DB14∕T 2913-2023 公路钢混组合结构桥梁设计规程(山西省).pdf
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1、 ICS 93.040 CCS P 28 14 山西省地方标准 DB14/T 29132023 公路钢混组合结构桥梁设计规程 2023-12-04 发布 2024-04-05 实施 山西省市场监督管理局 发 布 DB14/T 29132023 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语、定义和符号.1 4 材料.3 5 总体设计.4 6 构造设计.10 7 钢混组合梁计算.13 8 耐久性设计.20 附录 A(规范性)焊接接头疲劳计算.22 DB14/T 29132023 II 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规
2、则的规定起草。本文件由山西省交通运输厅提出、组织实施和监督检查。山西省市场监督管理局对标准的组织实施情况进行监督检查。本文件由山西省交通运输标准化技术委员会(SXS/TC37)归口。本文件起草单位:山西交科公路勘察设计院有限公司、山西省交通规划勘察设计院有限公司、中铁建投山西高速公路有限公司。本文件主要起草人:王彬、季建东、邓洪宗、宋曰建、李晓燕、贾旭东、韩锋、庞新刚、傅卯生、臧博、王峰、张海君、常欣昱、侯云强、张雪峰。DB14/T 29132023 1 公路钢混组合结构桥梁设计规程 1 范围 本文件规定了公路钢混组合结构桥梁的术语与符号、材料、构造、结构计算等相关内容。本文件适用于山西省各等
3、级新建、改扩建公路钢混组合结构桥梁的设计,同类城市桥梁可参照执行。采用本文件进行公路钢混组合桥梁的设计时,尚应符合国家和行业现行有关标准的规定。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 700 碳素结构钢 GB/T 714 桥梁用结构钢 GB/T 1228 钢结构用高强度大六角头螺栓 GB/T 1229 钢结构用高强度大六角头螺母 GB/T 1230 钢结构用高强度垫圈 GB/T 1231 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角
4、螺母、垫圈技术条件 GB/T 1591 低合金高强度结构钢 GB/T 4171 耐候结构钢 GB/T 5117 碳钢焊条 GB/T 5118 低合金钢焊条 GB/T 5293 埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂 GB/T 8110 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 GB/T 10433 电弧螺栓焊用圆柱头焊钉 GB 50017 钢结构设计标准 GB 50205 钢结构工程施工质量验收规范 GB 50917 钢-混凝土组合桥梁设计规范 JTG 3362 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG B01 公路工程技术标准 JTG D60 公路桥涵设计通用规范 JTG D64 公路钢结构桥梁设计规范
5、JTG/T 4 公路桥梁板式橡胶支座 JTG/T 3650 公路桥涵施工技术规范 JTG/T 3651 公路钢结构桥梁制造和安装施工规范 JTG/T D64-01 公路钢混组合桥梁设计与施工规范 JT/T 722 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件 3 术语、定义和符号 DB14/T 29132023 2 术语和定义 3.1.1 钢混组合梁 由外露钢梁与混凝土板通过剪力连接件形成整体并在横截面内能够共同受力的梁。3.1.2 双层结合钢混组合梁 钢梁上翼缘与下翼缘均与混凝土板通过剪力连接件组合成整体截面共同受力的组合梁。3.1.3 剪力连接件 将钢梁与混凝土两种材料连接在一起共同受力的构件,本规程简
6、称连接件。3.1.4 槽形钢箱组合梁 钢混组合梁外露钢梁由翼缘板、腹板、底板、横隔系及加劲肋等通过焊接组成开口钢箱梁,钢梁翼缘板焊接剪力连接件与混凝土板组合。3.1.5 闭口钢箱组合梁 钢混组合梁外露钢梁由顶板、腹板、底板、横隔系及加劲肋等通过全焊接组成封闭的钢箱梁,钢梁翼缘板焊接剪力连接件与混凝土板组合。3.1.6 叠合板桥面板 钢混组合梁外露钢梁上先铺设一层较薄的预制板,后在预制板上现浇混凝土叠合层形成的混凝土桥面板。3.1.7 未开裂截面刚度 钢混组合梁截面刚度由有效宽度范围内的钢梁和混凝土板共同贡献。3.1.8 开裂截面刚度 负弯矩区钢混组合梁截面刚度仅计有效宽度范围内的钢梁和钢筋作用
7、,不计混凝土的抗拉贡献。符号 3.2.1 材料力学性能符号 Ec 混凝土的弹性模量;Es 普通钢筋的弹性模量;fck、fcd 混凝土轴心抗压强度标准值、设计值;fctm 混凝土抗拉强度平均值;fd 钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值;fsd 普通钢筋抗拉强度设计值;ftd 混凝土轴心抗拉强度设计值;fvd 钢材的抗剪强度设计值。3.2.2 作用和作用效应的有关符号 Vb 单个剪力槽孔内集束式焊钉承载力设计值;DB14/T 29132023 3 Vq 形成组合截面后作用于组合梁上的可变荷载产生的竖向剪力设计值;V1Rd 单位长度内混凝土板纵向抗剪承载力;Ed 钢混组合梁混凝土板整体分析与局部分析组
8、合效应;glob,d 混凝土板整体受力分析效应;loc,d 混凝土板局部受力分析效应;ss 混凝土桥面板钢筋纵向拉应力;s 开裂混凝土的拉伸硬化效应引起的附加应力。3.2.3 几何参数相关符号 Acr 开裂截面面积;Acr 由纵向普通钢筋、预应力钢筋与钢梁形成组合截面的面积;Icr 混凝土板开裂截面惯性矩;Icr 由纵向普通钢筋、预应力钢筋与钢梁形成的组合截面的惯性矩;I0 不考虑荷载长期效应组合梁换算截面惯性矩;I1 考虑荷载长期效应组合梁换算截面惯性矩;S0 不考虑荷载长期效应混凝土板对组合截面中性轴的面积矩;S1 考虑荷载长期效应混凝土板对组合截面中性轴的面积矩;ay 集中荷载沿梁跨度方
9、向的支撑长度;dk 预制混凝土板剪力槽纵向间距;dss 焊钉连接件杆的直径;hy 钢梁翼缘板厚度;kss 剪力连接件的抗剪刚度;lc 槽钢连接件的长度;ld 焊钉连接件的纵向间距;lz 集中荷载在腹板翼缘纵向假定分布长度;slim 正常使用极限状态下结合面的滑移限值;smax 正常使用极限状态下结合面的最大滑移值;t1 槽钢连接件翼缘平均厚度;t2 槽钢连接件腹板厚度。3.2.4 计算系数及其他有关符号 强度增大系数;弯曲正应力作用下腹板屈曲系数;剪应力作用下腹板屈曲系数;vB 腹板板件局部稳定安全系数;钢梁腹板法向应力比值;组合系数;刚度系数。4 材料 钢-混凝土组合梁的主要受力构件中混凝土
10、强度等级不应低于 C40。DB14/T 29132023 4 注:高性能混凝土的应用是钢混组合结构桥梁发展的重要方向,合理使用高性能混凝土可以有效提高结构的受力性能和耐久性,对于有必要采用高性能混凝土的组合结构桥梁,其材料技术指标经过论证,可以突破本条规定。预制桥面板剪力连接件预留孔及后浇湿接缝材料应采用补偿收缩混凝土,强度等级不低于预制桥面板的混凝土强度等级。混凝土、普通钢筋及预应力钢筋的相关设计指标应符合 JTG 3362 的规定。根据结构形式、受力状态及环境条件合理选择钢材,相关设计指标应符合 JTG D64、GB/T 714、GB/T 4171、GB/T 1591、GB/T 700 的
11、规定。注:钢混组合结构桥梁推荐采用桥梁用结构钢,在环境条件恶劣的情况下,推荐采用耐候钢。钢混组合梁设置的圆柱头焊钉剪力连接件相关设计指标应符合 GB/T 10433 中的规定。钢材焊接和栓接材料应与主体相匹配,相关设计参数应符合 JTG D64 的规定。预制桥面板与钢梁结合面两侧应采用橡胶条密封,橡胶条宜采用天然橡胶,其力学性能指标应满足表 1 的规定。表1 橡胶密封条力学性能指标 技术指标 检验方法 技术要求 硬度(IRHD)GB/T 6031 605 拉伸强度(MPa)GB/T 528 18 拉断伸长率(%)400 脆性温度()GB/T 1682 50 恒定压缩永久变形(%)(70,24h
12、)GB/T 7759.1 20 耐臭氧老化(20%伸长,40,24h)GB/T 7762 无龟裂 热空气老化试验(70,168h)刚度变化(IRHD)GB/T 3512-5+10 拉伸强度(%)15 拉断伸长(%)20 5 总体设计 设计原则 5.1.1 公路钢混组合结构桥梁的设计基准期为 100 年。5.1.2 公路钢混组合结构桥梁设计应结合建设条件,综合考虑结构受力、架设方案、工程造价、安全性、耐久性、运营养护等因素合理确定结构形式、桥跨布置及截面构造。5.1.3 钢混组合梁桥一般由钢梁、横向联结系(横隔板)、混凝土桥面板、剪力连接件等部分组成。钢混组合梁的钢梁可采用工字形钢梁、槽形(开口
13、)钢箱梁及闭口钢箱梁,混凝土桥面板可采用预制桥面板、现浇桥面板或叠合板桥面板,闭口钢箱组合梁部分宜采用现浇桥面板,剪力连接件可采用圆柱头焊钉、开孔钢板及槽钢。DB14/T 29132023 5 图1 钢混组合梁构造示意图 5.1.4 钢混组合梁构造尺寸应保证具有合理的抗弯、抗扭刚度,梁截面中性轴宜位于钢梁截面范围内。结构形式 5.2.1 跨径布置 公路工字钢组合梁桥适用跨径通常在30m70m范围内,等跨径布置时宜采用30m50m标准化设计,非标准化设计时边中跨比宜为0.60.8;跨径大于70m组合梁的钢梁宜采用槽形或闭口钢箱梁,边中跨比宜为0.60.8。5.2.2 立面布置 简支工字钢组合梁桥
14、高跨比约为1/221/24;连续等高度工字钢组合梁桥高跨比约为1/241/28,跨径大于50m取小值,跨径30m左右时取大值,变截面支点高跨比约为1/221/24,跨中约为1/341/36。简支钢箱组合梁桥高跨比约为1/201/24;连续等高度钢箱组合梁桥高跨比约为1/161/25,变高度钢箱组合梁支点高跨比约为1/151/23、跨中约为1/321/45。当钢梁与混凝土板结合采用有支撑施工时,梁的高跨比取小值,采用无支撑施工时取大值。5.2.3 横断面结构形式 5.2.3.1 双工字钢组合梁一般用于桥面宽度低于 13m 的桥梁,双工字钢腹板间距约为 0.55 倍的桥面宽度;当桥面宽度较大、结构
15、高度受限或避免桥面板设置横向预应力时可采用横向多工字钢组合梁结构形式,悬臂长度不宜大于 2m,钢梁横向宜等间距布置。图2 双工字钢组合梁断面 图3 横向多工字钢组合梁断面 5.2.3.2 钢箱组合梁根据钢梁顶板是否开孔分为开口钢箱梁(槽型钢梁)和闭口钢箱梁两种结构形式,根据施工过程钢梁受力需求进行选择;横断面可分为单箱单室、单箱多室及横向长悬臂截面等形式;单箱单室组合梁适用于桥面板宽度小于 20m,钢箱梁顶板宽度约为 0.5 倍的桥面宽度;桥面宽度大于 20m时可采用单箱多室或大悬臂+斜撑截面形式,其中大悬臂钢梁顶板宽度约为 1/3 倍的桥面宽度。DB14/T 29132023 6 图4 单箱
16、单室钢混组合梁断面 图5 单箱多室钢混组合梁断面 图6 横向长悬臂钢混组合梁断面 5.2.4 横向连接系 5.2.4.1 横向布置多片钢混组合梁时,支撑处必须设置端横梁,跨内横向连接系一般等间距布置,常用纵向间距 4m8m,当横向连接系上缘与桥面板结合时取小值,反之取大值。斜交角度较小时(小于 20),横向连接系沿支座方向布置;斜交角度较大时,横向连接系与主梁宜正交布置。图7 横向连接系斜交布置示意图 图8 横向连接系正交布置示意图 5.2.4.2 钢箱组合梁横向连接系一般由实腹式横隔板和框架式横隔板组成,支撑处必须设置实腹式横隔板。框架式横隔板一般由顶板横向加劲肋(闭口钢箱)、腹板竖向加劲肋
17、、底板横向加劲肋及加劲斜撑组成,沿纵向等间距布置,直线段不宜大于 6m,曲线段由计算确定。当平面曲率较大、扭转效应突出时,可采用实腹式横隔板替代。DB14/T 29132023 7 5.2.5 桥面板 5.2.5.1 钢混组合梁混凝土桥面板根据施工方法、结构形式及组合方式可采用现浇桥面板、预制桥面板和叠合板桥面板,桥面板的选用根据受力状况、施工条件及工程造价等综合确定。图9 叠合板组合梁构造图 图10 预制板组合梁构造图 5.2.5.2 当桥面板采用预制桥面板和叠合板桥面板时,应采取有效措施保证新老混凝土结合共同受力。5.2.5.3 钢混组合梁混凝土桥面板厚度沿顺桥向一般保持不变,横桥向等厚度
18、板变化范围一般为24cm32cm;钢梁腹板间距大于 6m 的横向受力桥面板宜采用变厚度板,跨中及挑臂板厚为 24cm30cm,钢梁腹板处板厚 40cm55cm,板厚通过加腋过渡,加腋长度为 0.2 倍0.25 倍的钢梁腹板间距。5.2.6 剪力连接件 5.2.6.1 组合梁的剪力连接件应能够承担钢梁和混凝土板间的纵桥向剪力和横桥向剪力,同时应能抵抗混凝土板与钢梁间的掀起作用。5.2.6.2 钢混组合梁的剪力连接件常用焊钉、开孔钢板及槽钢连接件。(a)焊钉连接件(b)开孔板连接件(c)槽钢连接件 图11 常用剪力连接件形式 5.2.6.3 钢与混凝土结合面剪力作用方向不明确时应选用焊钉连接件,焊
19、钉连接件可采用均布式或集束式布置。5.2.6.4 钢与混凝土结合面对抗剪刚度、抗疲劳性能要求较高时,宜选用开孔钢板连接件。5.2.6.5 钢与混凝土结合面对抗剪刚度要求很高时,可选用槽钢连接件。负弯矩区设计 5.3.1 连续钢混组合梁桥中支点负弯矩区钢梁底板应满足承载力和稳定性要求。DB14/T 29132023 8 5.3.2 负弯矩区钢混组合梁桥面板宜按限值裂缝宽度法控制设计,计算方法见本规程第 7 章。5.3.3 为降低负弯矩区桥面板拉应力可采取双层结合构造、张拉预应力、支点升降及桥面板间断施工法等优化措施,具体优化过程如下:双层结合构造是指钢梁上下翼缘均与混凝土板结合,下翼缘混凝土板仅
20、布设在支点附近范围,一方面与钢梁下翼缘共同受压,提高了钢梁抗屈曲能力,降低了钢板厚度,另一方面与上翼缘混凝土桥面板共同作用,增大了结构刚度,减少了混凝土桥面板的裂缝宽度。图12 钢混组合梁双层结合构造示意图 张拉预应力是通过张拉预应力钢束对钢混组合梁负弯矩区桥面板施加轴向压力,一般有体内预应力法和体外预应力法,其中体内预应力是混凝土桥面板张拉完预应力后再与钢梁结合,体外预应力是桥面板与钢梁结合后再张拉预应力钢束。(a)连续钢混组合梁张拉体内预应力钢束布置 (b)连续钢混组合梁张拉体外预应力钢束布置 图13 张拉预应力钢束施加预应力 连续体系的桥梁,支点的竖向位移影响结构的内力分布,混凝土桥面板
21、浇筑前后,通过调整支点的相对高度,可在负弯矩区混凝土内形成预压力。当连续钢混组合结构桥梁跨数较少时,可同时顶升中支点,混凝土板与钢梁结合后再回落支点;当跨数较多时,依次顶升中间DB14/T 29132023 9 支点,浇筑该支点附近混凝土板,待结合硬化后再回落支点,如此循环施工至全桥混凝土板施工完成。(a)步骤 1:顶升中支点钢梁 (b)步骤 2:浇筑钢混组合梁混凝土板 (c)步骤 3:回落中支点 图14 中间支点同时顶升施加预压力示意图 (a)步骤 1:浇筑边跨正弯矩区混凝土板 (b)步骤 2:顶升中支点并浇筑混凝土板 (c)步骤 3:混凝土板硬化后回落并顶升下一个中支点及浇筑混凝土板 (d
22、)步骤4:依次重复步骤3直至混凝土板施工完成 图15 中间支点依次顶升施加预压力示意图 DB14/T 29132023 10 混凝土桥面板间断施工法是先施工正弯矩区混凝土桥面板,待混凝土硬化后再施工负弯矩区桥面板,该方法同时适用于现浇及预制桥面板施工。图16 间断施工法示意图 5.3.4 钢混组合梁双层结合构造底板混凝土布置范围为支点两侧各 0.15 倍0.2 倍的跨径长度,板厚300mm600mm。6 构造设计 钢梁 6.1.1 根据结构受力特点、运输条件、架设方案、施工工期等因素,对钢梁进行纵、横向分块。6.1.2 钢梁焊接剪力连接件钢板厚度不小于 16mm,腹板厚度不小于 12mm,填板
23、厚度不小于 4mm。6.1.3 长挑臂钢箱组合梁钢管斜撑一般采用方钢管或圆钢管截面,通过内插节点板与钢梁焊接或栓接,焊缝应采用熔透焊,受压斜撑不宜开过焊孔。6.1.4 钢梁架设阶段(未与混凝土桥面板结合)宜在钢梁开口翼缘增设纵向连接系承受水平荷载和偏心荷载引起的扭矩作用,一般常用 X 形、菱形及 K 形。图17 钢梁开口翼缘增设纵向连接系示意图 6.1.5 钢梁翼缘、腹板和横向连接系的构造应符合现行 JTG D64 的相关规定。桥面板 6.2.1 根据运输条件及吊装能力对预制桥面板进行纵、横向分块,横向宽度一般小于 7m,纵向分块长度不宜大于 6m。注:单块预制桥面板重量不宜大于30t。6.2
24、.2 预制桥面板安装前存放期不宜小于 180 天。DB14/T 29132023 11 6.2.3 当桥面板设置承托时,承托的构造应符合下列规定:当承托高度大于 80mm 时,应在承托底设置横向加强钢筋。承托边至连接件外侧的距离不得小于 40mm,承托外形轮廓应在最外侧连接件根部起的 45角线的界限以外。图18 承托构造图(尺寸单位:mm)6.2.4 桥面板下层横向钢筋距钢梁翼缘不应大于 50mm,剪力连接件掀起端底面高出下层横向钢筋的距离 he0不得小于 30mm,下层横向钢筋间距不应大于 4he0且不应大于 300mm。6.2.5 钢混组合梁桥面板的配筋应满足下列要求:桥面板钢筋应满足桥梁
25、整体受力需求,且应满足局部荷载引起的效应。单位长度桥面板内横向钢筋总面积应满足下式要求:fesdbAf (1)式中:Ae 单位长度内垂直于主梁方向上的钢筋截面面积(mm2/mm),且配筋率不小于0.2%;系数,取为0.75N/mm2;bf 纵向抗剪界面在垂直于主梁方向上的长度,按本规程7.7.1条所示的a-a、b-b、c-c、d-d连线在剪力连接件以外的最短长度取值(mm);fsd 普通钢筋强度设计值(MPa)。a)桥面板钢筋可根据不同受力区段选择不同的配筋率,主受力方向钢筋可置于外侧,负弯矩区纵向钢筋最小配筋率不低于 1.5%,正弯矩区不低于 1%。b)桥面板剪力集中作用的部位应设置加强钢筋
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