广东省设计标准化01-装配式预应力混凝土空心板桥上部结构宣贯

中交公路规划设计院有限公司2014年8月27日广东省高速公路设计标准化宣贯装配式预应力混凝土空心板汇报提纲广东省高速公路设计标准化宣贯装配式预应力混凝土空心板第一章调研分析第二章空心板上部结构通用图编制第三章空心板上部结构计算第四章空心板上部结构通用图优化调整内容第五章空心板通用图经济指标分析第六章使用中的注意事项及适用范围第一章调研分析通用图设计现状及对比分析2005年，交通运输部专家委员会依托原交通部科研项目“预应力混凝土公路桥梁通用设计图成套技术研究”，组织国内部分设计院，在对标准图全国性调研的基础上，开展针对性的关键技术研究，编制《公路桥梁上部结构通用图》。该通用图内容涉及装配式钢筋混凝土简支板桥上部构造、装配式先张法和后张法预应力混凝土简支空心板桥上部构造、装配式预应力混凝土T梁桥上部构造（简支体系、先简支后结构连续)、现浇等截面和装配式预应力混凝土箱形连续梁等四大类常用结构。该项目编制的通用图经多方审核和审定，已于2008年5月前全部正式出版发行，合计184册。第一章调研分析通用图设计现状及对比分析广东省地区采用的空心板通用图种类繁多，主要有三类，一类为广东省院编制的通用图，此类主要为板宽为1.6m的大空板；一类为公规院编制的通用图，此类主要为板宽为1.5m的空心板，结构体系主要为简支、后张法；另一类为早期采用较多的窄板，结构体系以先张法、简支为主。第一章调研分析通用图设计现状及对比分析08版通用图涵盖了中小跨径桥梁中常见的钢筋混凝土和预应力混凝土结构形式，在现阶段被多家设计单位参照进行设计，或改造成自己的企业标准图和项目通用图，应用较为广泛。但经过近年来的使用，也陆续发现08版通用图也存在一些突出的问题：1)部分技术指标不统一：相同路基宽度对应的T梁与装配式空心板、箱梁的桥梁宽度不同，T梁较空心板、组合箱梁窄25cm，内外侧护栏型式也不一致。（见下图，以路基宽度33.5m为例）。第一章调研分析通用图设计现状及对比分析2)部分设计参数规定不合理：08版通用图中分布钢筋基本采用φ6或φ8钢筋，该类钢筋目前较难采购，实际中一般用大直径钢筋（φ12）代替，造成保护层厚度不够，结构耐久性不足，易发生混凝土剥落、钢筋锈蚀。3)08版通用图仅涵盖桥梁上部结构构造，缺少桥梁下部结构的图纸。4)空心板采用4块支座：由于施工误差、养护不足等原因，许多空心板梁在使用过程中发生了支座脱空现象，形成“3条腿”受力现象。5)内侧空心板边板悬臂长度为零，不适应曲线桥梁，且无对应分离式路基通用图。6)体系繁琐，使用不方便：空心板跨径涵盖了6、8、10、13、20m，板宽分99cm和124cm，预应力体系分先张法和后张法，结构体系又分先简支后桥面连续体系和先简支后结构连续体系，图纸量大，使用不方便。第一章调研分析序号项目长度（Km）技术标准采用空心板建成通车时间1广珠西一期14.748设计车速为100km/h板宽为1.0m、1.25m后张板2004年6月2广珠西二期45.486设计车速为100km/h板宽为1.0m先张板，板宽为1.5m后张板2010年6月3梅龙高速12.220设计车速为80km/h板宽为1.0m先张板2003年12月4汕梅高速51.874设计车速为80km/h板宽为1.25m后张板2003年12月5天汕高速65.350设计车速为100km/h板宽为1.0m先张板，板宽为1.5m后张板2007年6汕揭高速55.241设计车速为100km/h板宽为1.0m先张板，板宽为1.5m后张板2006年7深汕西146.55设计车速为100km/h板宽为1.0m先张板1996年12月8西二环南段41.564设计车速为100km/h板宽为1.25m后张板2007年12月9广河高速156设计车速为120km/h板宽为1.60m后张板2011年10新台高速52.92设计车速为100km/h板宽为1.25m后张板2001年第一章调研分析2012年7月、8月，通用图编制组分别调研了广东省正在运营的10条高速公路（详见下表）。通过调研收集了部分项目桥梁定期检查报告，与管养人员进行了座谈，了解空心板桥典型病害及对桥梁设计的建议和意见，实地查看桥梁的使用状况。通车运营项目调研情况底板纵裂第一章调研分析通车运营项目调研情况第一章调研分析底板纵裂通车运营项目调研情况第一章调研分析孔洞漏筋通车运营项目调研情况第一章调研分析板端开裂通车运营项目调研情况第一章调研分析底板横裂通车运营项目调研情况铰缝脱落、渗水结晶第一章调研分析通车运营项目调研情况局部破损第一章调研分析通车运营项目调研情况支座脱空、移位剪切变形第一章调研分析通车运营项目调研情况第一章调研分析通车运营项目调研情况第一章调研分析空心板病害原因分析1、空心板病害汇总铰缝损伤：铰缝损伤主要表现为铰缝混凝土松散、破碎、剥落以及铰缝构造钢筋断裂等，铰缝损伤到一定程度，引起对应位置的桥面铺装层出现纵向裂缝。梁体结构损伤：主要表现为板底出现纵横向裂缝，通常中梁损伤较大，边梁损伤较小。桥面铺装破损：铺装层破损现象非常普遍，主要有桥面破损、坑槽、以及明显的横向裂缝和纵向裂缝等。耐久性损伤：主要表现为表层混凝土发生碳化、钢筋锈蚀、外露、以及混凝土保护层胀裂或剥落等。支座其他损伤：空心板支座脱空、支座剪切变形等。第一章调研分析空心板病害原因分析第一章调研分析空心板病害原因分析2、空心板病害原因分析空心板梁的病害不是独立的，而是相互影响、相互制约的。譬如最常见的病害支座脱空危害较大，支座脱空势必造成其他支座反力增大，超过支座承载能力，易引起支座本身的损坏；支座脱空会大大增加板梁横向弯矩，易引起板梁板底纵裂；支座脱空对铰缝的工作状况会产生不利影响，会加剧铰缝损坏，进而会形成单板受力，最终造成对板梁本身的损伤。第一章调研分析空心板病害原因分析设计原因对铰缝的验算理论不完善，原设计中采用铰接板理论计算铰缝剪力较实际作用偏小忽略了铰缝与预制空心板接触面之间的粘结作用。空心板铰缝破损引起的“单板受力”问题是空心板简支梁桥最常见同时也是最致命的病害。这一病害不仅直接导致梁体开裂，降低结构的承载能力与耐久性，同时还会引起和加速桥梁其他病害的产生和发展。在我国，目前还没有明确规定铰缝如何进行抗剪计算，在以往的计算中，通常是以将铰缝混凝土看作圬工材料，按圬工结构(《圬工规范》)直接受剪来计算铰缝抗剪强度。由于《圬工规范》未考虑铰缝属于先后浇混凝土粘结，导致铰缝抗剪承载力计算值往往远远大于其设计值。第一章调研分析空心板病害原因分析施工原因铰缝浅而窄，不利于铰缝混凝土的振捣，导致混凝土不密实，强度达不到要求。板梁铰缝接触面混凝土未进行粗糙处理，或凿毛后没有清除松动混凝土块，从而降低了预制板与铰缝混凝土间的粘结强度。铰缝混凝土浇注前，应将梁体侧面湿润，否则新老混凝土接触面粘结性能较差。第一章调研分析空心板病害原因分析施工原因支座安装不平导致支座脱空，形成“三条腿”现象。车辆通过时造成空心板的振动，使铰接缝混凝土处于很不利的受力状态，久而久之，铰接缝混凝土逐渐破碎脱落。施工时对整体化层内的钢筋网位置控制不准等原因对铰缝也有不利影响第一章调研分析空心板病害原因分析2、空心板病害原因分析运营阶段因素重载运输现象越来越严重，重载车辆对小跨径桥梁的影响尤为显著。板梁损伤降低板梁刚度，又会反过来影响荷载的横向分布，从另一方面增大铰缝的内力行车轨迹固定，车辆荷载的反复作用下某些预制板铰缝更易发生疲劳破坏。第一章调研分析空心板病害原因分析3、拟采用的对策铰缝设计和构造改进研究根据铰缝的受力特点，有针对性的改进铰缝的构造要求，如增大铰缝宽度、改变铰缝配筋构造或形式等。优化支座布置支座布置是否合理不仅影响支座自身受力，也同样影响主梁受力。常规简支空心板一般布置4个支座。在使用过程中，常常出现支座脱空现象。本项目拟分别针对4支座布置、3支座布置和2支座布置等不同形式建立有限元模型，分析支座布置形式对支座受力和梁体受力的影响。加大桥面整体化层厚度增加桥面整体化层厚度，可提高空心板梁桥整体性。提出改善空心板梁力学性能的成套综合改进措施通过结构的仿真模拟，计算分析，综合比选各方案，提出可有效改进空心板结构受力的成套综合改进措施。研究采用综合改进措施的空心板梁与现有空心板梁间的区别与具体改善效果。提出施工及运营中的注意事项针对可预见的混凝土常见病害，提出预制和吊装空心板时相关注意事项，保证成桥质量。第二章通用图编制第二章空心板上部结构通用图编制1、通用图编制技术标准第二章空心板上部结构通用图编制2、通用图编制体系根据广东省高速公路设计标准化的要求，装配式预应力混凝土空心板通用图编制体系如下表：第二章空心板上部结构通用图编制2、通用图编制体系根据本体系要求，装配式预应力混凝土空心板编制内容见下表，共涉及6种路基宽度，3种跨径，两种预应力体系（后张法和先张法），三种角度，共编制了36册上部结构图纸文件，空心板结构体系均采用先简支后桥面连续体系。第二章空心板上部结构通用图编制3、横断面布置第二章空心板上部结构通用图编制3、横断面布置第二章空心板上部结构通用图编制3、主要结构尺寸本次标准图编制，空心板顶底面均水平，空心板板宽按124cm设计。对于后张法空心板，跨中区段空心板腹板厚度为16cm，顶板、底板厚度均采用12cm，端部腹板厚度加厚为32cm，底板厚度加厚为25cm。对于先张法空心板，跨中区段空心板腹板厚度为16cm，顶板、底板厚度均采用12cm，端部腹板厚度加厚为24cm，底板厚度加厚为25cm。第二章空心板上部结构通用图编制3、主要结构尺寸第二章空心板上部结构通用图编制4、主要材料1、混凝土：预制板梁、铰缝混凝土、现浇桥面整体化层及封端混凝土均采用C50，桥面铺装采用沥青混凝土。2、普通钢筋：根据有关会议纪要精神，本次标准图编制普通钢筋均采用HRB335钢筋。3、其他材料：1）钢板：预埋配件采用Q235NH钢材，其性能应符合耐候结构钢(GB/T4171-2008)的规定。2）锚具：预制空心板正弯矩钢束采用YM15-4、YM15-3圆形锚具及其配套的配件，锚具及其配套的配件（含锚垫板、锚下螺旋筋等）必须采用工厂定型产品，并应符合JT／T329—2010《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》的要求。3）预应力管道：采用预埋圆形金属波纹管成孔,圆形金属波纹管符合JG225-2007《预应力混凝土用金属波纹管》的要求。4）支座：采用板式橡胶支座，应采用氯丁橡胶（CR）生产，其材料和力学性能均应符合《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）的规定，支座安装应按厂家要求进行。第二章空心板上部结构通用图编制5、设计要点1．本标准图结构体系为先简支后桥面连续的体系，按部分预应力混凝土A类构件设计。150mm桥面C50混凝土整体化现浇层中计入75mm参与结构受力。2．结构设计采用不同的软件进行分析，荷载横向分配系数按铰接板、刚接板法两种计算方法进行对比分析，取大值控制设计。第三章结构计算第三章空心板上部结构计算采用的规范主要标准和规范：《公路工程技术标准》JTGB01-2003《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTG/TB07-01-2006《公路桥涵施工技术规范》JTGTF50-2011《公路交通安全设施设计技术规范》（JTGD81-2006)《钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）《碳素结构钢》(GB/700－2006)《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）《预应力混凝土用金属波纹管》(JG225-2007)………………………………技术指标（以16m跨径，路基宽度33.5m为例）第三章空心板上部结构计算公路等级高速公路路基宽度(m)33.5（整体式）16.75（分离式）汽车荷载等级公路－Ⅰ级行车道数63桥面宽度(m)2×16