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装配式预应力混凝土箱梁设计

发布于：2022-09-30 13:41:30 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

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φ12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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