现浇预应力连续箱梁设计“黄金法则”

随着我国桥梁技术的提高，桥梁的美观也越来越高，现浇连续箱梁因具有外形简捷、美观、抗扭刚度大、整体性好、适用性强等优点，在桥梁建设中发挥着重要的作用。由于箱梁问题较为复杂，国内研究也并非完全成熟，各单位总体设计思想也存在差异，导致现浇箱梁设计图纸的多样性。如何让现浇箱梁设计和施工标准化良好衔接，本文会对设计师有良好的启发 。

以往设计、施工中存在的主要问题

1、箱梁拆模后在腹板与底部承托部位出现空洞、蜂窝、麻面，部分腹板距底板1m高范围内出现空洞、蜂窝、麻面。

2、箱梁底板在沿预应力钢束波纹管位置下出现的断断续续、长度不等的纵向裂缝。

3、箱梁底板横向裂缝

4、箱梁腹板出现斜向裂缝

    现浇混凝土箱梁经常出现腹板斜向裂缝，表现为45°的斜裂缝和沿预应力索管方向的斜裂缝，往往靠近锚头处裂缝开展较宽，逐渐变窄而至消失。

5 、箱梁翼缘板横向裂缝

    翼缘板横向裂缝一般在施工期就出现，一般由腹板处向悬臂外伸展。

6 、预应力钢束张拉时，钢束伸长量超出了允许偏差值

    如包含平弯、竖弯的长钢束伸长值比设计值偏小，短钢束的伸长值比设计值偏大。

7、预应力筋的断丝和滑丝

    预应力混凝土箱梁张拉时发生预应力钢索的断丝和滑丝，使得箱梁的预应力钢束受力不均匀或使构件不能达到所要求的预应力度。

8、锚头下锚板处混凝土变形开裂

成因：

1）锚板附近钢筋布置较密，浇筑混凝土时，振捣不实、混凝土疏散或仅有砂浆，导致该处混凝土强度低。

2 ）锚垫板下钢筋布置偏少、局部承压尺寸偏小，受压面积偏小,局部应力过大。

3）锚板或锚垫板设计厚度偏薄，受力后变形多大。

9、表面龟裂

    一般是由于连续梁在施工过程中养护不及时或温度变化较大时产生的。

10、管道压浆不密实

    管道压浆不密实是目前预应力桥梁的质量通病。

11、分段施工时，连接器附近腹板开裂

    连接器处腹板厚度较小，施工缝处钢筋连接长度不够，施工缝未按冷缝进行处理等。

设计标准

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；

主要构造尺寸

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。

主线桥整体式路基标准横断面

主线桥分离式路基标准横断面

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。 

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。

活载作用下的长期挠度也满足规范要求，并有较大富裕。

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。

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。

4、顶、底板尺寸

    各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。

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

    设计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。

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。

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。

主要材料

1、混凝土

     上部箱梁均采用C50混凝土；

2、普通钢筋

      本次图纸均采用HRB400钢筋。

3、预应力钢绞线

      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，其力学性能指标应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的规定。

4、锚具、预应力管道

     锚具均采用圆形锚具，预应力管道采用圆形金属波纹管。

保护层厚度

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：

主梁设计要点

1、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。

2、按有效截面控制计算，各截面控制应力满足规范要求。

3、铺装工况：

4、混凝土强度和弹性模量达到85％时才允许张拉预应力钢束；

5、预应力钢筋传力锚固时刻的混凝土龄期：7d；

6、预应力采用两端一次张拉，未分段。

7、截面计算时均考虑了截面上缘、下缘普通钢筋的影响。 

预应力钢束和普通钢筋的布置

（一）预应力钢束布置图

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。

（二）箱梁普通钢筋构造

（三）横梁钢筋布置 

当前已有项目现浇箱梁材料用量指标表

设计注意事项

1、箱室划分

      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。

2、桥宽过渡

3、箱梁横坡形成方式

      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C截面形式。

采用图(c)的箱梁整体旋转形成桥面板横坡，箱梁旋转圆点选取在路基设计标高位置对应的箱梁顶面。

4、跨间横隔板设置

     未设置跨中横隔板，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。 

5、 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）。

6、多联现浇箱梁同时施工问题

施工注意事项

1、现浇箱梁采用满堂支架或门式支架施工，每次应搭起整孔支架，同时应严格控制支架的沉降，浇筑混凝土前应对支架进行预压，以减少非弹性变形并确保支架的承载能力。支架预压应划分成若干预压单元，如腹板、横梁、底板、悬臂等预压单元，预压重量不得小于支架承受的混凝土结构恒载与模板重量之和的1.1倍，约为支架承受的混凝土结构恒载的1.2倍。

2、箱梁混凝土浇筑前应做好合理组织和分工，对操作人员进行培训，划分振捣范围，浇筑层次清楚，应避免出现振捣不实或漏振情况。

3、箱梁混凝土拌和物入模温度宜在5℃～30℃。拆模时梁体混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层与环境温度差均不宜大于15℃，气温急剧变化时不宜拆模。

4、所有混凝土浇筑后均需进行保湿养护。常温下需保湿养护14d以上。

5、分层浇筑时，必须在两次内浇筑完成，为避免两次浇筑混凝土因收缩差引起开裂，分层面宜选择在腹板高度的1/3～2/3之间,两次浇筑的混凝土龄期差应控制在7d内。

6、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，定位钢筋与箱梁腹板箍筋点焊连接，点焊时严禁损伤波纹管。管道的连接必须保证质量，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。

7、锚板、锚垫板必须有足够的厚度以保证其刚度，钢束锚固采用的锚具必须根据梁端锚具布置情况进行锚下局部承压验算，验算通过后方可选用。

8、现场宜进行预应力张拉摩阻力试验，修正设计用的摩擦系数，以调整预应力筋的张拉控制应力和伸长值。 

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