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当前第1页\共有108页\编于星期四\13点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当前第2页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析当前第3页\共有108页\编于星期四\13点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。第一章调研分析当前第4页\共有108页\编于星期四\13点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。第一章调研分析当前第5页\共有108页\编于星期四\13点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）。第一章调研分析当前第6页\共有108页\编于星期四\13点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。第一章调研分析当前第7页\共有108页\编于星期四\13点序号项目长度（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当前第8页\共有108页\编于星期四\13点底板纵裂第一章调研分析通车运营项目调研情况当前第9页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析底板纵裂通车运营项目调研情况当前第10页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析孔洞漏筋通车运营项目调研情况当前第11页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析板端开裂通车运营项目调研情况当前第12页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析底板横裂通车运营项目调研情况当前第13页\共有108页\编于星期四\13点铰缝脱落、渗水结晶第一章调研分析通车运营项目调研情况当前第14页\共有108页\编于星期四\13点局部破损第一章调研分析通车运营项目调研情况当前第15页\共有108页\编于星期四\13点支座脱空、移位剪切变形第一章调研分析通车运营项目调研情况当前第16页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析通车运营项目调研情况当前第17页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第18页\共有108页\编于星期四\13点第一章调研分析空心板病害原因分析当前第19页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第20页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第21页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第22页\共有108页\编于星期四\13点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当前第23页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第24页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第25页\共有108页\编于星期四\13点第二章通用图编制当前第26页\共有108页\编于星期四\13点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

当前第27页\共有108页\编于星期四\13点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：当前第28页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第29页\共有108页\编于星期四\13点第二章空心板上部结构通用图编制3、横断面布置

当前第30页\共有108页\编于星期四\13点第二章空心板上部结构通用图编制3、横断面布置

当前第31页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第32页\共有108页\编于星期四\13点第二章空心板上部结构通用图编制3、主要结构尺寸

当前第33页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第34页\共有108页\编于星期四\13点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。当前第35页\共有108页\编于星期四\13点第三章结构计算当前第36页\共有108页\编于星期四\13点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)

………………当前第37页\共有108页\编于星期四\13点技术指标（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)2×16.251×16.25跨径(m)16斜度(°)0、15、30单幅桥梁板片数12板间距（m）1.25预制板高（m）0.85预制板最大吊装重量（kN）边板：318；中板：252设计安全等级一级环境类别Ⅰ类环境作用等级B级当前第38页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算结构布置与构造上部结构标准横断面图（34.5m整体式路基）上部结构标准横断面图（33.5m整体式路基）当前第39页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算上部结构主梁的施工分为三个阶段：预制主梁：1）后张法：首先预制空心板梁，待空心板混凝土强度和弹性模量达到设计强度的85％后，且混凝土龄期不小于7d时，方可张拉预应力钢束。2）先张法：首先张拉预应力束，然后浇筑预制空心板，待混凝土立方体强度达到设计混凝土强度等级的85%后，且混凝土龄期不小于7天时，方可放张。板梁安装，现浇绞缝和整体化层：存梁60～90天后，安装板梁，并浇筑绞缝和整体化层等。沥青混凝土桥面铺装和附属设施的安装。施工方案当前第40页\共有108页\编于星期四\13点1．混凝土混凝土：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．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，其各项技术性能应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的规定。对进厂(场)钢绞线按批号进行拉伸试验、弹性模量试验。钢绞线弹性模量的偏差尚应满足同批≤5GPa，各批≤10GPa的规定。3．普通钢筋普通钢筋采用HRB400钢筋，钢筋应符合国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）的规定。所用材料及指标第三章空心板上部结构计算当前第41页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算根据结构的施工方案特点，按照下述内容进行结构受力分析：施工阶段由预制空心板梁承担自重、预应力、绞缝和现浇整体化层重量等作用效应；成桥阶段，考虑绞缝和一半厚度的整体化层（75mm）参与结构受力，承担桥面铺装、栏杆、汽车荷载和温度荷载作用。采用midascivil计算分析程序建立单梁模型进行分析计算，并用桥梁博士计算程序对结果进行了校核；平面杆系采用荷载横向分布系数的方法将空心板简化为单块板进行计算，荷载横向分布系数采用铰接板法和刚接板法计算。验算内容按预应力混凝土A类构件的有关规定执行。

计算要点当前第42页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算1）混凝土：重力密度γ=26.0kN/m3；2）沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN/m3；3）年平均相对湿度：80％；4）锚下控制张拉力：

；5）锚具变形与钢束回缩值（一端）：△L＝6mm；6）管道摩阻系数：

μ＝0.25；7）管道偏差系数：

κ＝0.00151/m；8）钢束松弛系数：

ζ＝0.3；9）梯度温度：竖向日照正温差的温度基数按110mm沥青混凝土铺装层，考虑一半厚度的混凝土整体化层折减后采用；竖向日照反温差为正温差乘以-0.5；10）存梁时间：30～90d。主要设计参数当前第43页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算1）永久作用：结构重力、预加力和混凝土的收缩及徐变作用2）可变作用：汽车荷载、温度梯度作用3）作用效应组合（1）承载能力极限状态组合设计值Sud=1.2×永久作用+1.8×汽车荷载+0.8×1.4温度汽车荷载计冲击力，组合值还应乘的结构重要性系数1.1（2）正常使用极限状态作用短期效应组合：永久作用+0.7×汽车荷载+0.8×温度梯度

作用长期效应组合：永久作用+0.4×汽车+0.8×温度梯度作用类别和作用效应组合当前第44页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算空心板梁整体化现浇层厚度150mm，考虑整体化现浇层的一半厚度参与结构受力，并按设计图纸中桥面布置情况，建立以下横桥向计算模型。以16m跨径，33.5m路基宽度为例，计算模型见下。其他跨径计算方法相同横向分布系数计算空心板梁横向分布计算模型（单位：mm）当前第45页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算荷载横向分配系数采用铰接板法和刚接板法两种计算方法对比分析，取其中大值进行控制设计。横向分布系数计算当前第46页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算按照最新规范规定，采用结构基频法来计算桥梁结构的冲击系数，中板、边板都采用整体横断面（考虑整体化层）同样，以16m跨径预应力混凝土空心板为例：自振频率f1按照简支梁桥的简化计算公式计算由结构基频按照下面公式计算结构的冲击系数可得计算结果：边板——0.335；中板——0.338比较中板和边板的冲击系数计算结果，统一按照μ=0.338进行计算冲击系数计算当前第47页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算以16m跨径，33.5m路基宽度装配式后张法预应力混凝土板梁为例，其主要计算过程包括以下部分：基于结构基本数据，将简支空心板结构划分为20个单元21个节点，见下图。选择跨中截面、L/4截面和支点截面（剪力为距支点一个梁高处）作为计算控制截面。主梁内力计算单元离散图当前第48页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算主梁内力计算中板主梁内力计算结果（单位：kN·m（M）；kN（V））跨中截面L/4截面支点截面Mmax相应的VVmax相应的MMmax相应的VVmax相应的MVmax一期恒载标准值G1（预制空心板梁）384.300.000.00384.30286.00-51.40-51.40286.00-103.60二期恒载标准值G2整体化层及桥面铺装及栏杆326.900.000.00326.90243.90-43.80-43.80243.90-86.80汽车荷载标准值（不计冲击系数)325.0143.66-43.66-12.91242.2520.23-69.96-19.31-98.56汽车荷载标准值（计入冲击系数1.338）434.8758.42-58.42-17.28324.1327.07-93.61-25.84-131.87基本组合1.1*（1.2*恒+1.8*汽车）1799.83115.67-115.67904.571341.25-72.07-311.01648.30-512.43作用短期效应组合（1.0*恒+0.7*汽车）938.7130.56-30.56702.16699.47-81.04-144.17516.38-259.39作用长期效应组合（1.0*恒+0.4*汽车）841.2117.46-17.46706.03626.80-87.11-123.19522.18-229.82当前第49页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算主梁内力计算边板主梁内力计算结果（单位：kN·m（M）；kN（V））跨中截面L/4截面支点截面Mmax相应的VVmax相应的MMmax相应的VVmax相应的MVmax一期恒载标准值G1（预制空心板梁）491.600.000.00491.60366.01-65.76-65.76366.01-131.76二期恒载标准值G2整体化层及桥面铺装及栏杆327.530.000.00327.53243.89-43.79-43.79243.89-86.77汽车荷载标准值（不计冲击系数)365.2847.58-47.58-13.70272.2621.73-77.19-20.46-109.92汽车荷载标准值（计入冲击系数1.338）488.7563.66-63.66-18.33364.2929.08-103.28-27.37-147.07基本组合1.1*（1.2*恒+1.8*汽车）2048.98126.05-126.051044.961526.36-87.03-349.10750.88-579.66作用短期效应组合（1.0*恒+0.7*汽车）1074.8333.30-33.30809.54800.49-94.34-163.58595.58-295.47作用长期效应组合（1.0*恒+0.4*汽车）965.2419.03-19.03813.65718.81-100.86-140.43601.72-262.50当前第50页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况承载能力计算正截面抗弯承载力验算取弯矩最大的跨中截面进行正截面抗弯承载力计算荷载基本组合表达式板号截面位置最大M最小M是否满足规范要求(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)边板跨中2048.9821071044.962107满足中板跨中1799.831837904.571837满足正截面抗弯承载能力验算当前第51页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况承载能力计算斜截面抗剪承载力验算按照《公路桥规》规定，对于预应力混凝土简支梁应选取截面变化点和距支点h/2处的截面进行斜截面抗剪承载力验算，结合本桥实际构造特点和配筋情况，选择L/4截面和支点截面作为验算控制截面。斜截面抗剪承载能力验算板号截面位置最大V最小V是否满足规范要求(kN)(kN)(kN)(kN)边板支点58012312131231满足中板支点51213901951390满足当前第52页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算短暂状况和持久状况构件应力计算短暂状况构件的正应力验算预制裸梁在预加力和自重作用下的截面边缘混凝土的法向压应力应符合《公路桥规》的相关规定。斜截面抗剪承载能力验算（压应力为负，拉应力为正）中板边板跨中L/4截面支点跨中L/4截面支点上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘预加力NP-4.56-4.56-4.53-4.53-2.86-2.86-4.01-4.01-3.99-3.99-2.90-2.90NP·ePn6.12-5.696.09-5.650.88-0.795.62-7.025.59-6.981.06-1.17自重Mg1-3.593.34-2.672.480.02-0.02-2.953.69-2.242.800.02-0.02总和-2.03-6.91-1.11-7.70-1.96-3.67-1.34-7.34-0.64-8.17-1.82-4.09压应力限值-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68-22.68拉应力限值1.861.861.861.861.861.861.861.861.861.861.861.86是否满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足当前第53页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算短暂状况和持久状况构件应力计算持久状况的正应力验算1）截面混凝土的正应力验算：对于预应力混凝土简支梁桥，选择跨中、l/4和支点处的截面进行验算，本阶段计算特点：预应力损失已全部完成，有效预应力最小，计算时作用取其标准值，汽车荷载计入冲击系数，预加应力效应考虑在内，所有荷载分项系数均取为1.0，2）持久状况下预应力钢筋的应力验算：按《公预规》要求，正常使用阶段预应力钢筋的应力要求如下：N1钢束：——满足要求N2钢束：——满足要求当前第54页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算短暂状况和持久状况构件应力计算持久状况下截面混凝土的正应力验算中板边板跨中L/4支点跨中L/4支点上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘预加力NP-4.56-4.56-4.53-4.53-2.86-2.86-4.01-4.01-3.99-3.99-2.90-2.90NP·ePn6.11-5.706.08-5.670.88-0.795.62-7.025.59-6.981.06-1.17自重Mg1-3.433.21-2.612.440.02-0.02-2.953.69-2.242.800.02-0.02绞缝和整体化层-1.941.81-1.461.360.000.00-1.071.34-0.811.010.000.00桥面铺装、栏杆等-0.720.77-0.530.580.000.00-0.510.72-0.390.540.000.00汽车荷载-2.562.79-1.902.070.000.00-2.112.96-1.572.200.000.00总和-7.10-1.69-4.95-3.75-1.96-3.67-5.03-2.32-3.41-4.42-1.82-4.09截面正应力限值-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20-16.20是否满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足注：表中压应力为负，拉应力为正当前第55页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算短暂状况和持久状况构件应力计算持久状况的正应力验算3）持久状况下混凝土主应力验算：取剪力和弯矩都较大的L/4处和近支点处的截面进行主应力计算，验算结果见下表：中板边板L/4截面距支点h处L/4截面距支点h处主压应力-6.40-4.76-6.07-5.21主拉应力0.140.530.140.56是否满足规范要求满足满足满足满足使用阶段混凝土主拉、主压应力验算（单位：MPa）当前第56页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况正常使用极限状态计算抗裂性验算短期效应组合下跨中处正截面抗裂性验算（单位：Mpa）截面下缘正应力中板边板NP-4.56-4.01NP·ePn-5.69-7.02合计-10.25-11.03自重3.213.69绞缝和现浇层1.811.34桥面铺装等0.770.72汽车荷载频遇值2.792.96温度梯度频遇值0.280.31合计7.537.61-2.72-3.42是否满足满足满足当前第57页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况正常使用极限状态计算抗裂性验算长期效应组合下跨中处正截面抗裂性验算（单位：Mpa）截面下缘正应力中板边板NP-4.56-4.01NP·ePn-5.69-7.02合计-10.25-11.03自重3.213.69绞缝和现浇层1.811.34桥面铺装等0.770.72汽车荷载准永久值0.830.88温度梯度准永久值0.000.00合计6.626.63-3.63-4.40是否满足满足满足当前第58页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况正常使用极限状态计算抗裂性验算取剪力和弯矩都较大的L/4处和近支点处的截面进行斜截面抗裂性计算，验算结果见下表短期荷载组合效应下斜截面抗裂性验算（单位：Mpa）中板边板L/4截面距支点h处L/4截面距支点h处主拉应力0.100.250.140.23是否满足规范要求满足满足满足满足当前第59页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况正常使用极限状态计算主梁变形计算根据主梁截面在各个阶段混凝土正应力验算结果，可知主梁在使用荷载作用下截面不开裂。按照结构力学方法，采用midas计算程序，计算主梁在不同荷载标准值作用下的挠度荷载标准值作用下主梁竖向挠度计算（单位：mm）作用荷载中板边板自重-6.11-6.22二期恒载-4.35-3.46预应力12.0812.87汽车荷载-2.82-2.68正温度梯度2.792.89负温度梯度-1.39-1.44当前第60页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况正常使用极限状态计算主梁变形计算1）荷载短期效应作用下的主梁挠度验算考虑荷载长期效应的影响，荷载短期效应组合的可变荷载挠度值应满足规范规定。中板：=4.40mm<L/600=24.73mm边板：=4.31mm<L/600=24.73mm均满足规范要求。当前第61页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算持久状况正常使用极限状态计算主梁变形计算2）预拱度的设置梁在预加力和荷载短期效应组合共同作用下并考虑长期效应的挠度值为中板：

边板：

由上述计算结果可知：可不设预拱度。当前第62页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算室内板（单向板）计算空心板梁室内板按照单向板计算，计算图示见下图，其跨中截面为弯矩控制截面，对其进行承载能力极限状态验算。

空心板梁室内单向板计算图（单位：mm）当前第63页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算室内板（单向板）计算（1）恒载作用包括现浇混凝土层、沥青混凝土铺装、桥面板自重作用，得到每延米板上的恒载集度g=9.13kN/m则每米宽板条跨中截面的恒载内力弯矩（2）车辆荷载产生的内力不考虑现浇整体化层参与工作，沥青混凝土层厚110mm，现浇混凝土层厚150mm，可得：H=110+150=260mm，车轮荷载（a2×b2=200×600mm）经厚度为H的桥面铺装传递后，作用于桥面板上的均布荷载为：a1×b1；当前第64页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算室内板（单向板）计算冲击系数：1+μ=1.3计算可得：MAp=-8.48kN·m（3）荷载组合基本组合：

（4）承载能力极限状态验算取宽1000mm，高120mm的矩形截面进行验算。板内横向配有直径12mm的钢筋，钢筋种类为HRB335，钢筋间距150mm，钢筋中心距下缘距离为30mm。则其抗弯承载力Mu=18.3kN·m>所以，抗弯承载力满足要求。当前第65页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算悬臂板计算根据悬臂板的计算图示可知，应选择悬臂根部作为控制截面进行验算，其承受荷载包括两部分，一是恒载，即防撞栏杆自重、钢筋混凝土和沥青混凝土现浇层及悬臂自重，二是可变荷载，即汽车撞击作用，下面首先计算上述各项荷载作用产生的内力大小，空心板悬臂根部截面的的弯距，考虑取纵桥向1m计算，不考虑混凝土现浇层参与受力。（1）恒载作用对于防撞栏参考相关资料，取荷载集度g1=4kN/m150mm整体化现浇层110mm沥青混凝土铺装(碰撞力)当前第66页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算悬臂板计算（2）汽车撞击作用悬臂板按护栏防撞等级为SS级进行设计配筋，根据《公路交通安全设施设计规范》(JTGD81-2006)5.1款可知，碰撞力P的碰撞荷载标准值为140kN/m，荷载分布长度为5m，其力作用点见上图所示，则汽车撞击作用下，纵向1m长度悬臂板根部截面弯矩为：Mq=140×1×（1.050+0.11+0.15）=183.4kN·m（3）荷载组合则偶然荷载组合

（4）承载能力极限极限状态验算根据悬臂板内配筋情况，取宽1000mm，高240mm的截面进行验算，其抗弯承载力Mu为204.1kN·m由上述计算结果可知：Mu=204.1<，但相差不到1%，基本满足要求。当前第67页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算锚固区局部承压计算根据对两束预应力钢筋锚固点的初步分析，N1钢束的锚固端局部承压条件最不利，现对锚固端进行局部承压验算，下图为N1钢束锚固端的计算图。由于设计图中缺少预应力锚固端和钢垫板的详细尺寸，因此参考类似工程的设计资料，假定钢垫板尺寸为160mm×160mm。AbN1N2D=56Al当前第68页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算锚固区局部承压计算1）局部受压尺寸要求配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的尺寸应满足下列锚下混凝土抗裂性计算的要求：计算结果=1233.202×103N=1233.2kN>计算表明，局部承压尺寸满足要求。当前第69页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算锚固区局部承压计算2）局部抗压承载力验算配置间接钢筋的局部受压构件，其局部抗压承载力计算公式为且需满足计算结果

所以，局部抗压承载力计算通过当前第70页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算支座区局部承压计算空心板梁中板和边板支座局部区域配筋相同，根据上部结构计算结果可知，边板支座反力较大，因此选择对边板支座区进行局部承压计算，建立支座区局部承压计算图。AlAb支座中心线Ab当前第71页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算支座区局部承压计算1）局部受压尺寸要求配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的尺寸应满足下列锚下混凝土抗裂性计算的要求：计算结果=13024×103N=13024kN>>计算表明，局部承压尺寸满足要求。当前第72页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算支座区局部承压计算2）局部抗压承载力验算配置间接钢筋的局部受压构件，其局部抗压承载力计算公式为且需满足计算结果

所以，局部抗压承载力计算通过当前第73页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算支点反力及转角、预拱度、钢束伸长量1）支点反力及转角

考虑汽车荷载冲击系数，支点处横向分布系数按照杠杆法计算，见下表2）预拱度为了防止预制板上拱过大，及预制板与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期不超过90d，存梁期密切注意梁的累计上拱值，若超过10mm，应采取控制措施。不同存梁期上拱值（计算值）见下表（表中各位移以向上为正，反之为负）。项

目反力（kN）转角（rad）恒载恒+汽汽车边板支点反力255.6255.6+244.3=499.90.00136中板支点反力223.2223.2+203.5=426.70.00134当前第74页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算支点反力及转角、预拱度、钢束伸长量预制梁上拱值表

单位：mm3）钢束引伸量（两端之和）梁位预制梁上拱值（理论值）二期恒

载挠度钢束张拉时存梁30d存梁60d存梁90d边梁6.6611.6012.3913.02-3.45中梁5.9710.4511.1511.71-4.34N1（mm）N2（mm）110.1109.0当前第75页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算跨径10m后张法预应力混凝土简支空心板梁当前第76页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算跨径10m先张法预应力混凝土简支空心板梁当前第77页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算跨径13m后张法预应力混凝土简支空心板梁当前第78页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算跨径13m先张法预应力混凝土简支空心板梁当前第79页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算跨径16m后张法预应力混凝土简支空心板梁当前第80页\共有108页\编于星期四\13点第三章空心板上部结构计算跨径16m先张法预应力混凝土简支空心板梁当前第81页\共有108页\编于星期四\13点第四章优化设计内容当前第82页\共有108页\编于星期四\13点第四章空心板上部结构通用图优化调整内容1、跨径和斜交角度

★从调研的情况来看，各地已逐渐减少空心板结构的采用，例如四川省已取消空心板在高速公路项目上的使用，采用多种跨径的小箱梁结构代替空心板。

★广东正在开展勘察设计工作的几个项目也很少采用空心板结构。★本次标准化已编制了6m孔径的涵洞。6m和8m的空心板已很少采用。

★20m跨径的桥梁的上部结构已多数采用小箱梁和T梁，20m跨径的小箱梁和T梁的病害均低于空心板。因此，结合广东省的实际情况，对于本次标准图设计空心板标准跨径的选择上，只考虑10m、13m、16m跨径的空心板标准图编制工作，角度仍参照部颁通用图，按0°、15°、30°进行编制。当前第83页\共有108页\编于星期四\13点第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第84页\共有108页\编于星期四\13点2、空心板结构体系

先张法施加预应力，需要设置规模较大的张拉台座，如果空心板数量较少，则先张板预制场的建设费用不能有效分摊。本次通用体编制，从体系上考虑，编制了先张法预应力混凝土空心板。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容对于桥梁结构是采用简支结构还是连续结构，由于空心板桥梁规模较小，一般采用3跨桥梁的规模已属于比较长的桥梁，而且采用结构连续，增加了结构体系转换工序，施工难度加大，因此，对于本次通用图编制，空心板均采用先简支后桥面连续体系。

综合以上分析，对于本次空心板标准图的编制，分别采用后张法和先张法施加预应力，并采用先简支后桥面连续体系。当前第85页\共有108页\编于星期四\13点3、空心板板高

综合对空心板通用图及相关设计资料的调查结果，相同跨径空心板的板高，不同设计院多采用不同值，即使在同一个设计院，不同的时期，其板高也略有变化。早期的空心板板高比近几年的板高要低一些，空心板板高总的来看，逐渐加高。

在04“规范”中，计算桥梁结构由温度引起的效应时，梯度温度作用增大。考虑当前施工队伍水平参差不齐、施工误差等。04规范对汽车效应的型式及冲击系数的计算较85规范有较大变化，对结构的作用效应也不同，跨中荷载效应增加15~20%。

本次通用图编制，适当增加了空心板高度，以保证空心板的安全储备，同时可以增大刚度，减小挠度。本次标准图编制，10m、13m、16m预应力混凝土空心板的板高分别采用65cm、75cm、85cm，较08版部颁通用图板高增加了5cm。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第86页\共有108页\编于星期四\13点4、空心板单板宽度

◆国内装配式空心板宽度，主要有99cm，120cm，124cm，135cm，144cm，148cm六种，另外，广东院编制有1.60m宽的空心板。

◆根据《通规》第的规定，为避免单板上横向同时分配到两个车轮荷载，空心板合理的理论宽度应小于1.3m。在相同的横向分布系数下，实现板宽最大化，提高单板承载力。

◆从单辆汽车的横向布置来看，其横向轮距为1.8m，则空心板合理的宽度应小于1.8m，在相同横向分布系数的情况下，实现板宽最大化，这在概率方面是合理的，在断面经济性上也是合理的。但是如此宽的空心板，其顶板、底板厚度需要增加，内腔的型式及尺寸的选择亦成为问题，自重对运输、吊装亦产生影响，会增加施工的成本，故其经济性会打折扣。

◆参考08版部颁通用图以及有关设计院的通用图，综合考虑施工难易程度、模板重复利用率和经济性等因素。空心板标准图编制选定124cm作为10m、13m、16m预应力混凝土空心板的宽度。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第87页\共有108页\编于星期四\13点5、空心板顶底板及腹板厚度的确定

考虑到顶板上有现浇整体化层，顶板厚度仍按采用12cm。

底板尺寸拟定:对于跨中区段，仍布设一层钢筋，下底板厚度可取为12cm。由于空心板考虑采用单支座，端部底板厚度适当加厚。

腹板尺寸拟定：经过对腹板裂缝的分析以及综合考虑“04规范”荷载的变化，同时兼顾经济、合理的原则，考虑预应力钢束布置的因素，跨中腹板厚度采用16cm，端部考虑预应力钢束锚固的需要，腹板厚度加厚。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第88页\共有108页\编于星期四\13点6、空心板内腔型式的确定

空心板内模拆模困难一直是各施工单位所关注的。以前，空心板内模一般采用空心充气胶囊。因拆模时气囊在往外拖的过程中，与混凝土有直接摩擦，很容易破损，周转次数有限，并且在混凝土浇注过程中，因振动器具的强力振捣，容易使气囊上浮，小则影响几何尺寸，严重时易出现质量事故。如用木模，则在拆模时需派人爬入空心板里面敲掉内撑，因空间过小，无法正常作业，劳动强度太大，况且木模周转次数也有限。因此，本次空心板标准图内模采用带倒角的箱型截面，并可采用钢模板，通过专业设计，便于拆模。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第89页\共有108页\编于星期四\13点第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第90页\共有108页\编于星期四\13点7、上部结构标准横断面确定

2008版通用图，内边板无悬臂，不能适应曲线桥梁，且外边板与内边板采用不同的外形，不便于施工组织。本次标准图，统一内外边板结构尺寸，并补充了分离式路基断面桥梁横断面布置图。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第91页\共有108页\编于星期四\13点7、上部结构标准横断面确定

第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第92页\共有108页\编于星期四\13点8、桥面整体化层厚度调整为15cm，并布设2层钢筋网对于空心板梁而言，由于缺少横隔板、横隔梁等可以提供强大横向联系的结构构造，因此其横向联系和整体性相对较弱。这也是这种结构容易产生“单板受力”情况的一个主要原因。根据调查，增加空心板梁的整体化层（桥面现浇层和桥面铺装）的厚度可以明显改善结构的横向联系。但由于整体化层与原梁间是新旧混凝土截面连接，因此设计中通常偏于保守的将其对结构的贡献采用实际厚度的一半加以考虑。本次通用图编制，空心板桥桥面整体化层厚度调整为15cm，采用双层钢筋网。08版通用图标准化图第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第93页\共有108页\编于星期四\13点标准化图08版通用图9、铰缝构造的优化设计：

铰缝优化设计的基本思路就是加强横向连接，具体采取以下措施：

采用深铰缝：据调查，采用深铰缝可减少开裂，也与04规范相适应。

加强连接钢筋：适当加大钢筋直径，加强横向相邻两块板之间顶、底部钢筋的连接。加强粘结性能：要求对铰缝两侧的预制板接触面凿毛，以加强预制板与后浇铰缝砼的连接。

加强桥面整体化层的设计：桥面整体化层厚度加厚至15cm，并布设两层钢筋网。

改进铰缝材料：要求铰缝混凝土采用微膨胀混凝土，并掺入钢纤维等加强材料，预防混凝土早期收缩裂缝的产生。

铰缝施工工序改进：浇注铰缝混凝土后再浇注桥面铺装时，铰缝已经参与受力，各板间铰缝受力并不均匀，斜交板相差尤其大。所以从尽量减少受力的角度出发，铰缝应与桥面铺装同时浇注。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第94页\共有108页\编于星期四\13点10、空心板支座调整为单支座

对于装配式结构空心板结构，以往的设计一般在每块预制梁（板）的4个角点分别安装一个板式支座传递荷载，支座和结构受力简单明确。但在实际使用过程中发现，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。4支座空心板梁产生支座脱空后形成“3条腿”受力现象。“三条腿”受力会使空心板梁梁端部分的最大横桥向拉应力从0.39MPa提高到1.0MPa，一旦出现超载等特殊情况，空心板梁的下缘将产生纵桥向裂缝，严重影响结构的耐久性。支座脱空是造成空心板病害产生的主要原因之一。空心板之间通过铰缝相连，支座脱空后，空心板在车辆荷载的作用下将产生震动，多次连续的震动后，将造成铰缝混凝土出现裂缝，整体性变差，并与空心板分离，从而造成空心板单板受力，进而产生病害。第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第95页\共有108页\编于星期四\13点10、空心板支座调整为单支座

第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第96页\共有108页\编于星期四\13点11、空心板钢筋构造

（1）因空心板顶底板厚度仅12cm，设置两层钢筋将使混凝土保护层难以满足要求，因此将顶底板钢筋按单层布置，纵向间距调整为10cm。

（2）因空心板梁端采用单支座，为加强空心板之间的相互联系，将空心板腹板箍筋伸出梁顶，与整体化层钢筋绑扎。（3）为增强空心板之间的横向受力性能，端部腹板加厚段范围内的箍筋直径采用了16mm的HRB400钢筋。（4）由于采用单支座，端部底板上缘最为不利，加大了此处的钢筋直径。

第四章空心板上部结构通用图优化调整内容当前第97页\共有108页\编于星期四\13点11、空心板钢筋构造

（5）部分路基宽度的空心板边