中交一公院：预应力混凝土箱梁设计要点，设计师参照就对了！

一、预应力混凝土现浇箱梁设计

主线桥现浇箱梁跨线桥标准跨径：

匝道桥现浇箱梁跨线桥标准跨径：

1）汽车等级：公路-Ⅰ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：Ⅰ类（一般环境）；

4）环境作用等级：B级；

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。

桥梁横断面布置参数：

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。

匝道桥横断面布置参数：

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：

活载作用下长期挠度计算值：

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）：

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

4  顶、底板尺寸

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

各路基宽度顶板配筋

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：

5 腹板厚度

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。各跨径箱梁腹板厚度（跨中）均采用450mm。

腹板钢束布置示意

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。

腹板根部厚度

6 端、中横梁设置

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

端、中横梁尺寸表

上部箱梁均采用C50混凝土，用HRB400钢筋。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。锚具均采用圆形锚具，预应力管道采用圆形金属波纹管。

上部箱梁按Ⅰ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

7 现浇箱梁结构计算

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。按有效截面控制计算，各截面控制应力满足规范要求。

混凝土强度和弹性模量达到85％时才允许张拉预应力钢束；预应力钢筋传力锚固时刻的混凝土龄期：7d；预应力采用两端一次张拉，未分段。截面计算时均考虑了截面上缘、下缘普通钢筋的影响。

主要计算参数：

混凝土：重力密度γ=26.0kN/；

沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN /；

年平均相对湿度：80％；

锚下控制张拉力：50m跨箱梁0.75fpk ；其它跨径0.73fpk ；

锚具变形与钢束回缩值（一端）：△L＝6mm；

管道摩阻系数：μ＝0.25；

管道偏差系数：κ＝0.0015 1/m；

钢束松弛系数：ζ＝0.3；

地基及基础不均匀沉降：5~15mm；

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；

汽车荷载：公路-Ⅰ级，荷载提高比例：

计算注意要点：

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。

重点：

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。

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。

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。

34.5m路基20+30+20m跨径组合不同梁高结构受力对比

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。

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。

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 ，采用2.5m悬臂方案比较好。

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。

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。

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。

不同跨径组合钢筋混凝土横梁设计和预应力横梁设计对比

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

34.5m路基箱梁截面特性对比

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。

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）

有效宽度对应力的影响对比（34.5m路基）

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。

8 预应力钢束和普通钢筋的布置

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。 

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。

箱梁普通钢筋构造

横梁钢筋布置： 横梁主筋采用φ 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。 

重点： 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。

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： 

常规跨径桥梁经常选用图(c)方案截面形式 。

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。

一联孔数越多，钢束损失越大，建议一联孔数在5孔及以上时采用分段施工。分段施工时，施工缝应选在离支点L/5～L/4之间（L为跨径）。

二、装配式预应力混凝土箱梁设计

1 构造尺寸

装配式箱梁断面布置：

预制主梁主要尺寸： 预制梁顶板设计成2％的横坡，底板设计成平坡，边梁顶宽按2.85m设计，中梁顶宽按2.4m设计，底宽均设计成1m。 悬臂设0.2m的等直段，便于调整曲线桥的弓弦差。

40m简支箱梁由于受力较大，需要加大截面尺寸。处理方法有两种：

1 加大梁高10cm，很有效果，但导致简支和连续箱梁模板不一致。

2 适当加高顶板厚度（加2cm），梁高相应增加2cm，能达到同样效果。

端横梁厚度均采用300mm，35m、40m连续箱梁中横梁厚度采用400cm。

30m及以下跨径不设置跨中横隔板，35m、40m跨径跨中设置一道横隔板。

考虑到箱室内不设置隔板方便施工，也有利于内模的立模和脱模，受力上也影响不大，所以采用空心横隔板，厚度采用200mm。

简支箱梁横向采用单支座 ，一联均采用板式固定支座；简支箱梁联端设置80型浅埋式伸缩缝，不需要预留槽口。

连续箱梁端支点 采用滑板式橡胶支座，横向设置两支座，中支点采用板式固定支座，横向采用支座。连续箱梁联端设置80、160型两种，160型伸缩缝需预留槽口。

预制主梁、端横梁、中横梁、跨中横隔板均采用C50混凝土；调平层采用C40混凝土。采用HRB400钢筋。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。锚具均采用圆形锚具，型号主要为YM15-4、YM15-5、YM15-6三种，预应力管道均采用圆形金属波纹管。

2 结构计算

主梁按后张法A类预应力混凝土构件设计。不考虑调平层参与受力。满足11cm沥青+10cm调平层和15cm混凝土铺装的受力要求。连续梁所有湿接头混凝土一次浇筑完成，负弯矩钢束的张拉顺序是先两侧后中间。

桥面板采用公路-Ⅰ级车辆荷载×1.3进行设计配筋，悬臂板按护栏防撞等级为SS级进行设计配筋。验算荷载为公路-Ⅰ级车道荷载，荷载提高系数同主梁。

混凝土：重力密度γ=26.0kN/；

沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN /；

年平均相对湿度：80％；

锚下控制张拉力：；

锚具变形与钢束回缩值（一端）：△L＝6mm；

管道摩阻系数：μ＝0.25；

管道偏差系数：κ＝0.0015 1/m；

钢束松弛系数：ζ＝0.3；

地基及基础不均匀沉降：5mm（仅用于连续箱梁）；

0、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，考虑一半厚度的混凝土调平层折减后采用；竖向日照反温差为正温差乘以-0.5；

汽车荷载分项系数取值：20m、25m、30m箱梁取1.8，35m取1.7，40m取1.6。

存梁时间：30～90d

极限承载力验算：

1）20m、25m、30m、35m、40m跨简支箱梁 强度富裕量4.6％～14.7％，截面强度均能满足梁长增加500mm的受力要求。 

2）35m跨连续箱梁跨中截面抗弯强度富裕7.2％～13.9％，支点截面富裕32.9％～46.7％。 

3）40m跨连续箱梁跨中截面抗弯强度富裕4.5％～9.3％，支点截面富裕33.5％～44.3％。 

4）边梁和中梁安全度相当。

抗裂验算：

短期效应组合下各跨径截面抗裂强度均满足规范要求，跨中截面压应力储备均在1MPa以上。连续箱梁支点上缘拉应力也未超出规范允许值。

持久状态验算：

标准值效应组合作用下，各跨径截面最大正应力均满足规范要求。最大值出现在28m路基40m简支箱梁中梁跨中上缘，为15.5MPa，小于规范允许值16.2MPa。

根据箱梁腹板箍筋设置，支点主拉应力最小允许-2.83MPa，跨中主拉应力最小允许-2.26MPa，箱梁各截面主拉应力均满足要求。

汽车荷载作用挠度： 在汽车荷载作用下，各跨径箱梁跨中长期挠度均未超出规范允许值L/600，且未超过规范允许值的1/3。

计算重点： 各跨径箱梁极限承载能力均满足受力要求， 最小富裕度4.5％，满足梁长增加±500mm的受力要求 ，边梁和中梁安全度相当。 在短期荷载组合作用下截面抗裂均满足规范要求， 且跨中有1MPa以上的压应力储备 ，连续梁支点上缘拉应力也未超出 -1.5MPa。  主拉应力较大值出现在跨中下缘和支点上缘，需按规范要求验算箍筋间距，经验算箍筋设置也满足受力要求。截面刚度完全满足正常行车要求， 活载作用下跨中长期挠度均未超出规范允许值L/600的1/3。

曲线上桥梁，邻近孔横坡存在变化， 如两孔预制梁横坡不一致 ，前后梁波纹管位置会有错台。 可以将纵向湿接头宽度加宽到778mm，这样可以用两个13m的圆弧过渡，过渡更为平缓。

由于混凝土收缩和施工的原因，底板可能会出现纵向裂缝，可将底板上、下层横向钢筋改为闭合“箍筋” ，确保底板横向钢筋的有效，从而增强底板横向抗裂性。

箱梁顶面预埋抗剪钢筋，增强主梁和调平层的结合，抗剪钢筋采用[形钢筋，可同时作为调平层钢筋网的定位钢筋。

3 钢束布置

24.5m路基较28m路基钢束用量有所减少，同一路基宽度边梁和中梁受力不同，钢束设置也有一定差异。

连续梁的正弯矩钢束布置特点与简支梁相当，负弯矩钢束布置在顶板中，在顶板开设人洞张拉钢束，将负弯矩区顶板适当加厚。

为避免混凝土受拉边缘出现裂缝时，梁不致因配筋过少而脆性破坏，规范要求部分预应力混凝土受弯构件中普通受拉钢筋的截面面积不应小于0.3％ 。主筋配筋率可在0.5％左右。

为确保预制梁钢筋骨架成型，在箍筋四角均设置有粗钢筋，粗钢筋直径与底板粗钢筋相同。 

预制主梁顶板钢筋采用φ 12，布置间距100mm，边梁悬臂设置了护栏防撞加强钢筋，钢筋直径为  φ 16，布置间距为100mm。  

各跨箱梁腹板箍筋均采用  φ 12钢筋，腹板变厚段到支点箍筋间距采用100mm，跨中段箍筋间距采用200mm。底板箍筋也采用 φ 12钢筋，布置间距同腹板箍筋。 

顶板、腹板、底板分布钢筋均采用 φ   10钢筋，腹板、底板分布钢筋间距采用100mm。 

锚下加强钢筋采用 φ 12钢筋，锚下布置三排，竖向长筋为锚下受力主筋必须设置弯钩，横向短筋采用直筋，未设置弯钩。

湿接缝横向钢筋采用环形钢筋，一般要求湿接缝环形钢筋与主梁外伸钢筋采用绑扎连接，考虑到24.5m路基湿接缝宽度较窄，环形钢筋自锚长度有些不足，要求隔根焊接隔根绑扎。 

端横梁钢筋分成预制和现浇两部分，两预制梁端横梁钢筋与现浇横梁中的短钢筋采用焊接连接。 

35m、40m连续箱梁采用墩顶现浇中横梁将前后两孔箱梁连成连续结构。纵向两孔箱梁顶底板粗钢筋采用相同直径的短钢筋进行焊接连接，其它分布钢筋相互绑扎连接。 

35m、40m跨箱梁跨中设置了跨中横隔板， 跨中横隔板分成预制和现浇两部分。两预制梁跨中横隔板外伸钢筋与现浇横梁中的短钢筋采用焊接连接。  

重点： 梁间距适用范围是2.8～3.4m，对应湿接缝宽度400～1000mm。 简支梁一联长度控制在125m内 ， 连续梁一联长度控制在160m内 。梁长允许±500mm，超出此范围时必须另行计算。 曲线上的桥梁可通过调整箱梁悬臂等直段的长度来适应弓弦差的影响，调整范围不应超出±200mm 。 预制梁顶板设计成2％的横坡 ，底板设计成平坡，有超高时可由盖梁横坡、调平层及箱梁整体旋转调整， 箱梁整体旋转不应超过2％。  

一片梁梁端支点反力为荷载标准值组合，恒+活反力是最大值 ，不宜直接用于盖梁、墩柱配筋计算和桩长计算。在梁长需要调整时，仅调整跨中等截面段长度，梁端及腹板变厚段不得调整，连续结构负弯矩槽口距梁端距离保持不变。 简支箱梁现浇湿接缝在桥面连续处应断开，湿接缝纵向钢筋不连续；连续箱梁在中支点处湿接缝是连续的，纵向钢筋不得截断。  严防反方向预制。

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