时，可取1.15。（3）纵向计算强迫位移一般由下部结构设计提供。当地层分布比较平缓、桩基类型、长度变化不大时，小跨径桥梁一般取5mm，中等跨径桥梁一般取10mm，大跨径桥梁一般取20mm。（4）悬臂施工的挂篮模板机具荷载没有具体数据时，可按照最重悬臂施工节段自重的0.6倍估算。3.3 桥面板横向分析模型（1）目前一般取单位宽度横向框架进行横向平面杆系计算。桥面铺装层、防撞护栏等桥面设施均作为二期恒载计算，活载作用下板的分布宽度可按规范计算。（2）计算时应考虑不等厚桥面板厚度变化的影响。（3）框架结构支承条件比较复杂，不同的荷载工况可能对应于不同的承条件，应尽可能采用空间板（块）单元进行分析。一般情况下，可对箱梁跨中、1/4截面及支点截面等典型截面按框架结构计算。在箱梁每条腹板中心线下端的箱底位置加一个竖向约束，另加一个水平约束保证结构体系属于几何不变体系（跨中、1/4截面采用弹性支承，支点截面采用刚性支承）。（4）横向计算腹板配筋的1/2可兼作主梁抗剪或抗扭箍筋。（5）在横向计算、预应力钢束弯曲处局部计算时，需要考虑由于预应力钢筋弯曲产生的径向分力对所计算结构的影响，此外还应进行钢筋受力验算并增设防崩钢筋或上下层钢筋之间的钩筋。（6）横向计算时，温度模式一般同纵向计算，也有采用箱室内外±5°的温差。3.4 横隔梁计算模型对于不同的桥梁，横隔梁的长高比变化很大。（1）高而短的横隔梁一般只有两个支座，且支座离箱梁腹板较近，横梁一般不控制设计，需按照深梁配筋设计。（2）矮而长的横隔梁一般有两个或者两个以上的支座，且支座位置离箱梁腹板较远且不规则，需要将其简化为工字梁来进行计算。工字梁的有效翼缘宽度按照规范计算。工字梁的荷载主要为腹板传来得的集中力和汽车轮载。（3）受力复杂的情况可通过梁格模型或更精确的空间模型分析。3.5 其它1、齿板设计（1）齿板通常设置1215 °倾角。若齿板锚固在预应力度不足区域，锚后需要设置一定数量的受拉钢筋。（2）锚下的局部承压按规范相应条款确定。一般均需布置配套的螺旋钢筋，必要时需要额外布置数层钢筋网片。（3）在齿板锚固端设置足够的受拉箍筋（底板、腹板方向都要设置），并将开口端锚固于原结构内。这部箍筋也部分起到局部承压钢筋作用。若无其它可靠方法，受拉箍筋面积可按照锚固力的横向分力来估算，并把这部分钢筋设置在45层内。（4）在管道竖弯范围内（并向两侧延长一段）设置防崩箍筋，并将开口端锚固于原结构内，防崩箍筋宽度按(d +10)cm控制，d 为管道外径，建议每米的总面积 As 按计算。某文件规定，对应的名义安全系数1.43。下面参照美国规范，以一长2.5m，倾角15°，弯曲半径为6m为例，分析所提公式的合理性。钢束的设计曲率半径R=6m，考虑5mm的定位误差，钢束的拟合曲率半径R1=5.5m，共同作用段长度不变，折算安全系数k=0.95/0.75*280/(0.6*335) *6/5.5=1.922、腹板下弯束计算腹板下弯束可按照美国规范，用“撑杆加系杆模型”计算，并考虑预应力管道产生应力集中的影响。腹板下弯束吨位不宜太大，应避免一个腹板内两根并排下弯。在抗裂计算不能通过的情况下，应采取先拉竖向预应力或沿下弯束布置加强钢筋等措施。3、防崩钢筋相关规范及规定：（1）板内摆动效应：根据美国规范，管道间距小于30cm，应视为紧密排列。为防止沿管道平面劈开，顶面、底面钢筋网应该用13号发卡形钢筋拉在一起。拉筋间距不大于45cm或1.5倍板厚。（2）对于布置在变高度梁段底板内的管道，在节段分界面，应在管道周围布置限制钢筋，钢筋在管道两侧13号钢筋不少于2排，间距为板厚减去板上下保护层。（3）按照规范，弯曲预应力筋面内效应按照下式计算：钢筋应力不超过0.6fy，钢筋间距不大于3倍的管道外径。某文件提出防崩钢筋计算公式如下：名义上安全系数50倍。下面以一主跨80m的连续梁为例，分析所提公式的合理性。考虑实际情况，弯曲预应力筋面内效应为：钢束的曲率半径R=300m考虑合拢处2cm节段高差调整，钢束的拟合曲率半径R1=175m折线顶点可共同作用段长度C=(30-2*2.5)*3=75cm节段长Lseg=400cmA s沿管道一米长度内的防崩钢筋面积f sd 钢筋的抗拉强度设计值15-17钢束张拉力N=17*(1860*0.75)*0.00014=3.32MN折算安全系数k=0.95/0.75*280/(0.6*335) *300/175*400/75=16k= 2 * 2 * 5 =20若安全系数取k=20=20*3.32/(280*300)=7.9E-4n=7.9E-4/2.01 E-4=4相当于4根16的钢筋。及按照节段面两侧加强的原则，两边各布置2排。建议：（1）顶板、直腹板按照规范（美）的构造钢筋控制。钢筋网应该用13号发卡形钢筋拉在一起。拉筋间距不大于45cm或1.5倍板厚。与目前绘图习惯相同。（2）变高度底板，在节段分界面两侧按照规范（美）在管道两侧13号钢筋不少于2排，间距为板厚减去板上下保护层。并不小于。（3）变高度底板，其它段，钢筋面积取公式计算与规范构造规定中大数，钢筋间距不大于3倍的管道外径。防崩钢筋间距不宜超过3倍的管道外径。（4）防崩钢筋可做成“ ” 形和封闭箍筋，如果采用“ ”形钢筋，则应确保卡住底板上下缘横筋。4、墩顶配筋计算墩顶应按照“撑杆加系杆”法计算，并配置受力钢筋。4 预应力体系设计注意事项4.1 一般原则1、纵向计算中，跨度大于等于100m的箱梁，应按照全预应力结构设计，跨度小于100m的箱梁，可按照A类预应力结构设计。2、布置了横向预应力钢筋的箱梁顶板、横隔梁，可按照A类预应力构件设计。3、一般情况下，竖向预应力宜作为安全储备，不参加主拉应力计算。4、计算需考虑有效宽度，验算中支点截面时，可根据规范对计算弯矩进行削峰折减。5、纵向预应力钢束尽量布置在靠近腹板处。纵向预应力管道的平弯和竖弯半径在有足够空间的情况下，尽可能采用较大半径，以减小管道平弯和竖弯引起的局部拉应力。6、预应力钢筋的布置，应线型平顺符合内力分布，且应尽量避免布置受压预应力钢筋。应避免钢束集中布置、弯曲、锚固。7、梁端部位，应配置弯起锚固钢束，一般弯起锚固在梁端梁端横隔板上；弯起锚固于桥面的钢束，应注意该处的耐久性设计细节。8、锚固齿块一般布置在靠近箱梁腹板的顶底板内侧，并保证预应力钢筋具有足够的张拉操作空间。锚固槽口尺寸需要满足张拉设备及操作空间需求，槽口深度需保证封锚混凝土足够厚以保护锚头耐久性。9、张拉机具多与锚固体系配套。设计时需要了解张拉机具以确保预应力工程具有足够的操作空间。锚固点到边最小距离、锚固点之间最小距离、锚固张拉空间要求参见相关产品手册。锚固段最小直线长、最小弯曲半径参见相关产品手册。4.2 支架现浇1、一般来说钢筋混凝土连续梁适用于20m以下的小跨径连续结构，预应力混凝土连续梁适用于20m以上的跨径大中等跨径连续梁。对于曲线半径过小的匝道桥，宜设计成小跨径钢筋混凝土结构。2、主梁采用一次浇筑混凝土、两端张拉预应力钢束的施工方式时，主梁长度宜控制在120m左右。当需要设置长分联时，可以采用分段浇筑混凝土，使用联接器分段张拉预应力钢束的施工方案，可采用交叉锚固方式；设计允许在同一截面全部预应力钢筋使用联接器连接，但对主梁截面及配筋应做加强处理。3、等高度连续梁应优先布置腹板预应力钢筋，尽可能少的布置顶底板较长预应力钢筋。4、注意要求支架预压。4.3 悬浇1、预应力钢束锚固位置应尽量布置在靠近截面厚实部分附近，并尽量让锚固力传至全截面的区段尽量短。顶板纵向预应力钢束宜通过平弯及竖弯锚固在顶板与腹板交界处，底板纵向预应力宜通过平弯及竖弯锚固在底板与腹板交界处。底板钢束应尽量靠近腹板布置，钢束应平弯靠近腹板锚固，锚固齿板应与腹板连成整体，底板齿板不宜做成横向贯通齿板，也不宜跨节段。2、梁端部位应配置弯起锚固钢束，一般弯起锚固在梁端梁端横隔板上。3、应配置适当的腹板下弯束，以改善箱梁腹板的主拉应力。腹板下弯束宜对称于腹板布置，其锚固点位置宜置于距箱梁顶面2/3H以下的位置。4、在悬臂板根部等预应力钢筋布置密集处，应避免孔道过多对结构局部构件产生不利影响，必要时可以加大结构局部尺寸。5、波纹管净距原则上不宜小于6cm。6、竖向预应力宜对称于腹板布置。7、对于梁高大于6m的梁段可采用钢绞线。采用精轧螺纹钢筋应明确要求采用二次张拉工艺，以保证其有效性，二次张拉滞后23节段。8、设计时，建议对纵、横竖向预应力钢筋、支座锚固钢筋、腹板箍筋等构造进行图纸放样，以保证预应力钢筋的布置合理。9、纵向预应力钢筋需要平弯及锚固的，应妥善处理平弯与腹板箍筋位置重叠的问题，以避免过分削弱腹板抗剪能力。10、大跨箱梁顶、底板纵向预应力设备用管道，且不少于二束。边跨底板预应力钢束有20且不少于2 束的预应力钢束按直束布置通过支座外，其余底板束上弯锚固。11、在布置主梁纵、横、竖三向预应力钢束时，应错开位置，避免钢束的锚头、管道相互干扰，或锚头管道与普通钢筋干扰，而不能准确到位，从而影响预应力的效果。注意纵向预应力钢束平弯、竖弯关系，一般平弯到位后再竖弯，避免在超过倒角后的腹板中平弯。12、预应力钢束的张拉龄期除满足混凝土强度（90%）条件外，建议对加载龄期提出要求，加载龄期最少不得小于7（5） 天，必要时可对于加载时的混凝土弹性模量提出要求。11、压浆要求可参照铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件。建议纵向预应力采用真空辅助压浆工艺，并对压浆饱满程度进行检查。12、竖向预应力顺桥向最大间距宜满足锚下应力通过承托（倒角）扩散后覆盖腹板。5 普通钢筋构造细节设计1、底板应配置防止底板崩裂的受力钢筋，而且在节段线两侧宜适当加强，当采用135°弯钩的钩筋，要求箍（钩）住底板最外层钢筋。在设计图中应示出钢筋之间相互关系的大样。2、钢束定位钢筋采用“井”字型，对于直线段钢束，间距不宜大于80cm，对于曲线段，间距不宜大于4050cm。3、在结构受拉边禁止设置内折角受力钢筋。4、普通钢筋的设置应尽量避免与预应力钢筋位置相矛盾。5、腹板、齿板宜配置闭合箍筋。6、箱梁顶板底横向钢筋、底板底横向钢筋和底板顶横向钢筋须伸至外腹板端部，并设90°弯钩锚固。7、承受扭矩很大的箱梁顶板横向钢筋不宜采用弯上弯下的配筋形式。8、人洞边缘钢筋直径不宜小于16mm，间距不宜大于15cm。6 设计说明（1）对于大体积混凝土，施工单位应严格执行施工规范中关于大体积混凝土施工的相关要求，进行温控设计。（2）设计应根据计算情况提出主梁悬浇过程中允许的最大不平衡荷载。（3）设计应给出允许挂蓝的重量范围。（4）对挂蓝和现浇支架提出预压要求，预压荷载为其所承受的块件重量。（5）所有预应力管道均需安装设计要求采用“井”字型定位钢筋进行精确定位，严格保证管道的弯曲坐标和角度，定位钢筋应与箱梁纵横向钢筋点焊连接。（6）所有普通钢筋均应按照设计图的要求布置，任何情况下都不能取消，也不能随意改变钢筋位置和钢筋间相互关系，如确因施工需要和钢筋相互干扰而改变时，应取得设计代表同意并采取相应补救措施。（7）悬臂块件浇筑时，混凝土必需由远端向已浇块件方向浇筑，以免造成新旧混凝土接缝处出现竖向裂缝。（8）悬臂浇筑箱梁节段混凝土时，尽可能一次浇筑完成，当施工条件限制必须分层浇筑时，底板应一次浇筑完成，腹板分层浇筑，分层时间控制在混凝土初凝前，并使层与层覆盖住。（9）所有预应力施加都应在混凝土强度达到设计强度等级的一定值（90%），而混凝土龄期不少于7天后进行。（10）设计文件中应要求采用符合国家标准和行业标准的锚具、联接器，预应力锚具、联接器、锚下钢筋及波纹管应按产品手册配套使用。（11）设计文件中应写明预应力钢筋张拉顺序、孔道灌浆要求和相应的结构施工顺序。箱梁各腹板纵向预应力钢筋应分批交替张拉，先长筋后短筋；采用双向预应力钢筋时，横梁和主梁预应力钢筋也应交替张拉，先横梁后主梁。7 主要参考文献 （1）公路预应力混凝土箱梁设计指南 中铁大桥院2006（2）混凝土连续梁设计指南 上海同豪2007（3）大跨径连续刚构桥设计指南（中交院）（4）桥梁专业设计技术规定 （XXX）（5）预应力混凝土连续梁、连续钢构桥设计指导意见 中交二院 2008（6）AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2004（7）DETAILING FOR POST-TENSIONED 1991 VSL INTERNATIONAL LTD.（8）VSL 产品手册