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1 上海市工程建设规范 XXX-201X 节段预制拼装预应力混凝土桥梁设计规范 Coe or Designo Prestresse Precast Segmental Concrete Briges ( 征求意见稿 ) 201X-XX-XX 发布 201X-XX-XX 实施 上海市 XXXXXXXX 发布

2 上海市工程建设规范 节段预制拼装预应力混凝土桥梁设计规范 Coe or Design o Prestresse Precast Segmental Concrete Briges XXX- 201X 主编单位 : 上海市政工程设计研究总院 ( 集团 ) 有限公司 批准部门 : 上海市住房和城乡建设管理委员会 施行日期 :201 年 月 日 201X 年上海

3 前言 为了指导节段预制拼装预应力混凝土桥梁的设计, 规范编制组经广泛调查研究, 认真总结实践经验, 吸取有关科研成果, 参考国外先进标准, 在广泛征求意见的基础上, 制定了本规范 本规范的主要技术内容是 :1. 总则 ;2. 术语和符号 ;3. 基本规定 ;4. 材料 ;5. 持久状况承载能力极限状态计算 ;6. 持久状况使用阶段应力和正常使用极限状态计算 ;7. 短暂状况施工阶段应力和承载能力极限状态计算 ;6. 构造设计规定 请各单位在执行本规范的过程中, 结合工程实践, 总结经验, 积累资料, 及时将有关意见和建议寄至上海市政工程设计研究总院 ( 集团 ) 有限公司 ( 地址 : 上海市杨浦区中山北二路 901 号, 邮编 :200092, 电子邮箱 :bzg@smei.com) 本规范主编单位 : 上海市政工程设计研究总院 ( 集团 ) 有限公司本规范参编单位 : 同济大学, 同济大学建筑设计研究院 ( 集团 ) 有限公司本规范主要起草人员 : 本规范主要审查人员 :

4 目次 1 总则 术语和符号 术语 符号 基本规定 材料 混凝土 钢筋 预应力钢筋 连接材料 持久状况承载能力极限状态计算 一般规定 受弯构件 其它计算 持久状况使用阶段应力和正常使用极限状态计算 一般规定 预应力损失计算 应力计算 抗裂验算与裂缝宽度验算 变形验算 短暂状况施工阶段应力和承载能力极限状态计算 一般规定 应力计算 承载力计算 构造设计规定 一般规定 主梁构造 主梁体外预应力体系 其它构造及附属设施 本规范用词说明 引用标准名录... 56

5 1 总则 为在节段预制拼装预应力混凝土桥梁设计中, 做到安全可靠 技术先进 适用耐久 经济合理 环保节能 确保质量, 制定本规范 条文说明节段预制拼装混凝土桥梁因其具有施工快速 质量可靠和耐久 环保等优点, 已经成为当今国内外桥梁技术发展的趋势 近年来, 随着我国经济发展方式的转变和 以人为本 绿色环保 理念的倡导, 预制拼装桥梁在一些经济发展较快的城市桥梁及国家重大工程跨江海桥梁建设中正逐渐推广应用 通过节段预制拼装混凝土桥梁技术的应用, 在提高工程质量 提升桥梁结构的耐久性及全寿命经济性 加快建设速度 减少环境干扰 最大限度减少对交通的影响以及提升工程的社会效益 经济效益等方面取得了显著成效, 同时也积累了一定的设计与实践经验 在本规范的编制过程中遵循先进性 科学性 协调性和可操作性原则, 借鉴了当今国内外先进和成熟的技术思想 基础理论 科技研究成果, 同时针对一些关键条款内容开展专题研究, 将研究成果纳入本规范, 并符合安全可靠 技术先进 适用耐久 经济合理 环保节能 确保质量的要求, 同时与现行国家 行业标准和规范的技术经济政策相适应 相协调 本规范适用于新建混凝土梁式桥梁 条文说明本规范不适用轻骨料混凝土结构和超重 耐酸 ( 碱 ) 等特种混凝土结构的桥梁设计 改建 扩建 维修桥梁可对比技术条件后参照本规范设计 节段预制拼装预应力混凝土桥梁的设计应有利于标准化和资源集约利用, 同时应积极推广可靠的新技术 新工艺 新材料和新设备 条文说明构建资源集约型 环境友好型社会是我国的基本国策 对于节段预制拼装桥梁可以通过设计的标准化, 实现施工的标准化, 提升桥梁建筑材料 设备及基地的重复利用效率, 从而实现施工装备的高效集约利用, 促进工程建设与环境的和谐, 并预期将产生显著的经济效益和社会效益 节段预制拼装桥梁技术正处于快速发展的时期, 新技术 新工艺 新材料和 1

6 新设备为此项技术的发展完善乃至走向成熟提供了必要的技术保障, 反之, 对于桥梁工程师也应将在工程研究和实践中获得的成熟技术和宝贵经验在行业内进行积极的推广 节段预制拼装预应力混凝土桥梁设计除应符合本规范外, 尚应符合国家现行有关标准的规定 2

7 2 术语和符号 2.1 术语 节段混凝土梁体沿构件方向划分的若干梁段 节段预制拼装混凝土桥梁工厂或现场预先制作的混凝土节段通过可靠的连接方式拼装而成的混凝土桥梁 多重剪力键混凝土构件预制节段接缝表面用于承担剪切等作用 凹凸密接匹配的多重键块和键槽 胶接缝混凝土构件预制节段的结合面采用涂抹环氧树脂胶的接缝 现浇混凝土接缝混凝土构件预制节段的结合面采用现浇混凝土浇筑的接缝 短线法预制将梁沿纵向划分成若干节段, 在台座上用固定的模板, 依次将已浇筑好的节段作为匹配节段, 逐段匹配 流水制作节段的预制施工方法 体外预应力在混凝土梁体截面之外布置预应力钢束 施加预应力的方式 体外预应力钢束的极限应力体外预应力混凝土梁达到极限承载力 ( 通常指抗弯承载力 ) 时, 体外预应力钢束达到的应力 体外预应力二次效应体外预应力钢束的位移与梁体变形不一致而引起的附加预应力效应 体外预应力钢束的转向器 3

8 使体外预应力钢束集中弯转的器件 2.2 符号 材料性能 cu,k 边长为 150mm 的混凝土立方体抗压强度标准值 ck c 混凝土轴心抗压强度标准值 设计值 tk t 混凝土轴心抗拉强度标准值 设计值 ck tk ( 短暂状况 ) 施工阶段的混凝土轴心抗压 抗拉强度标准值 ck,j 接缝截面混凝土的轴心抗压强度设计值 ck,j ( 短暂状况 ) 施工阶段接缝截面混凝土的轴心抗压强度设计值 sk s 普通钢筋抗拉强度标准值 设计值 s p 普通钢筋 预应力钢筋抗压强度设计值 pk p 预应力钢筋抗拉强度标准值 设计值 pk,i p,i 体内预应力钢筋抗拉强度标准值 设计值 p,i 体内预应力钢筋抗压强度设计值 pk,e p,e 体外预应力钢筋抗拉强度标准值 设计值 E c 混凝土的弹性模量 G c 混凝土的剪变模量 E s E p 普通钢筋 预应力钢筋的弹性模量 作用于作用效应 M 弯矩的组合设计值 M u 受弯构件的正截面抗弯承载力设计值 M cr 受弯构件的正截面开裂弯矩值 N 轴向压力的组合设计值 N u 大偏心受压构件的正截面抗压承载力设计值 N cr 大偏心受压构件的正截面开裂轴向压力值 N p,i N p,e 接缝截面体内 体外预应力钢筋合力设计值的轴向分力 V 剪力的组合设计值 T 钢筋拉力的组合设计值 T 计算体外束基频时钢束的拉力 V p,i V p,e 接缝截面体内 体外预应力钢筋合力设计值的竖向分力 V t k 施工荷载标准值 ( 考虑动力系数 ) 产生的剪力 σ s ( 正截面承载力计算中 ) 截面受拉边或受压较小边普通钢筋的应力 σ p,i 截面受拉边或受压较小边体内预应力钢筋的应力 σ p0,i σ p0,i 截面受拉区 受压区预应力钢筋合力点处混凝土正应力等于零时的预应力钢筋的应力 σ st σ lt 作用 ( 或荷载 ) 短期效应组合 长期效应组合下截面边缘混凝土的拉应力 σ tp σ cp 构件混凝土的主拉应力 主压应力 σ pc 永存 ( 有效 ) 预应力在截面边缘产生的混凝土法向预压应力 4

9 σ con 预应力钢筋的锚下张拉控制应力 σ con,i σ 体内 体外预应力钢筋的锚下张拉控制应力 con,e σ pe 预应力钢筋的永存 ( 有效 ) 预应力 σ pe,i σ pe,e 体内 体外预应力钢筋的永存 ( 有效 ) 预应力 σ p,e 体外预应力钢筋的极限应力设计值 σ pu,e 体外预应力钢筋的极限应力 Δσ pu,e 体外预应力钢筋的极限应力增量 Δσ p,e 体外预应力钢束的应力幅 Δ p,e 预应力钢绞线的疲劳应力幅限值 σ pi 传力锚固后预应力钢筋的初始应力 σ c 接缝截面剪压区混凝土的压应力 τ c 接缝截面剪压区混凝土的剪应力 σ cc, 转向器与混凝土之间承压面混凝土的容许压应力 几何参数 L 构件的计算跨径 L 1 计算跨体外预应力钢筋的长度 L 2 锚具间体外预应力钢筋的长度 l 预应力钢筋的计算长度或计算体外索基频时的索段长度 Δl 锚具变形 钢筋回缩和接缝压密值 S 计算截面处相邻转向 ( 或定位 ) 构造之间或转向 ( 或定位 ) 构造与相邻锚固构造之间的距离 C 斜裂缝的水平投影长度 R 体外预应力钢筋的弯曲半径 R 体外预应力钢筋转向管的内半径 预应力钢绞线中钢丝的最大直径 b 体外预应力钢筋转向器与混凝土之间承压面的计算宽度 θ 预应力钢筋自张拉端的管道累计偏转角 θ i θ e 体内 体外弯起预应力钢筋与构件轴线的夹角 a 截面受拉边或受压较小边的普通钢筋和体内预应力钢筋合力点至受拉边缘或受压较小边缘的距离 a 截面受压较大边的普通钢筋和体内预应力钢筋合力点至受压较大边缘的距离 a s 截面受压较小边普通钢筋合力点至截面受压较小边缘的距离 a s 截面受压较大边普通钢筋合力点至截面受压较大边缘的距离 a p,i 截面受压较小边体内预应力钢筋合力点至截面受压较小边缘的距离 a p,i 截面受压较大边体内预应力钢筋合力点至截面受压较大边缘的距离 b 矩形截面的宽度, 带翼形截面腹板的宽度 b 带翼形截面受压较小边翼板的宽度 b 带翼形截面受压较大边翼板的有效宽度 b,s 带翼形截面受压翼板的抗剪有效宽度 b h 带翼形截面腹板承托或加腋的宽度 h 带翼形截面受压较小边翼板的厚度 5

10 h 带翼形截面受压较大边翼板的有效宽度内的平均厚度 e 0 轴向压力对截面重心轴的偏心距 e 轴向压力作用点至截面受拉边或受压较小边的普通钢筋和体内预应力钢筋合力点的距离 e 轴向压力作用点至截面受压较大边的钢筋合力点的距离 s v 箍筋的间距 x 截面受压区高度或接缝截面剪压区的高度 x b 截面纵向受拉钢筋和截面受压区混凝土同时达到其强度设计值时的受压区高度 y 截面形心轴至受拉边或受压较小边缘的距离 y 截面形心轴至受压较大边缘的距离 A 0 构件换算截面的面积 A cv 可能开裂面的截面面积或接缝的截面面积 A ks,i 第 i 个键块的剪切面积 A s 截面受拉边或受压较小边纵向普通钢筋的截面面积 A s 截面受压较大边纵向普通钢筋的截面面积 A p,i 截面受拉边或受压较小边体内预应力钢筋的截面面积 A p,i 截面受压较大边体内预应力钢筋的截面面积 A p,e 截面体外预应力钢筋的截面面积 A pb,i 斜裂缝范围内体内弯起预应力钢筋的截面面积 A pb,e 斜裂缝范围内体外弯起预应力钢筋的截面面积 A sv 同一截面内箍筋各肢的总截面面积 W 0 换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩 S 0 换算截面重心轴以上 ( 或以下 ) 部分面积对截面重心轴的面积矩 h 0 截面受拉边或受压较小边的普通钢筋和体内预应力钢筋合力点至受压较大边缘的距离 h 0 截面受压较大边钢筋合力点至受压较小边缘的距离 h s 受拉区普通钢筋合力点至截面受压区边缘的距离 h p,i 受拉区体内预应力钢筋合力点至截面受压区边缘的距离 h p,e 体外预应力钢筋合力点至截面受压边缘的初始距离 h pu,e 体外预应力钢筋合力点至截面受压较大边缘的极限距离 计算系数及其他 γ 0 结构的重要性系数 γ 截面受拉区混凝土的塑性影响系数或接缝对二次效应的影响系数 φ 截面形状影响系数 φ b 接缝对抗弯承载力的影响系数 φ j 接缝对混凝土强度的影响系数 φ c 接缝对抗压承载力的影响系数 α 接缝对钢筋极限应力的影响系数 C 1 C 2 接缝影响系数 c 粘结强度或粘结力系数 η 偏心受压构件轴向压力的偏心距增大系数或体外预应力二次 6

11 效应的修正系数 α 1 异号弯矩影响系数 β N 偏心轴向力对截面抗裂边缘应力的影响系数 m 剪跨比 β 截面受压区矩形应力图高度与实际受压区高度的比值 n p 预应力钢筋与混凝土的弹性模量比 ρ 纵向受拉钢筋配筋率 ρ p 预应力钢筋配筋率 ω 体内有粘结受拉钢筋与体内外受拉钢筋之比 1 体外预应力钢索的基频 W 计算体外束基频时体外预应力钢索的单位长度重力 3 基本规定 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法, 桥梁结构的设计基准期为 100 年 条文说明本规范的编制遵循国家标准 工程结构可靠性设计统一标准 (GB ) 规定的设计原则, 采用以概率理论为基础 以分项系数表达的极限状态设计方法, 在作用分类 代表值 作用效应组合以及承载能力极限状体表达式和分项系数等均按现行 城市桥梁设计规范 (CJJ ) 和 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 取值 桥梁结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计 条文说明按照 工程结构可靠性设计统一标准 (GB ) 极限状态设计原则, 本规范桥梁结构设计分为承载能力极限状态和正常使用极限状态 承载能力极限状态是结构发挥允许的最大承载能力的状态, 体现了结构的安全性 ; 正常使用极限状态是结构达到使用功能上允许的某个限值的状态, 体现了结构的适用性和耐久性 本规范在第 5 章对桥梁结构的各种极限状态均规定了明确的限值, 设计应对桥梁结构按照第 条所列的三种设计状况的不同极限状态分别进行计算或验算, 且都符合规范要求时, 才达到设计桥梁全部预定的功能要求 桥梁结构应根据在制造 运输 安装和使用过程中的作用影响, 进行以下四种设计状况的极限状态设计 : 1 持久状况 : 在桥梁使用过程中一定出现, 且持续期很长的设计状况 该状 7

12 况桥梁结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计 2 短暂状况 : 在桥梁施工和使用过程中出现概率较大而持续期较短的设计状况 该状况桥梁结构应进行承载能力极限状态设计, 可根据需要进行正常使用极限状态设计 3 偶然状况 : 在桥梁使用过程中出现概率很小, 且持续期极短的设计状况 该状况桥梁结构应进行承载能力极限状态设计, 可不进行正常使用极限状态设计 4 地震状况 : 桥梁遭受地震时的设计状况 该状况桥梁结构应进行承载能力极限状态设计 条文说明 工程结构可靠性设计统一标准 (GB ) 在原 92 版标准规定结构设计应考虑持久设计状况 短暂设计状况和偶然设计状况等三种设计状况基础上, 修订增加了地震设计状况 除地震设计状况外, 其他偶然设计状况只需作承载能力极限状态设计, 地震设计状况应按照现行 城市桥梁抗震设计规范 (CJJ ) 进行抗震验算 节段预制桥梁在预制 吊装 运输 安装等施工过程中, 桥梁结构体系 所承受的荷载 支承条件等与使用阶段相比, 都有可能有所不同, 此时, 设计要根据实际情况进行短暂状况的极限状态设计, 除需进行承载能力极限状态设计外, 亦可根据需要进行正常使用极限状态设计 桥梁结构的安全等级应根据结构的重要性 结构破坏可能产生后果的严重性, 按表 采用 结构重要性系数对应于设计安全等级一级 二级和三级分别取 表 桥梁设计安全等级 安全等级 结构类型 桥梁类型 一级 重要结构 特大桥 大桥 中桥 重要小桥 二级 一般结构 小桥 三级 次要结构 防撞护栏 注 :1 表中所列特大 大 中桥等系按本规范表 中的单孔跨径确定, 对多跨不等跨桥梁, 以 其中最大跨径为准 ; 冠以 重要 的小桥系指城市快速路 主干路及交通特别繁忙的城市次干路上的桥梁 2 对有特殊要求的桥梁, 其设计安全等级可根据具体情况研究确定 条文说明 桥梁结构安全等级是根据结构的重要性及结构破坏后果, 即危及人的生命 8

13 造成经济损失 对社会或环境产生影响等的严重程度所确定的 本规范按照 工程结构可靠性设计统一标准 (GB ) 附录 A.3.1 条规定划分了结构的三个安全等级以及对应的结构类型, 在进行桥梁结构持久状况承载能力极限状态设计时, 结构重要性系数对应不同设计安全等级分别取值 对于有特殊要求的桥梁, 其设计安全等级可根据具体情况研究确定, 但不能低于本规范所列等级要求 桥梁按其多孔跨径的总长或单孔跨径的长度分为特大桥 大桥 中桥及小桥等四类, 桥梁分类应符合表 的规定 表 桥梁分类 桥梁分类 多孔跨径的总长 L(m) 单孔跨径 L 0 (m) 特大桥 L>1000 L 0 >150 大桥 1000 L L 0 40 中桥 100>L>30 40>L 0 20 小桥 30 L 8 20>L 0 5 注 : 1 表中跨径系指标准跨径 2 梁式桥以两桥墩中线之间桥中心线长度或桥墩中线与桥台台背前缘线之间桥中心线长度为标 准跨径 3 梁式桥多孔跨径的总长为多孔标准跨径的总长 条文说明本规范中关于桥梁分类的标准与 城市桥梁设计规范 (CJJ ) 和 公路桥涵设计通用规范 (JTG D ) 保持统一 桥梁主体结构的设计使用年限不应低于 100 年 体外预应力钢索应可更换, 设计使用年限不应低于 35 年 条文说明本规范借鉴国际标准 结构可靠性总原则 ISO 和欧洲规范 结构设计基础 EN , 并从节段预制拼装桥梁的特殊性和重要性考虑, 对桥梁主体结构的设计使用年限统一采用 100 年标准, 此标准对于特大桥 大桥和重要中桥, 与 工程结构可靠性设计统一标准 (GB ) 附录 A.3.3 条规定的标准保持统一, 而对于其他类型桥梁有所提高 体外预应力钢束在节段预制拼装桥梁中作为可替换的结构构件, 根据我国体外预应力钢束的一般产品标准, 并统筹构件在桥梁全生命周期中的更换次数, 确定 35 年的设计使用年限 表 是欧洲规范 结构设计基础 EN 给出的结构设计使用年限类别的示例 : 9

14 表 设计使用年限类别示例类别设计使用年限 ( 年 ) 示例 1 10 临时性结构 2 10~25 可替换的结构构件 3 15~30 农业和类似结构 4 50 房屋结构和其他普通结构标志性建筑的结构 桥梁和其他土木工程 结构 桥梁结构设计采用的作用 作用分类 代表值和作用效应组合除地震作用外应按 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 执行 节段预制拼装预应力混凝土桥梁应进行抗震设计 地震作用的计算及结构的抗震设计应符合 城市桥梁抗震设计规范 (CJJ 166) 的规定 节段预制拼装预应力混凝土桥梁应根据结构特点 使用年限 环境条件 施工条件等进行耐久性设计 耐久性设计应包括下列内容 : 1 确定结构所处的环境类别 ; 2 提出对混凝土材料的耐久性基本要求 ; 3 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度 ; 4 不同环境条件下的耐久性技术措施 ; 5 接缝部位的耐久性技术措施 ; 6 提出施工质量验收要求 ; 7 提出结构使用阶段的检测与维护要求 条文说明本规范列出了节段预制拼装混凝土桥梁的耐久性设计应包含的内容, 具体可按现行 混凝土结构耐久性设计规范 (GB/T 50476) 和 公路工程混凝土结构防腐技术规范 (JTG/TB 07-01) 的规定进行 其中材料要求除应包含混凝土 普通钢筋 预应力钢筋外, 还应对体外预应力体系进行专门的耐久性设计, 在严重环境作用下还应提出合理的防腐蚀附加措施或多重防护策略 预制节段连接 ( 拼接 ) 节点是节段预制拼装桥梁的薄弱环节, 应通过拼缝形式 连接构造 主筋连接方式 材料要求等设计, 使拼缝部位达到与一般部位结构相同的耐久性设计目标 10

15 桥梁结构宜采用标准化构造, 适合机械化 工厂化施工, 便于施工和养护 节段预制拼装预应力混凝土桥梁应根据采用结构的特点设置检修通道, 检修通道应有必要的检修 养护以及部件的更换所需的空间, 以及通风 排水设施 4 材料 4.1 混凝土 混凝土强度等级应按边长为 150mm 立方体试件的抗压强度标准值确定 节段预制拼装预应力混凝土桥梁构件的混凝土强度等级不应低于 C 混凝土轴心抗压强度标准值 ck 和轴心抗拉强度标准值 tk 应按表 采用 表 混凝土强度标准值 (MPa) 强度种类 强度等级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 ck tk 混凝土轴心抗压强度设计值 c 和轴心抗拉强度设计值 t 应按表 采用 表 混凝土强度设计值 (MPa) 强度种类 强度等级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 c t 混凝土受压或受拉时的弹性模量 E c 应按表 采用 表 混凝土的弹性模量 ( 10 4 MPa) 强度等级 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 E c 注 : 当采用引气剂及较高砂率的泵送混凝土且无实测数据时, 表中 C50~C80 的 E c 值应乘以折减系数 混凝土的剪变模量 G c 可按本规范表 数值的 0.4 倍采用, 混凝土的 11

16 泊松比 ν c 可采用 钢筋 钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜采用 HPB300 HRB335 HRB400 HRB500 HRBF335 HRBF400 HRBF500 RRB400 和 RRB500 钢筋, 并应符合现行国家标准 钢筋混凝土用钢第 1 部分 : 热轧光圆钢筋 (GB ) 钢筋混凝土用钢第 2 部分 : 热轧带肋钢筋 (GB ) 钢筋混凝土用余热处理钢筋 (GB 13014) 的规定 普通钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于 95% 的保证率 普通钢筋的抗拉强度标准值 sk 应按表 采用 表 普通钢筋抗拉强度标准值 钢筋种类 符号 公称直径 (mm) sk (MPa) HPB300 A 2 6~ HRB335 HRBF335 HRB400 HRBF400 RRB400 HRB500 HRBF500 RRB500 B B F C C F C R D D F D R 6~ ~ ~ 普通钢筋的抗拉强度设计值 s 和抗压强度设计值 s 应按表 采用 表 普通钢筋抗拉 抗压强度设计值 钢筋种类 公称直径 (mm) s (MPa) s (MPa) HPB300 6~ HRB335 HRBF335 6~ HRB400 HRBF400 6~ ? RRB400 HRB500 HRBF500 6~ ? 12

17 RRB500 注 : 1 钢筋混凝土轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于 330MPa 时, 应按 330MPa 取用 ; 在斜截面抗剪承载力 受扭承载力和冲切承载力计算中垂直于纵向受力钢筋的箍筋或间接钢筋等横向钢筋的抗拉强度设计值大于 330MPa 时, 应按 330MPa 取用 2 构件中配有不同种类的钢筋时, 每种钢筋应采用各自的强度设计值 普通钢筋的弹性模量 E s 应按表 采用 表 普通钢筋的弹性模量 (MPa) 钢筋种类 E s HPB HRB400 HRB500 HRBF400 HRBF500 RRB400 RRB 注 : 采用牌号带 E 的钢筋时, 力学性能应符合现行国家标准 钢筋混凝土用钢第 2 部分 : 热轧带肋钢 筋 (GB ) 的规定 节段预制拼装预应力混凝土桥梁采用不锈钢钢筋和环氧树脂涂层钢筋时, 应符合现行行业标准 钢筋混凝土用不锈钢钢筋 (YB/T 4362) 和 环氧树脂涂层钢筋 (JG 3042) 的规定 4.3 预应力钢筋 预应力混凝土构件中的钢绞线 钢丝和精轧螺纹钢筋应符合现行国家标准 预应力混凝土用钢绞线 (GB/T 5224) 预应力混凝土用钢丝 (GB/T 5223) 和 预应力混凝土用螺纹钢筋 (GB/T 20065) 的规定 预应力筋的抗拉强度标准值应具有不小于 95% 的保证率 常用预应力筋的抗拉强度标准值 pk 应按表 采用 表 常用预应力筋抗拉强度标准值钢筋种类符号公称直径 (mm) pk (MPa) 钢绞线 1 7 ( 七股 ) 消除 光圆 A P 应力 钢丝 螺旋肋 A H

18 螺纹钢筋 A T 常用预应力筋的抗拉强度设计值 p 和抗压强度设计值 p 应按表 采用 表 常用预应力筋抗拉 抗压强度设计值钢筋种类 pk (MPa) p (MPa) p (MPa) 钢绞线 1 7( 七股 ) 消除应力钢丝螺纹钢筋 预应力筋的弹性模量 Ep 应按表 采用 表 预应力筋的弹性模量 (MPa) 钢筋种类 E p 钢绞线 消除应力钢丝 螺纹钢筋 预应力混凝土结构当采用环氧涂层钢绞线 镀锌钢绞线时, 应符合下列要求 : 1) 环氧涂层钢绞线应符合现行国家标准 环氧涂层七丝预应力钢绞线 (GB/T 21073) 单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线 (GB/T 25823) 和现行行业标准 环氧涂层预应力钢绞线 (JG/T387) 填充型环氧涂层钢绞线体外预应力束 (JT/T 876) 的规定 2) 镀锌钢绞线应符合现行行业标准 镀锌钢绞线 (YB/T 5004) 和 高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线 (YB/T 152) 的规定 14

19 4.3.6 体外预应力钢束采用的无粘结钢绞线应符合现行行业标准 无粘结预应力钢绞线 (JG 161) 和 无粘结钢绞线体外预应力束 (JT/T 853) 的规定 4.4 连接材料 环氧树脂胶性能及粘结能力应符合表 的规定 表 环氧树脂胶主要性能要求 物理性能 性能项目可施胶时间 (min) 可粘结时间 (min) 抗拉强度 (MPa) 受拉弹性模量 (MPa) 性能要求 胶体性能 伸长率 (%) , 抗弯强度 (MPa) 且不得呈脆性 ( 碎裂状 ) 破坏 抗压强度 (MPa) 70 固化速度 ( 低限温度 条件 ) 12 小时抗压强度 (MPa) 小时抗压强度 (MPa) 40 7 天抗压强度 (MPa) 70 耐热性 ( 高限温度条件 ) 粘结能力 ( 低限温度条件 ) 养护 7 天试件的耐热温度 (Martens 点 ) 和热变形温度 ( ) 钢 - 钢拉伸抗剪强度标准值 (MPa) 钢 - 钢不均匀扯离强度 (kn/m) 与混凝土的正拉粘结强度 (MPa) , 且为混凝土内聚破坏 不挥发物含量 ( 固体含量 )(%) 吸水率 ( 高限温度条件 )(%) 水中溶解率 ( 高限温度条件 )(%) % 0.1% 注 : 1 胶体在结构立面上涂胶层厚度 3mm 时应无流挂现象 2 本条文中所列指标均为胶体在适用温度范围内的 条文说明 目前广泛采用的用于节段拼装桥梁的结构胶为环氧胶 由环氧基材料和固化剂组成的双组分环氧胶, 其强度上升速度可通过材料组分的比例进行控制 合理 15

20 控制环氧胶的固化时间是拼装施工的重要环节, 既要确保有足够的涂抹 拼接可操作时间, 也要保证拼装后的强度快速上升 16

21 5 持久状况承载能力极限状态计算 5.1 一般规定 节段预制拼装预应力混凝土桥梁的持久状况设计应按承载能力极限状态的要求, 对构件进行承载力计算 在进行承载能力极限状态计算时, 作用 ( 或荷载 ) 的效应 ( 汽车荷载应计入冲击系数 ) 应采用其组合设计值 节段预制拼装混凝土构件接缝截面承载力计算以破坏形态及相应受力状态为基础, 在构件截面与体内配筋应变协调 体外预应力钢筋与构件变形协调的条件下建立受力平衡方程, 各种材料的极限应力达到相应规定的强度设计值 条文说明基于试验观察和测试结果, 依据节段预制拼装混凝土构件接缝截面的破坏形态及各种材料的受力状态, 采用与非节段预制拼装混凝土构件相似的方法建立承载力计算模型和极限平衡方程, 各种材料的极限应力取相应规定的强度设计值 5.2 受弯构件 受弯构件截面的纵向受拉钢筋和受压区混凝土同时达到其强度设计值时, 正截面的相对界限受压区高度应按表 取用 钢筋种类 混凝土强度等级 表 相对界限受压区高度 b C50 及以下 C55 C60 C65 C70 C75 C80 HPB HRB335 HRBF HRB400 HRBF400 RRB HRB500 HRBF 预应力钢绞线 钢丝 预应力螺纹钢筋 注 : 截面受拉区内配置不同种类钢筋时, 值应选用其中各种钢筋的最小值 ; b xb h0, b 条文说明 b x 为截面纵向受拉钢筋和截面受压区混凝土同时达到其强度设计值时的受压区高度 受弯构件正截面的相对界限受压区高度规定同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的规定 17

22 ' ' 受压区呈矩形截面的节段预制拼装受弯构件, 正截面抗弯承载力计算应符合下列规定 ( 图 5.2.2): c s ' As' ' ' p,i -σ po,i ' Ap,i ( ) h ' b ' ' Ap,i As' as api x γ 0 M h hs hp,i hpu,e σ pu,e Ap,e p,i Ap,i s As 图 受压区呈矩形截面受弯构件的正截面抗弯承载力计算图式 Ap,i b as As api apu,e Ap,e x 0M b b x c h0 As s ( h0 as ) Ap,i ( p,i p 0,i )( h0 ap,i ) - Ap,e p,e ( h0 hpu,e ) 2 ( ) 截面受压区高度 x 按下式计算 : 截面受压区高度应符合下列要求 : A A A A b x ( ) p, e p, e p, i p, i s s s s c x h ( ) b 0 当截面受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋, 且预应力钢筋受压 ( 即 ) 为正值 ) 时 ( p, i p0, i 若不符合式 ( ), 正截面抗弯承载力计算应符合下列规定 : 0M b Ap,e p,e h a A h a A h a pu,e p,i p,i p,i s s x 2 a( ) s ( ) 当截面受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋, 且预应力钢筋受拉 ( 即 ( p, i p0, i ) 为负值 ) 时 若不符合式 ( ), 正截面抗弯承载力计算应符合下列规定 : h a A h a A h a - x 2a s ( ) ( p,i p 0,i )( a p,i s ) ( ) 0M b Ap,e p,e pu,e s p,i p,i p,i s s s s s Ap,i a 式中 0 结构重要性系数, 按本规范 的规定取用 ; M 截面弯矩的组合设计值 ; b 接缝对抗弯承载力的影响系数 : 接缝截面 b =0.95; 非接缝截面 b =1.0; b 矩形截面的宽度或带翼形截面受压翼板的有效宽度 ; 18

23 拉杆压杆 x 截面受压区高度 ; c 混凝土的轴心抗压强度设计值 ; h 0 受拉区普通钢筋和体内预应力钢筋的合力点至受压边缘的距离 ; A s 受压区普通钢筋的截面面积 ( 接缝处普通钢筋不连续时 A s 取零 ); s 普通钢筋的抗压强度设计值 ; 受压区普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离 ; 锚固面立面背面 受压区体内预应力钢筋的截面面积 ; p,i 体内预应力钢筋的抗压强度设计值 ; p 0,i 受压区体内预应力钢筋合力点处混凝土正应力等于零时的预应力钢筋的应力 ; a p,i 受压区体内预应力钢筋合力点至受压边缘的距离 ; A p,e 体外预应力钢筋的截面面积 ; p,e 体外预应力钢筋的极限应力设计值, 按本规范第 条的规定采用 ; h pu,e 体外预应力钢筋合力点至截面受压边缘的距离, 按本规范第 条的规定采用 ; A p,i 受拉区体内预应力钢筋的截面面积 ; p,i 体内预应力钢筋的抗拉强度设计值 ; A s 受拉区普通钢筋的截面面积 ( 接缝处普通钢筋不连续时 A s 取零 ); s 普通钢筋的抗拉强度设计值 ; a 受压区普通钢筋和体内预应力钢筋的合力点至受压边缘的距离 ; h p,i 受拉区体内预应力钢筋合力点至受压区边缘的距离 ; h s 受拉区体内纵向受拉普通钢筋合力点至截面受压区边缘的距离 以上符号意义参见图 体外预应力钢筋的极限应力设计值应按如下规定采用 : 1 简支受弯构件 pu, e L / h p,e p,e pe,e pu,e p pu,e py,e p e,e ( a) ( b) 0 ( c) Ap,e pe,e Ap,i pe,i p ( ) A c ck

24 Ap,i pk,i As sk ( ) A A A p,i pk,i p,e pk,e s sk 式中 体外预应力钢筋的永存预应力 ; pe, e pu, e 体外预应力钢筋的极限应力增量 ; 接缝对钢筋极限应力的影响系数 : 无接缝 =1.0; 有接缝 =0.82; L 构件的计算跨径 ; h p,e 体外预应力钢筋合力点至截面受压边缘的初始距离, 按本规范第 条的规定修正 ; p 预应力配筋指标 ; 体内有粘结受拉钢筋与体内外受拉钢筋之比 ( 接缝处普通钢筋不连续时 A s 取零 ); py,e 体外预应力钢筋材料的抗拉条件屈服强度, 取 py, e pk, e pe,i 体内预应力钢筋的永存预应力 ; 构件的混凝土截面面积 ; ck 混凝土的轴心抗压强度标准值 ; pk,i 体内预应力钢筋的抗拉强度标准值 ; sk 普通钢筋的抗拉强度标准值 ; pk, e 体外预应力钢筋的抗拉强度标准值 其余符号意义同前 2 连续受弯构件 p, e pe,e 92 pu,e py,e pu,e p e,e L 1 L2 ; ( a) 0 ( b) 式中 L 1 计算跨体外预应力钢筋的长度 ( L1 L2 ); L 2 锚具间体外预应力钢筋的总长度 ; 其余符号意义同前 条文说明 体外预应力钢筋极限应力设计值, 采用同济大学获得的系列验证试验成果和经过验证的结构全过程非线性数值分析结果, 按照结构设计要求的保证率回归分析得到 试验和分析中均偏安全地考虑钢筋在转向器的管道内可以滑动 ; 极限应 20

25 力设计值还对试验加载与实际荷载的差异进行了修正, 对材料取用了 1.25 的分项系数 设计计算时, 可认为每根体外预应力钢筋沿其长度方向的极限应力均相同 在体外预应力钢筋估算时, 极限应力设计值可近似按永存预应力除以 1.25 分项系数取用 体外预应力钢筋合力点至截面受压区边缘的极限距离应按下列公式计算 : h L S 1 h p,e ( ) 2 pu, e hp,e L h h ( ) pu, e 式中 体外预应力二次效应的修正系数 : 简支受弯构件 =1.0; 连续受 弯构件 =1.07; 接缝对二次效应的影响系数 : 无接缝 =1.0; 有接缝 =1.02; L 构件的计算跨径 ; h p,e 体外预应力钢筋合力点至截面受压边缘的初始距离, 按本规范第 条的规定修正 ; S 计算截面处相邻转向 ( 或定位 ) 构造之间或转向 ( 或定位 ) 构造与相邻锚固构造之间的距离 ; 体内有粘结受拉钢筋与体内外受拉钢筋之比, 按本规范式 ( ) 计算 若计算截面在转向 ( 或定位 ) 或锚固构造位置并有钢筋穿过该构造时, 则相应钢筋至截面受压区边缘的极限距离应取为 符号意义同前 条文说明 p,e hpu,e = p, e h ( ) 基于同济大学验证试验资料和结构全过程非线性数值模拟结果的回归分析, 采用体外预应力钢筋至截面受压区边缘距离改变的方式考虑体外预应力的二次效应 体外预应力钢筋至截面受压区边缘的极限距离, 可理解为钢筋至截面受压区边缘的初始距离与其偏心距的改变值之差 计算公式是由构件跨中截面处的数据回归分析得到的, 其它截面可偏安全地使用, 不再区分具体位置 受压区高度大于翼板厚度的 T 形 ( 受压区呈 T 形 ) 截面的节段预制拼装受弯构件, 正截面抗弯承载力计算应符合下列规定 ( 图 5.2.5): 21

26 ' ' c s ' As' ' p,i -σ po,i ' ' Ap,i ( ) h ' b ' Ap,i ' As ' as api x γ 0 M h hs h pu,e h p,i 图 受压区呈 T 形截面受弯构件的正截面抗弯承载力计算图式 x b bx h0 2 h b -b) h h 2 A ( h a) A ( )( h 0 ap, i) - Ap, ep, e( h0 pu, e) ( ) 0M ( 0 c s s 0 s p, i p, i p0,i h 截面混凝土受压区高度 x 应按下式计算 : A ( h p, e p,e Ap,i p,i As s As s Ap,i p,i p 0,i ) c bx ( b b) 式中 b 腹板的宽度 ; h 受压翼板的厚度 其余符号意义和规定同 条及参见图 条文说明 ( ) ( ) 根据试验得到的节段预制拼装受弯构件正截面弯曲破坏形态, 以破坏时的截面受力状态建立平衡方程, 导出承载力计算公式 其中 : 混凝土材料和体内配筋的强度设计值的取值同非节段预制拼装构件, 体外预应力钢筋的抗拉强度设计值采用其极限应力设计值 同济大学及国外的试验结果表明, 节段预制拼装受弯构件的正截面破坏主要在接缝截面 破坏裂缝集中在接缝, 加之节段端面部位的混凝土强度也可能低于其它部位, 从而导致受压混凝土更早压溃 接缝截面承载力下降 因此, 根据对 比试验的统计结果, 接缝对抗弯承载力的影响系数取 b = 体外预应力钢筋合力点至截面受压边缘的初始距离, 应按表 对钢筋转向引起的合力偏移进行修正 表 钢筋转向合力偏移修正值 转向器和钢筋种类合力偏移修正值注 集束式转向器穿光面钢绞线束 0.45 R 集束式转向器穿无粘结钢绞线束 0.4 R σ 集束式转向器穿钢绞线成品索 p,e Ap,e p,i Ap,i s As R r c Ap,i b as As Ap,e api apu,e R 为转向管的内半径 ; 22

27 散束式转向器穿无粘结钢绞线束 0 r c 为成品索的外半径 条文说明体外预应力钢筋至截面受压边缘的初始距离, 将因钢筋受拉作用在转向器的钢道内朝弯曲圆心方向偏移, 需要进行修正 节段预制拼装受弯构件的斜截面抗剪承载力计算应符合下列规定 ( 图 5.2.7): Vc Sv Dx sv Asv pu,e p,i h h s h σp,eap,e σ p,e A pb,e e θ p,i Ap,i s As p,i A pb,i i θ 图 受弯构件斜截面抗剪承载力计算图式 C V C p,i 式中 0 结构重要性系数 ; A cu,k pb,i ( C2 P) bh m sin i V 斜截面剪压端剪力的组合设计值 ( kn); C 1 接缝影响系数 : 无接缝 C 1=0.06, 有接缝 C 1=0.72; 3 p,e 3 C s A v pb,e sv A sv sin e (5.2.7) 1 异号弯矩影响系数 : 简支受弯构件取 1.0; 连续和悬臂受弯构件的中支点截面取 0.9, 其它截面取 1.0; 体内外预应力配筋的影响系数 : 全体外配筋取 1.0; 体内外混合配筋取 1.1; cu, k 2 截面形状影响系数, ( bh0 2h ) / bh0 均厚度 ;, 其中 h 为受压翼板的平 边长为 150mm 的混凝土立方体抗压强度标准值 ( MPa ), 即混凝土的强度等级 ; C 2 接缝影响系数 : 无接缝 C 2 =12.8, 有接缝 C 2 =0.11; 23

28 P 纵向配筋率, P 100, ( As Ap,i Apb,i Ap,e Apb,e ) / bh0, 其中, A s 为纵向受拉普通钢筋的面积 ( 接缝截面普通钢筋不连续时 A s 取零 ); A p, i 为体内直线预应力钢筋的截面面积 ; A p, e 为体外直 线预应力钢筋的截面面积 ; 其余符号意义见下说明 ; b h 0 分别为腹板宽度与截面有效高度 ( 按受拉侧普通钢筋和体内有粘结预应力筋计算 )(mm); m 剪跨比, m M /( Vh0 ), M 为与 V 对应的弯矩的组合设计值 ; C 斜裂缝的水平投影长度 (mm), 取一个节段长度和 C =0.6 mh 0 的较小者 ; s v 斜裂缝范围内的箍筋间距 (mm); sv 箍筋的抗拉强度设计值 ( MPa ); A sv 斜裂缝范围内一个间距内箍筋各肢的总截面面积 ( mm 2 ); p,i 体内预应力钢筋的抗拉强度设计值 ( MPa ); A pb,i 斜裂缝范围内体内弯起预应力钢筋的截面面积 ( mm 2 ); i e 分别为体内和体外弯起预应力钢筋与构件轴线的夹角 ; p,e 体外预应力钢筋的极限应力设计值 ( MPa ), p, e 中 为体外预应力钢筋的永存预应力 ; pe, e =0.8 pe, e, 其 A pb,e 斜裂缝范围内体外弯起预应力钢筋的截面面积 ( mm 2 ) 以上符号意义参见图 条文说明 采用 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 预应力混凝土受弯构件抗剪承载力相似的简化计算图式, 以斜截面剪切破坏脱离体建立平衡方程, 体外预应力钢筋以极限拉力设计值参与截面受力平衡 该公式由同济大学的系列验证试验成果和经过验证的结构全过程非线性数值分析结果, 按照结构设计要求的保证率回归分析得到 试验和理论计算表明, 节段预制拼装构件的破坏斜裂缝与接缝及荷载的位置关系密切, 破坏斜裂缝的水平投影长度一般不超出一个节段的长度, 故公式中 采用按一个节段长度和 C =0.6 mh0 的较小者计算 由于体外预应力钢筋的极限 应力受剪切试验模型长度的影响较大, 而体外预应力的二次效应通常使构件受力更为有利, 故偏安全地将钢筋的极限应力取为永存预应力除以分项系数 1.25, 并不考虑二次效应的影响 剪压区呈矩形截面的节段预制拼装受弯构件, 接缝截面的抗剪承载力计算应符合下列规定 : 24

29 其中 c x 满足下列条件 : 0 V ( ) 0V.95 cb, sx 0.75Vp,i cb x. 8 p,i p,e p,e 0 N N ( ) c c, j c c, j c c, j 2 ( ) M V x b x c hp,i - A 2 b x 0.8V c,s p,e p,i p,e ( h V p,i p,e h p,e ) ( ) b ' h ' x τc σc γ 0 M h hp,i h 0 h p,e bh ' bh ' γ 0 V σ p,e Ap,e θe Ap,e 图 剪压区呈矩形截面受弯构件的接缝截面抗剪承载力计算图式式中 0 结构重要性系数 ; V 接缝截面剪力的组合设计值 ; c 接缝截面剪压区混凝土的剪应力 ; b 受压翼板的抗剪有效宽度, b b, 其中 :b 为腹板的宽度 ;,s b h 为腹板承托或加腋的宽度 ; x 接缝截面剪压区的高度 ;, s 2bh V p, i 接缝截面体内预应力钢筋合力设计值的竖向分力, V p, i p,i Ap,i sini, 其中 : p,i 为体内预应力钢筋的抗拉强度设计值 ; A p, i 为体内预应力钢筋的截面面积 ; i 为体内预应力钢筋与构件轴线的夹角 ; V p,e 接缝截面体外预应力钢筋合力设计值的竖向分力, V p, e p,e Ap,e sin, 其中, e p, e 0. 8 p e, e, pe, e 为体外预应力钢筋的永存预应力 ; A p, e 为体外预应力钢筋的截面面积 ; e 为体外预应力钢筋与构件轴线的夹角 ; 接缝截面剪压区混凝土的压应力 ; c p,i Ap,i b 受压翼板的有效宽度 ; θi N p,i 接缝截面体内预应力钢筋合力设计值的轴向分力, Ap,i b 25

30 N A cos ; p, i p,i p,i i N p,e 接缝截面体外预应力钢筋合力设计值的竖向分力, N A cos ; p, e p,e p,e e c, j 接缝部位混凝土的轴心抗压强度设计值, c, j j c, 其中 : j 为 接缝对混凝土强度的影响系数, 环氧胶接缝时 j 0. 95, 砂浆填充接缝和现浇混凝土接缝时 j 0.90 ; c 为混凝土的轴心抗压强度设计值 ; M 与 V 对应的弯矩组合设计值 ; h p,i h p,e 体内预应力钢筋合力点至截面受压边缘的距离, 接缝截面无体内预应力钢筋时取 h ; p, i hp, e 体外预应力钢筋合力点至截面受压边缘的初始距离, 按本规范第 条的规定修正 其余符号意义见图 剪压区呈 T 形截面的节段预制拼装受弯构件, 接缝截面的抗剪承载力计算应符合下列规定 : bx h h ( b,s b) 0.75V p,i 0. p, e 0 V ( ) 0V.95 c 95 其中 c x 满足式 ( ) 和如下条件 : M V c bx h p,i x h ( b b) h 2 c bx h ( b b) 0. N p,i N p, e ( ) c 8 h 2 p,i - p,e bx h ( b h,s b) 0.8V p,i Vp, e A p,e ( h p,i h p,e ) ( ) b ' x h ' τc σ c γ 0 M h hp,i h 0 h p,e bh ' bh ' γ 0 V σ p,e Ap,e θe Ap,e p,i Ap,i θi b 图 剪压区呈 T 形截面受弯构件的接缝截面抗剪承载力计算图式 Ap,i 式中 h h 承托或加腋范围内翼板的平均厚度 ; h 有效宽度内翼板的平均厚度 ; 其余符号意义同 及见图

31 条文说明 ( ) 节段预制拼装受弯构件接缝截面抗剪承载力计算的规定主要适合梁体结构 同济大学及国内外大量试验结果表明, 在剪力和弯矩共同作用下, 由于纵向普通钢筋不连续或拼接缺陷, 节段预制拼装预应力混凝土梁在接缝消压后而集中开裂, 接缝一旦开展到一定高度后, 斜裂缝 ( 即使之前已有的斜裂缝 ) 就不再发生 发展而成为破坏裂缝 因此, 节段预制拼装预应力混凝土梁可能以接缝开展的形式发生剪切 ( 剪弯 ) 破坏, 在这种情况下剪弯区的混凝土将在剪压应力状态下达到其极限强度 根据试验结果 坪井善胜的混凝土剪 压复合强度准则 ( 公式 图 5-1), 采用图 和 两个图式进行接缝截面抗剪承载力计算方程推导, 经试验验证后再按 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 要求的设计可靠度提出了公式 ~ 和 ~ 这些公式忽略了剪压区体内配筋的抗剪作用, 偏安全地将体外预应力钢筋的极限应力设计值取为其永存预应力除以分项系数 1.25 并不考虑二次效应 由于接缝截面抗剪承载力计算公式之间非线性关联, 建议采用迭代计算方法 下面介绍一种迭代计算步骤, 但迭代有时也会不收敛, 主要是因为接缝已不符合假定的破坏形态或者可能需要改变求解方法 (1) 假定 c, c (2) 取 c c, 1代入 ( ) 求解 c 或 c c c c, j c, j c, j (3) 将 c 代入式 ( )( x h ) 或 ( )( x h ) 求解 x x M M 2 b c b hp,i cb,s cb hp,i cb 2 cb (0.8V p,i Vp,e) Ap,e p,e( hp,i hp,e) V, s V V M cbhp,i cb V x b c cbh p,i M cb V 2 2 cb ch ( b h, s M b) V c h c ( b b) h b c p,i h (0.8V 2 p,i M 2 V p,e M ) V A p,e ( h p,e p,i h p,e ) (4) 将 x 代入式 ( )( x h ) 或 ( )( x h ) 求解 c, 2 c,2 0.8N p,i b x N p,e 27

32 或 c,2 0.8N p,i N p,e bx h ( b b) (5) 若 c, 2 与 c, 1的差异满足要求则迭代毕, 否则令 c, 1 c,1 ( c,2 c, 1) 返回 (1) 继续迭代, 直至收敛 τc c ( ) 0.1 o σc c 图 5-1 混凝土剪 压复合强度准则曲线示意 5.3 其它计算 体外预应力钢筋的转向块采用拉杆 压杆模型计算时, 内环筋 ( 拉杆 ) 的抗拉承载力计算应符合下列规定 : (5.3.1) 0N s As 式中 0 结构重要性系数, 取 1.1; N 竖向拉力的组合设计值 ; s 内环筋的抗拉强度, 取抗拉强度设计值 s 的 0.6 倍 ; A s 内环筋的截面面积 拉杆 压杆 外封闭箍筋 内环筋 外封闭箍筋 内环筋 剪切面 图 转向块的拉杆 压杆计算模型 图 转向块开裂面抗剪承载力计算模型 条文说明 荷载试验结果表明, 转向块有三种受力机理 : 由体外预应力钢筋竖向转向力 28

33 引起的上拔作用 由上拔作用在转向器以上混凝土中产生的梁作用, 以及由体外预应力钢筋横向转向力在转向器下方混凝土可能开裂面上形成的剪切作用 转向块上拔抗拉承载力计算, 根据转向块传力规律构建拉杆 压杆模型, 其中拉杆按轴心受拉构件计算其钢筋抗拉承载力 考虑到转向块裂缝控制的要求, 受拉钢筋抗拉强度的设计值取 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 规定值的 0.6 倍 由于体外预应力钢筋的极限应力是可以控制的, 转向块的受力总体上比较明确, 建立拉杆 压杆模型也比较简单, 故设计的重点是在构造上确保受拉钢筋能够发挥设计要求的强度, 并通过减小受拉钢筋抗拉强度设计值达到控制混凝土裂缝宽度 提高上拔抗拉承载力 ( 使其破坏不先于梁体弯曲破坏 ) 的目的 体外预应力钢筋转向块的可能开裂面应作为剪切面进行抗剪承载力计算, 并符合下列规定 : 0V 0 cv sk Asv 式中 0 结构重要性系数, 取 1.1; 条文说明.65( ca ) (5.3.2) V 可能开裂面剪力的组合设计值 ; c 粘结力系数, 与梁体一起浇筑的转向块取 1.0MPa, 界面粗糙处理后浇筑的转向块取 0.7MPa, 界面未粗糙处理浇筑的转向块取 0.5; A cv 可能开裂面的截面面积 ; 界面摩擦系数, 与梁体整体浇筑的转向块取 1.4, 界面粗糙处理后浇筑的转向块取 1.0, 界面未粗糙处理浇筑的转向块取 0.6; sk 穿过可能开裂面钢筋的抗拉强度标准值 ; A sv 穿过可能开裂面钢筋的截面面积 转向块可能开裂面的抗剪承载力验算也采用界面的抗剪承载力计算公式, 公式中的粘结力和摩擦系数, 参考了美国 AASHTO 公路桥梁设计规范的有关规定 混凝土和钢筋的材料分项系数偏安全地取用较大值 非块状转向构造也应根据可能出现的开裂面, 进行钢筋 ( 拉杆 ) 承载力计算和开裂面抗剪承载力计算 条文说明 非块式转向构造可根据钢束构造情况及可能出现的开裂面, 按上述计算模型和方法进行承载力计算 体外预应力钢筋的锚固凸块和锚固横梁采用拉杆 压杆模型计算时, 钢 29

34 筋 ( 拉杆 ) 的抗拉承载力计算应符合下列规定 : 式中 0 结构重要性系数, 取 1.1; 条文说明 T 钢筋拉力的组合设计值 ; (5.3.4) 0T s As s 钢筋的抗拉强度, 取抗剪强度设计值 s 的 0.6 倍 ; A s 钢筋的截面面积 锚固凸块和锚固横梁按下列类似示意图建立拉杆 压杆模型后, 对拉杆按轴心受拉构件计算其钢筋抗拉承载力 其它计算规定同上 锚固力 腹板 底板 拉杆压杆 图 5-2 锚固凸块可能发生的裂缝及相应的拉杆 压杆计算模型示意 锚固面 立面 背面 拉杆压杆 图 5-3 锚固横梁可能发生的裂缝及相应的拉杆 压杆计算模型示意 ( 图中 : T 1 锚固横梁背面腹板的拉力 ; T 2 锚固横梁背面的拉力 ) 在一些情况中, 体外预应力钢筋锚固构造的拉杆 压杆模型不像上示意图那样容易绘出, 需经空间应力分析得到主应力迹线或其它方法才能确定其主要传力 30

35 路线, 故本指南仅能给出式 的通用计算式 6 持久状况使用阶段应力和正常使用极限状态计算 6.1 一般规定 节段预制拼装预应力混凝土桥梁的持久状况应按正常使用极限状态要求, 采用作用效应频遇组合 荷载效应准永久组合或作用效应頻遇组合并考虑长期效应的影响, 对构件的抗裂性能 裂缝宽度和变形进行验算, 并使各项计算值不超过本规范规定的限值 在上述各种组合中, 汽车荷载效应可不计冲击系数 节段预制拼装预应力混凝土构件进行使用阶段设计时, 应将作用 ( 或荷载 ) 按标准组合, 计算构件正截面混凝土的法向压应力 受拉区预应力钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力, 并不得超过本规范规定的限值 在上述计算中, 汽车荷载效应考虑冲击系数 在正常使用极限状态和使用节段应力计算中, 预应力钢筋对结构施力作用对应的荷载分项系数为 1.0 超静定结构应计入由预应力 温度作用等引起的次效应 节段预制拼装预应力混凝土梁应按全预应力混凝土设计, 在作用 ( 或荷载 ) 效应频遇组合下控制的正截面边缘不允许出现拉应力 条文说明 (6.1.1~6.1.4) 节段预制拼装预应力混凝土桥梁应进行持久状况正常使用极限状态设计的一般规定, 是以 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 中相应规定为基础给出的, 但在抗裂性能 裂缝宽度等计算时应包含接缝截面 体外预应力作用的规定同体内预应力 预应力钢筋的锚下张拉控制应力应符合下列规定 : 1 体内预应力钢绞线 钢丝 0 ( ) con, i. 75 pk,i 2 体内预应力螺纹钢筋 0 ( ) con, i. 85 pk,i 3 体外预应力钢绞线 钢丝 31

36 σ con, e ( ) pk, e 式中 体内预应力钢筋的锚下张拉控制应力 ; con, i σ con, e 体外预应力钢筋的锚下张拉控制应力 ; pk, i 体内预应力钢筋的抗拉强度标准值 ; pk, e 体外预应力钢筋的抗拉强度标准值 当为消除锚圈口摩擦损失等而提高张拉控制应力时, 钢丝 钢绞线的最大控制应力 ( 千斤顶油泵显示值 ) 不应超过 0.8 pk, ( i 或 pk, e ); 螺纹钢筋不应超过 0.9 pk, i 条文说明 由于体外预应力钢筋的摩擦预应力损失和正常使用阶段的应力增量均较小, 只有降低锚下张拉控制应力才能满足正常使用阶段最大拉应力的限值要求 本条给出的张拉控制应力为初步设计估算值, 详细计算时若出现钢筋最大拉应力太大或过小, 应根据实际受力情况进行适当调整 当计算构件由作用引起的应力或进行弹性阶段其它计算时, 截面几何特征应按下列规定采用 : 1 预应力混凝土构件体内预应力钢筋孔道压浆前采用净截面, 预应力钢筋与混凝土粘结后采用换算截面 ; 2 全体外预应力混凝土构件采用毛截面 条文说明 体内预应力钢筋在构件截面特征的计算规定同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11); 体外预应力钢筋作为一种构件参与混凝土构件弹性阶段的受力, 其不与混凝土构件截面组成换算截面 6.2 预应力损失计算 节段预制拼装混凝土构件在正常使用极限状态计算中, 应考虑如下因素引起的预应力损失 : 预应力钢筋与管道之间的摩擦 l 1 锚具变形 钢筋回缩和接缝压密 l 2 ; 32

37 混凝土的弹性压缩 l4 ; 预应力钢筋的应力松弛 l5 ; 混凝土的收缩和徐变 l6 此外, 尚应考虑钢筋与锚圈口之间摩擦引起的预应力损失 预应力损失值宜根据试验确定, 当无可靠试验数据时, 可按本规范规定计算 条文说明 节段预制拼装混凝土构件在正常使用极限状态计算中, 考虑的预应力损失项目同一般后张预应力混凝土构件相同 另加的预应力钢筋与锚圈口之间的摩擦预应力损失计算简单, 建议从张拉控制应力中考虑进去 预应力钢筋与管道之间的摩擦引起的预应力损失, 可按下式计算 : (kx μθ) l1 con 1 e (6.2.2) 式中 k 单位长度管道轴线局部偏差的摩擦系数 (1/m), 按表 采用 ; x 从张拉端至计算截面的体内预应力管道或体外预应力转向和锚固构造处管道的累计计算长度 (m); 钢筋与曲线管道的摩擦系数, 按表 采用 ; 自张拉端的管道累计偏转角 (ra) 管道种类 k 表 系数 k 与 值 钢绞线 钢丝束螺纹钢筋无粘结钢绞线 金属波纹管 ~ 塑料波纹管 ~0.17 铁皮管 钢管 抽心成型 HDPE 管 HDPE 管 条文说明 在有条件的情况下, 宜采用试验确定管道摩擦系数 在没有针对性的试验数 据时, 体外预应力钢筋的摩擦系数可按表 取值 体外预应力钢筋在转向和锚固构造的管道内摩擦引起的预应力损失, 与体外 33

38 预应力钢筋的构造有很大关系, 计算时应正确判断引起预应力损失的摩擦材料 如采用无粘结钢绞线束, 管道理解为无粘结钢绞线的 PE 套管 ; 如采用光面钢绞线束, 管道则理解为 HDPE 管或钢管 ; 管道的累计计算长度, 是指转向和锚固构 造的累计长度 由于管道的累计计算长度很短, 摩擦系数 k 的影响一般可忽略不 计 当体外预应力钢筋斜向转向时, 可近似取用立面和平面偏转角的平方和之平方根作为计算偏转角 体外预应力钢筋转向器安装时偏转角的误差将引起附加预应力损失, 若有必要考虑这一因素时, 可将施工误差控制值作为偏转角的误差值, 或参照美国 节段施工混凝土桥梁设计施工指南 将误差值取为 0.04ra, 计入到管道累计偏转角之中 直线预应力钢筋由锚具变形 钢筋回缩和接缝压密引起的预应力损失, 可按下式计算 : 式中 E 预应力钢筋的弹性模量 ; p l l 2 E p (6.2.3) l l 锚具变形 钢筋回缩和接缝压密值, 按表 采用 ; l 预应力钢筋的计算长度 曲线预应力钢筋应考虑锚固后反向摩阻的影响 条文说明 夹片锚具 表 锚具变形 钢筋回缩和接缝压密值 (mm) 锚具类型 l 接缝类型 l 有顶压 4 胶接缝 1 无顶压 6 砂浆填充接缝 0.5 带螺帽的锚具 墩头的锚具 1 现浇混凝土接缝 0.5 注 : 表中数值以每个锚具或每个接缝计 锚具变形 钢束回缩和接缝压密值, 可根据预应力钢筋张拉时的具体情况按表 取用 体外预应力钢筋端部的反摩擦影响可忽略不计, 但体外预应力钢筋受到离散的约束和摩阻作用, 各段钢筋的预应力损失应分别计算, 公式 (6.2.3) 中预应力钢筋的计算长度也应为计算段的长度 混凝土弹性压缩引起的预应力损失, 应采用有限元分析软件按预应力钢筋张拉步骤计算 静定结构近似计算时可采用如下公式 : 34

39 ( m i) np cj l 4 m (6.2.4) n i1 j1 式中 n 预应力钢筋的种类数 ; m 同一种预应力钢筋的张拉分批数 ; m n p 预应力钢筋与混凝土的弹性模量比 ; cj 第 j 种预应力钢筋张拉一批后, 在已张预应力钢筋段的中点合力作 用位置产生的混凝土正应力 预应力钢筋松弛引起预应力损失的终值可按下式计算 : 1 钢丝 钢绞线 pi l pi ( ) pk 式中 张拉系数 : 一次张拉时 =1.0; 超张拉时 =0.9; 钢筋松弛系数 :I 级松弛 ( 普通松弛 ) 时 =1.0;II 级松弛时 =0.3; pi 传力锚固后预应力钢筋的初始应力 ; pk 预应力钢筋的抗拉强度标准值 2 螺纹钢筋 式中, con 一次张拉 l 超张拉 l 为体内或体外预应力钢筋的锚下张拉控制应力 con con ( ) ( ) 条文说明预应力钢筋松弛引起预应力损失的计算方法同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的规定 混凝土徐变和收缩引起的预应力损失, 应采用有限元分析软件按施工和受力过程计算 静定结构近似计算时可采用如下公式 : l 6 s (, ) Ep np c(, ) (6.2.6) 式中 (, ) 混凝土收缩应变值 ; s 预应力施加时的混凝土龄期 ; E p 预应力钢筋的弹性模量 ; n p 预应力钢筋与混凝土的弹性模量比 ; 35

40 c 预应力施加后预应力钢筋段中点合力作用位置的混凝土正应力 ; (, ) 混凝土徐变系数 条文说明 ( ) 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 建议的混凝土弹性压缩和收缩徐变引起预应力损失的计算公式, 都是仅适用于体内预应力混凝土静定结构的近似计算公式, 而体外预应力钢筋与梁体截面应变不协调并存在超静定结构效应, 加之混凝土徐变又与应力历史有关, 故采用有限元分析软件按预应力钢筋张拉次序和结构施工过程计算混凝土弹性压缩和收缩徐变引起的预应力损失才能反映实际受力情况 本规范的公式仅作为静定结构构件计算或初步估算之用 当进行预应力钢筋数量估算时, 体内和体外预应力损失总和可分别近似 按 0.30 con 和 0.15 con 有效预应力可近似按如下方法取用 : 取用 静定结构在进行施工及使用阶段应力初步计算时, 预加应力阶段 ) ( ) pe con ( l1 l 2 l 4 使用荷载阶段 ) ( ) pe con ( l1 l 2 l 4 l 5 l 6 式中, 超静定结构各阶段的预应力损失, 应采用有限元分析软件按考虑施工全过程的方法计算 条文说明 本规定仅用于估算构件预应力钢筋的大致配置量和有效预应力的近似计算 6.3 应力计算 使用阶段节段预制拼装预应力混凝土构件截面混凝土的最大压应力, 应符合下列规定 : 1 正截面最大压应力应符合下列规定 : 2 最大主压应力应符合下列规定 : cc ( ) cp. 60 ck 0 ( ) ck ck 混凝土的抗压强度标准值 36

41 条文说明 根据试验结果, 接缝部位混凝土的受力性能相比其它部位有所下降, 其中抗拉性能影响较大但抗压性能影响较小 因此, 本规范对使用阶段节段预制拼装预应力混凝土构件正 斜截面最大压应力的限值仍采用 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的规定 设计时若偏安全考虑, 可将重要构件个别关键受力截面的最大压应力限值降低 5% 使用阶段节段预制拼装预应力混凝土构件预应力钢筋的拉应力, 应符合下列规定 : 1 体内预应力钢筋的最大拉应力应符合下列规定 : 0 ( ) p, i 体外预应力钢筋直线段的最大拉应力应符合下列规定 : 式中 条文说明 pk, i 体内预应力钢筋的抗拉强度标准值 ; pk, e 体外预应力钢筋的抗拉强度标准值 p, e. 60 pk,i 0 ( ) 根据试验结果, 接缝对正常使用阶段体内预应力钢筋的受力没有影响, 故体内预应力钢筋最大拉应力的规定同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 体外预应力钢筋在弯曲段 ( 转向器内 ) 的弯曲半径较小, 相应弯曲引起的应力增量较大, 本规范采用钢筋的轴向应力和弯曲应力之和作为最大拉应力的控制指标, 并以体外和体内预应力钢筋在弯曲段内最大拉应力 ( 均取最小半径 ) 相当的原则确定体外预应力钢筋的最大拉应力 考虑到体外预应力钢筋可滑动转向器 ( 散束式转向器 成品索集束式转向器等 ) 的最小弯曲半径由钢筋的疲劳应力幅控制, 且该类转向器的最小弯曲半径均比其它转向器大, 因此取各类转向器中转向段弯曲半径最小的灌注水泥浆集束式转向器作为本规定的控制标准, 最后偏安全地得到体外预应 力钢筋直线段的最大拉应力限值 p, e pk, e pk,e 对弯曲半径大于体内预应力钢 筋最小值 (4m) 的体外预应力钢筋, 若必要可以适当增加以上直线段的最大拉应力限值, 但建议以增加 5% 为限 6.4 抗裂验算与裂缝宽度验算 节段预制拼装预应力混凝土构件应按下列规定进行正截面和斜截面抗裂验算 : 37

42 1 构件正截面混凝土的拉应力应满足下列抗裂要求 : 1) 全预应力混凝土构件的接缝截面, 在作用效应頻遇组合下.80 0 ( ) st 0 pc 2) 全预应力混凝土构件的非接缝截面, 在作用效应頻遇组合下.85 0 ( ) st 0 pc 2 构件斜截面混凝土的主拉应力应满足下列抗裂要求 : 1) 全预应力混凝土构件的接缝位置, 在作用效应頻遇组合下 0 ( ) tp. 4 2) 全预应力混凝土构件的非接缝位置, 在作用效应頻遇组合下 tp. 6 tk 0 ( ) 式中 作用 ( 或荷载 ) 短期效应组合下截面边缘的混凝土拉应力 ; st pc 永存预应力在截面边缘产生的混凝土压应力 tk 混凝土抗拉强度标准值 ; l t 由结构自重和活载直接作用效应组合引起的截面边缘拉应力 tp 条文说明 作用 ( 或荷载 ) 短期效应组合下的混凝土主拉应力 根据国内的研究成果和参考国外设计规范的有关条款, 本规范规定节段预制拼装预应力混凝土桥梁的上部结构应采用全预应力混凝土的要求进行设计 因此, 上部结构构件正截面在作用效应頻遇组合下的抗裂要求, 根据接缝截面与非接缝截面的区分取用 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的相应规定 全预应力混凝土下部结构的抗裂要求与上部结构相同 节段预制拼装全预应力混凝土桥梁上部结构构件的斜截面抗裂要求, 根据接缝部位与非接缝部位的区分, 均取用 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的相应规定 节段预制拼装钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下的裂缝宽度, 应按考虑长期效应影响的作用 ( 或荷载 ) 短期效应组合进行验算 条文说明 节段预制拼装钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下裂缝宽度验算的基本要求同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) tk 38

43 6.5 变形验算 节段预制拼装混凝土构件的截面刚度按 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62) 的规定计算 节段预制拼装混凝土受弯构件应考虑接缝对其挠度增大的影响, 扩大系数可取 1.1 条文说明 ( ) 根据试验资料, 节段预制拼装预应力混凝土受弯构件在使用荷载下的挠度大于整体施工构件在 10% 之内 为了计入该影响, 考虑将受弯构件和大偏心受压构件的挠度计算值取 1.1 的增大系数, 但构件截面刚度仍按 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62) 的规定计算 39

44 7 短暂状况施工阶段应力和承载能力极限状态计算 7.1 一般规定 节段预制拼装混凝土构件按短暂状况施工阶段设计时, 应根据实施的制作 运输 安装 维护等工况的结构自重和可能出现的荷载按标准值 ( 除有特别规定外 ) 组合 ( 组合系数取 1.0), 计算构件正截面和斜截面混凝土应力或承载力, 使其不超过本规范规定的限值 预应力钢筋对混凝土构件施力作用对应的荷载分项系数为 1.0, 当为超静定结构时尚应计入由预应力等引起的次效应 当进行构件或节段运输和安装计算时, 构件或节段的自重应乘以动力系数 1.2 或 预制节段由桥面输送安装时, 应对已建结构部分进行极限承载力验算, 机车的动力影响系数取 1.15 条文说明 7.1.1~7.1.3 规定同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 7.2 应力计算 节段预制拼装混凝土构件, 在自重和施工荷载作用下截面边缘混凝土的最大压应力应符合下列规定 : 1 预应力混凝土构件的接缝截面 式中 2 预应力混凝土构件的非接缝截面 条文说明 0 ( ) t cc. 65 t cc. 70 ' ck 为施工阶段混凝土的轴心抗压强度标准值 ck 0 ( ) 短暂状况节段预制拼装混凝土构件非接缝截面的最大压应力同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的规定 对于接缝截面, 由于节段预制拼装混凝土构件施工周期短, 接缝结合材料可能还未达到正常使用阶段的性能, 因此, 预应力混凝土 ck 40

45 在接缝截面的最大压应力限值均有所降低 节段预制拼装预应力混凝土构件, 在自重和施工荷载作用下截面边缘混凝土的最大拉应力应符合下列规定 : 1 受拉区体内纵向连续钢筋的配筋率不少于 0.2% 时 t 1) 接缝截面 ct tk ( ) t 2) 非接缝截面 ct tk ( ) 2 受拉区体内纵向连续钢筋的配筋率大于 0.4% 时 t 1) 接缝截面 ct tk ( ) t 2) 非接缝截面 ct tk ( ) t 3 受拉区体内纵向连续钢筋的配筋率在 0.2% 和 0.4% 之间时容许的 ct 按以上规定的线性插值取用 受拉区体内纵向连续钢筋的配筋率少于 0.2% 时不得出现拉应力 ' 式中 tk 为施工阶段的混凝土轴心抗拉强度标准值 条文说明 构件非接缝截面的最大拉应力限值仍用同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的规定 考虑到接缝部位混凝土或粘结材料的强度缺陷, 同时也为确保持久状况正常使用极限状态的抗裂性能, 接缝截面的最大拉应力同抗裂验算中一样折减了约 30% 节段预制拼装钢筋混凝土构件, 在自重和施工荷载作用下中心轴处的主拉应力应符合下列规定 : 1 在接缝部位 2 在非接缝部位 0 ( ) t tp. 70 t tp ct ct ( ) 条文说明 节段预制拼装钢筋混凝土构件非接缝部位中心轴处的主拉应力限值同 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 的规定, 但接缝部位的主拉应力限值折减了 30% 41

46 7.3 承载力计算 采用多重剪力键的箱梁或墩柱, 在接缝胶固化前应对剪力键较薄弱侧剪 块进行 ( 直接剪切 ) 抗剪承载力验算, 并满足如下规定 : t t V 0.65 A ( ) k k i ks,i t t k pc,a ck,j ck,j t pc,a ck,j 2 ( ) 式中 V 施工荷载标准值 ( 考虑动力系数 ) 产生的剪力 ; t k t pc,a 承受施工荷载时接缝截面的平均有效预压应力 ( 按全截面计算 ); t k 施工阶段剪切破坏面上键块混凝土的剪应力 ; i 剪力键较薄弱侧键块的序号 ; A ks,i 第 i 个键块的剪切面积, 其中顶板和底板的抗剪有效宽度计算方法同本规范 条的规定 ; ck, j 施工阶段接缝截面混凝土的轴心抗压强度设计值, c k, j c k 其中 ck 为混凝土的轴心抗压强度设计值, 条文说明在设置多重剪力键的箱梁节段拼装过程中, 胶结剂未固化 预压应力或轴向压力低是剪力键最不利的抗剪工况, 但此时又不能允许键块破坏 因此, 在抗剪承载力验算时, 可采用混凝土剪 压复合强度准则作为计算剪力键强度的依据 抗剪承载力计算公式以力的量纲表示, 采用系数使混凝土应力达到 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 短暂状况相当的受力容许水平, 考虑剪力键部位缺陷对混凝土强度的折减, 并偏安全地忽略与剪力平行的涂胶界面的滑动摩阻抗力 在上部结构架设完成前, 不设剪力键或仅设少量定位键的节段预制拼装墩柱达到受力条件的接缝, 应按下列规定验算抗剪承载力 : V 0 ca (7.3.2) t k. 65 t 式中 V k 施工荷载标准值 ( 考虑动力系数 ) 产生的剪力 ; c 粘结强度, 胶接缝取 1.0MPa, 节段端面粗糙处理的砂浆填充或现浇混凝土接缝取 0.7MPa, 节段端面未粗糙处理的砂浆填充或现浇 cv 42

47 条文说明 混凝土接缝取 0.5MPa; A cv 接缝的截面面积 节段预制拼装墩柱的接缝通常不设剪力键或设少量的定位键, 剪切面可与节段接缝的界面重合, 属于结合界面的剪切受力问题 当达到设计要求的最短养护时间和强度要求后, 在接缝截面混凝土不开裂的前提下, 不能允许接缝出现粘结抗力破坏, 也不能计入破坏界面的摩阻抗力, 故在抗剪承载力验算时仅考虑了接缝界面部位混凝土的粘结抗力 抗剪承载力计算公式以力的量纲表示, 式中的粘结力系数参考了美国 AASHTO 公路桥梁设计规范的有关规定, 并采用系数使混凝土应力达到 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 短暂状况相当的受力容许水平 43

48 8 构造设计规定 8.1 一般规定 节段预制拼装预应力混凝土桥梁构造设计除应符合本规范外, 尚应符合 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 的规定 预制构件中钢筋及其金属连接构件的保护层应符合现行行业标准的要求 节段预制拼装预应力混凝土受弯构件的接缝截面, 在受力方向一侧纵向连 续钢筋的配筋率应满足如下要求 : M M u cr 1.0 ( ) M ( W ( ) cr pc 0.7 tk ) 式中 M 受弯构件的正截面抗弯承载力设计值, 按本规范第 条文说明 u 条有关公式的不等号右边式计算 ; M cr 受弯构件的正截面开裂弯矩值 ; pc 扣除全部预应力损失的预应力钢筋和普通钢筋的合力在接缝截面抗裂边缘产生的预压应力 ; tk 混凝土的抗拉强度标准值 ; 截面受拉区混凝土的塑性影响系数, 2S 0/ W0, 其中 : S 0 为 S0 换算截面重心轴以上 ( 或以下 ) 部分的截面对重心轴的静矩 ; W 0 为换算截面抗裂边缘的截面模量 保证构件抗弯承载力不小于截面开裂弯矩, 以避免开裂后即发生脆性破坏 公式基于 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 及 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62) 的相关规定, 考虑接缝截面混凝土抗拉强度折减系数 主梁构造 预制节段的划分尺寸和重量应根据吊装 运输等限制条件确定 当节段采 44

49 用短短线法预制时, 构造设设计应利于于施工标准化化 条文文说明预制节段段式预应力混混凝土箱梁, 一般由标标准节段 转转向节段 锚固节段及及墩顶节节段组成 ( 图 ) 通过改改变各类节节段的数量组组成不同的的跨径, 不足足一个节节段长度的零碎尺寸通通过墩顶段段或其它特殊殊段调整 全桥各跨宜宜采用统一 标准的的分段规则, 同一类型型的各段尺寸寸一致, 转向与锚固节节段可根据据重量等限制制条件调调整长度 图 箱梁梁预制节段划划分与组合示示意 JA 端锚节段 ;S 标准节段 ; D 转向节段 ;A 锚固固节段 ;P 墩顶节段短线法预制要求尽量量减少模板板种类, 提高高模板利用率 当节段段位于道路平平曲线 竖曲线 平平曲线 加加宽段 超高高段时, 或因结构受力力要求板厚厚变化时, 应采取构构造措施保保证施工标准准化 预制节段段式混凝土箱箱梁位于道道路平曲线或或竖曲线段段内时, 应采采用节段设计计长度割割线划分梁梁的平面轴线线或立面轴轴线, 将割线线作为轴线形形成平面或或立面折线形形的节段段式梁, 并使使各节段一一端的接缝与与割线轴线线垂直 预制制节段式混混凝土箱梁位位于道路路组合曲线段内时, 应综合采用上述方法进进行设计, 保证节段一一端的接缝 ( 结合面 ) 与折线形轴线垂直, 以及保保证梁顶面接接缝处的横横坡与设计值值一致 图 平曲线和和竖曲线段梁梁预制节段划划分示意预制节段段式混凝土箱箱梁位于道道路平曲线加加宽段时, 应根据平曲曲线半径的大大小采用用内侧或两侧加宽悬臂臂板的方式式改变宽度 悬臂板底底面横向应采采用折线变变化, 变宽宽的等厚度度段可部分采采用现浇施施工方法 预预制节段式混混凝土箱梁梁位于小半径径平曲线线超高段时, 应采用节节段相对扭扭转的方式调调整桥面横横坡 45

50 悬臂板板内侧与两侧加宽超高段节段段扭转调整整横坡图 箱梁节段构造造调整方法示示意节段顶板板 腹板 底底板宜采用突变方式增增加厚度 节段预制制拼装混凝凝土箱梁顶板板 底板厚厚度及构造应应满足纵向向受力 横向向受力及及预应力布布置要求, 且厚度不应应小于 200mmm 节段预制制拼装混凝凝土箱梁腹板板厚度应符符合下列要求 : 1 腹板内不不布置体内内纵向和竖向向预应力钢钢束时, 腹板板厚度不宜宜小于 200mm; 2 腹板内只只布置体内内纵向或竖向向预应力钢钢束时, 腹板板厚度不宜宜小于 300mm; 3 腹板内布布置体内纵纵向和竖向预预应力钢束束时, 腹板厚厚度不宜小小于 380mm 预制节段段接缝处应应均匀设置密密接匹配的的剪力键 ( 图 ), 剪力键的的构造应应满足下列规定 : 出胶胶槽 出胶槽 图 节段段剪力键 ( 键槽 ) 布置示示意 1 腹板内的剪力键应应在腹板全全高度范围布布置,( 图 ), 8 剪力键的横横向宽度度宜为腹板板宽度的 75% %; 2 键块 ( 槽 ) 应采用用梯形或圆圆角梯形截面, 倾角约 45, 高高度应大于混混凝土最最大骨料粒粒径的 2 倍且且不小于 40mm; 顶 底板及腹板板内 3 键块块 ( 槽 ) 的高高度与其其平均宽度度比可取为 1:2( 图 c); 4 腹板与与顶 底板结合区如无无体内预应应力钢筋通通过, 应设置剪力键 ( 图 和图 a) ; 5 顶板和底板内的剪剪力键应设设在板中间 ( 图 ); 6 采用胶胶接缝时键槽槽应设置出胶槽 ( 图 ) 46

51 0.75h h b 1 b1 0.75b b a) 胶接缝正面 h 1 40mm 及 2 倍最最大骨料粒径 b) 侧面 h 1 h /b =1/ /2 1 1 h 1 c) 剪力键键大样 图 剪力键构造造尺寸示意 承受正正弯矩的预制制节段接缝缝两侧顶板与腹板结合合区内应设设置固定于腹腹板箍筋筋的封闭箍箍筋, 承受负负弯矩的预制制节段接缝缝两侧底板与与腹板结合合区内应设置置固定于于腹板箍筋的封闭箍筋筋 封闭箍箍筋不少于 3 层, 直径径不小于 12mm 图 跨中区段段接缝两侧箱箱梁顶板 顶顶板与腹板结结合区的加强强钢筋示意 47

52 h 图 墩旁接缝两侧箱梁底板 底板与腹板结合区的加强钢筋示意条文说明由于顶板和底板竖向刚度较小 抗剪能力较弱, 其主要承担轴向压力, 而剪力主要由腹板与顶 底板的结合区承担 设置加强钢筋是为防止接缝开展后受压区 ( 尤其是腹板与顶 底板的结合区 ) 混凝土压裂而失去剪力传递能力 施工图设计时应注意把扣筋扣在外层钢筋 ( 横向钢筋 ) 上, 否则其将起不到加强效果 距离支座中心线 3 倍梁高范围内节段接缝旁腹板的竖向钢筋 ( 箍筋 ) 应加密布置, 加密箍筋不少于 3 层, 间距 100mm, 并保证其两端锚固可靠 ( 图 8.2.6) 加密钢筋 加密钢筋 3h 图 中墩顶节段接缝旁箱梁腹板的加密钢筋示意 条文说明设置加强钢筋是为承受墩顶节段接缝开展后剪力传递而产生的下拉作, 加强钢筋能限制斜裂缝开展 满足剪力传递要求 预制节段接缝应采用环氧胶接缝或现浇混凝土接缝, 预制节段端面应配置直径不小于 10mm 的钢筋网 现浇混凝土接缝如不设纵向普通钢筋, 其宽度不应大于 200mm 8.3 主梁体外预应力体系 体外预应力体系一般包括体外预应力钢束 锚固系统 转向装置及减振装置四个部分 ( 图 8.3.1) 48

53 转向装置 端横梁锚固系统 减振装置 转向装置 凸块锚固系统体外预应力钢束 凸块锚固系统 中横梁锚固系统 桥墩中心线 图 体外预应力体系的基本组成 体外预应力钢束在转向处应设置转向和定位构造 体外预应力钢束宜锚固在横梁上 ( 图 8.3.2a) 或顶 底板与腹板内角处凸块 ( 图 8.3.2b) 上, 锚固横梁的厚度 锚固凸块的长度均不宜小于 1000mm 图 锚固构造示意条文说明在梁体挠度较大的平直段宜设置定位构造, 转向和定位构造可采用块式 底横肋式 带竖肋块式或竖横肋式构造 ( 图 8.3.2), 其适用范围如下 : 1 块式转向构造 ( 图 8.3.2a), 简称转向块, 用于转向钢束数量较少的情况, 或用于两个转向构造之间钢束的定位 ; 2 底横肋式转向构造 ( 图 8.3.2b), 简称转向横肋, 用于横向转向力较大的情况, 或用于两个转向构造之间钢束的定位 ; 3 带竖肋块式转向构造 ( 图 8.3.2c), 简称带竖肋转向块, 用于竖向转向力较大的情况 ; 4 竖横肋式转向构造 ( 图 8.3.2), 简称转向横隔板, 用于竖 横向转向力较大的情况 49

54 图 转向和定位构造示意 a) 块式 ;b) 底横肋式 ;c) 带竖肋块式 ;) 竖横肋式转向构造的尺寸与钢束布置方式 转向器的尺寸有关 转向构造设计时应考虑添加备用钢束的可能性 块式和底横肋式转向构造可用作钢束的定位构造, 以限制体外预应力的二次效应 转向构造设计时应将定位构造综合考虑在一起 定位构造的设置, 应考虑设计和施工标准化的要求 体外预应力钢束的转向器可采用集束式转向器 ( 图 8.3.3b c) 或散束式转向器 ( 图 8.3.3) a) b)c) ) 图 转向器截面示意 条文说明集束式转向器可用于成品和非成品体外索, 散束式转向器适用于非成品体外索 采用集束式转向器的非成品体外索, 钢束张拉后应在转向段内灌注水泥浆 按整束钢绞线可更换设计的非成品体外索, 可采用集束式转向器 按单根钢绞线可更换设计的非成品体外索, 应采用散束式转向器及无粘结钢绞线束 50

55 8.3.4 体外预应力钢束穿过转向器时的最小弯曲半径应符合下列规定 : 1 灌注水泥浆的集束式转向器, 应同时满足式 ( ) 和表 的要求 : Fp,e R ( ) b cc, 式中 R 体外预应力钢束的弯曲半径 ; F p,e 体外预应力钢束的计算拉力, 取 p, e 0. 65Ap,e pk, e F, 其中 A p, e pk, e 分别为体外预应力钢束的截面面积和钢绞线抗拉强度标准值 ; cc, 转向器与混凝土之间承压面混凝土的容许压应力, cc, ck 其中 ck 为混凝土的抗压强度标准值 ;, b 转向器与混凝土之间承压面的计算宽度, 取承压面投影宽度的 3/4 表 钢绞线束的最小弯曲半径 ( 单位 :mm) 钢束规格中间转向器锚固构造处转向器 s s s s s 散束式转向器应满足式 ( ) 要求 : Ep R ( ) 2 p,e 式中 R 体外预应力钢束的弯曲半径 ; 预应力钢绞线中钢丝的最大直径 ; E p 预应力钢绞线中钢丝的弹性模量 ; p,e 预应力钢绞线的疲劳应力幅限值, 无试验资料时可取 195MPa; p,e 体外预应力钢束的应力幅, 详细结构计算前可取 25MPa 对锚固构造处的转向器, 钢束的弯曲半径应在上述计算值的基础上增大 1000mm 3 成品体外索的集束式转向器, 应同时满足式 ( ) ( ) 及表 的要求 条文说明 体外预应力钢束在转向器内的最小弯曲半径取值, 由转向器与混凝土之间承 p,e 51

56 压面混凝土的容许压应力和弯曲钢束的疲劳容许应力决定 1 公式 是根据承压面混凝土压应力的限值要求推导的 其中 : 体外预应力钢束的拉力按材料抗拉强度标准值的 65% 计算 ; 转向器与混凝土之间承压面混凝土的容许压应力, 考虑到孔边应力分布不均匀等因素, 取使用阶段混凝土容许压应力的 70%; 考虑到钢束分布的不均匀性, 取转向器与混凝土之间承压面投影宽度的 3/4 作为计算宽度 表 的数值来源于法国公路与高速公路技术研究所 (SETRA) 的规定, 按公式 计算得到弯曲半径一般不应小于表 中的值 2 由于受到活载拉力差的作用, 钢束在转向器处可能发生相对滑动, 而靠近转向器出口处钢束的应力将同时重复受到弯曲应力和活载应力变化的作用, 由此可能发生疲劳破坏 因此, 公式 是按钢束疲劳应力幅的限值要求推导的 其中, 取钢束的弯曲应力和活载应力幅作为疲劳计算的应力幅, 钢束的活载应力幅度较小 ( 一般 <20MPa) 可按 25MPa 进行初步计算 ; 钢束容许疲劳应力幅度在无试验资料的情况下, 可参照国外试验资料采用 195MPa 3 成品体外索的集束式转向器与混凝土之间承压面的尺寸较小, 且钢束在转向器处也可能发生相对滑动, 故其应同时满足 1 2 款的规定 在不影响转向构造尺寸时, 建议采用较大的弯曲半径 转向块内应设置内环筋和外封闭箍筋 ( 图 8.3.5), 内环筋和外封闭箍筋沿转向器长度方向的间距不宜小于 100mm 加强钢筋 A 转向器 内环筋 外封闭箍筋 条文说明 A A-A 图 块式转向构造配筋示意 ( 左图标注钢筋间距, 钢筋名称统一 ) 体外预应力钢束转向块的受力总体上是比较明确的, 关键是构造上要确保受拉钢筋能够发挥设计要求的强度 内环筋离转向器上缘的距离宜 25mm, 直径 20mm; 外封闭箍筋在竖直方向高于内环筋的净距宜 50mm 其它转向构造存在类似转向块的受力情况时, 可参照本条方法配筋 52

57 8.3.6 体外预应力结构应预留换索施工的空间 体外索自由段索体与梁体的竖向自振频率 ( 基频 ) 之比小于 5 时, 应设置减振装置 条文说明为了减小体外预应力钢束活载振动产生不利影响, 避免钢束随梁体发生共振, 钢束的自振频率 ( 基频 ) 应大于梁体 3~4 倍, 本规范偏安全地取钢束的基频不小于梁体 5 倍 桥梁结构基频宜采用有限元方法计算 对于常用的简支梁和连续梁结构, 可参照 公路桥涵设计通用规范 第 条条文说明中的公式估算基频 体外索的基频, 可近似按下式计算 : T 1 1 2l W (8.3.7) 式中 : l 索段的长度 (m); T 钢束的拉力 (N); W 体外索的单位长度重力 (N/m) 为便于标准化预制, 减振装置及定位构造的间距应以节段长度为模数 由于节段长度一般小于 3m, 不做振动计算时取不大于 3 个节段的长度基本与美国 AASHTO 节段施工桥梁设计与施工指南 (1998 年版 ) 的规定相当 设置减振材料的定位构造也可作为一种减振装置 体内预应力钢束管道在接缝处应采取密封措施 8.4 其它构造及附属设施 箱梁每个箱室的最低处应设置排水孔 箱梁各腹板应沿桥长方向均匀布置通气孔 上部结构外边檐应设置滴水构造 桥面铺装应设置防水层, 并满足 城市桥梁桥面防水工程技术规程 (CJJ 53

58 139) 的要求 桥梁应对接缝部位进行表面涂装, 并符合 混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件 (JT/T 695) 的要求, 涂装颜色宜与混凝土外表面颜色保持一致 箱梁内布置体外索时, 构造应设置便于检查 维护的通道和空间 条文说明为了便于体外索检查和更换, 箱梁内部应留有足够的工作空间, 如体外索之间的净距应不小于 100mm 钢束张拉应满足千斤操作所需空间等要求 54

59 本规范用词说明 1 为便于在执行本规范条文时区别对待, 对要求严格程度不同的用词说明如下 : (1) 表示很严格, 非这样做不可的 : 正面词采用 必须 ; 反面词采用 严禁 (2) 表示严格, 在正常情况下均应这样做的 : 正面词采用 应 ; 反面词采用 不应 或 不得 (3) 对表示允许稍有选择, 在条件许可时应首先这样做的 : 正面词采用 宜 ; 反面词采用 不宜 (4) 表示有选择, 在一定条件可以这样做, 采用 可 2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为 应符合 的规定 或 应按 执行 55

60 引用标准名录 1 钢筋混凝土用钢第 1 部分 : 热轧光圆钢筋 (GB ) 2 钢筋混凝土用钢第 2 部分 : 热轧带肋钢筋 (GB ) 3 预应力混凝土用钢绞线 (GB/T 5224) 4 预应力混凝土用钢丝 (GB/T 5223) 5 钢筋混凝土用余热处理钢筋 (GB 13014) 6 预应力混凝土用螺纹钢筋 (GB/T 20065) 7 环氧涂层七丝预应力钢绞线 (GB/T 21073) 8 单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线 (GB/T 25823) 9 城市桥梁设计规范 (CJJ 11) 10 城市桥梁桥面防水工程技术规程 (CJJ 139) 11 城市桥梁抗震设计规范 (CJJ 166) 12 无粘结预应力钢绞线 (JG 161) 13 环氧涂层预应力钢绞线 (JG/T 387) 14 环氧树脂涂层钢筋 (JG 3042) 15 混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件 (JT/T 695) 16 无粘结钢绞线体外预应力束 (JT/T 853) 17 填充型环氧涂层钢绞线体外预应力束 (JT/T 876) 18 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62) 19 高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线 (YB/T 152) 20 钢筋混凝土用不锈钢钢筋 (YB/T 4362) 21 镀锌钢绞线 (YB/T 5004) 56