DB36∕T 1010-2018 斜拉桥钢锚梁索塔锚固区设计规范.pdf
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1、ICS 93.040 P66 DB36 江西省地方标准 DB36/T 10102018 斜拉桥钢锚梁索塔锚固区设计规范 design guidelines for steel anchor beam anchorage zone in Pylon of Cable-bridge 2018 - 3 - 5 发布 2018 - 9 - 1 实施 江西省质量技术监督局 发 布 DB36/T 10102018 1 目 次 前言 . 2 引言 . 3 1 范围 . 4 2 规范性引用文件 . 4 3 术语和定义 . 4 4 符号 . 6 5 基本要求 . 6 6 设计要求 . 9 7 结构形式与构造 .
2、 9 8 锚固区结构设计 . 11 DB36/T 10102018 2 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由江西省交通运输厅提出并归口。 本标准起草单位:江西省高速公路投资集团有限公司、中铁大桥科学研究院有限公司、江西省交通设计研究院有限公司、江西省交通科学研究院。 本标准主要起草人:江祥林、薛志辉、王运金、曾德礼、何伟兵、彭旭民、尹夏明、陶路、李娟燕、吴宝诗、黄清、魏建华、刘礼辉、蒋王清、刘卫华、费伦林、万纯斌。 DB36/T 10102018 3 引 言 为提升钢锚梁索塔锚固区设计水平,促进钢锚梁索塔锚固区在江西交通系统大跨度桥梁的推广应用,在调研已建成斜
3、拉桥索塔锚固区国内外设计案例,总结相关研究成果及其应用实际经验,收集并参考国内外现行的有关规范、标准和规程的基础上,制定本标准。 DB36/T 10102018 4 斜拉桥钢锚梁索塔锚固区设计规范 1 范围 本标准规定了斜拉桥钢锚梁索塔锚固区的术语和定义、 基本要求、 设计要求及结构形式与构造等。 。 本标准适用于新建斜拉桥钢锚梁索塔锚固区设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是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 714 桥梁用结构钢 GB/T 1228 钢结构用高强度
4、大六角头螺栓 GB/T 1229 钢结构用高强度大六角螺母 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、大六角螺母、垫圈技术条件 GB 1499.1 钢筋混凝土用钢第一部分:热轧光圆钢筋 GB 1499.2 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 GB/T 5224 预应力混凝土用钢绞线 GB/T 10433 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉 GB 14370 预应力筋用锚具、夹具和连接 GBT 20065 预应力混凝土用螺纹钢筋 GB 50017 钢结构设计规范 GB/T 50153 公路工程结构可靠性设计统一标准 JTG/T B02 公路桥梁抗震设计细则 JTG D60
5、 公路桥涵设计通用规范 JTG/T D60-01 公路桥梁抗风设计规范 JTG D 62 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D64 公路钢结构桥梁设计规范 JTG/T D65-01 公路斜拉桥设计细则 JTG/T F50 公路桥涵施工技术规范 BS 5400-5 钢桥、混凝土桥及结合桥 3 术语和定义 3.1 斜拉桥 Cable-stayed bridge 将斜拉索两端分别锚固在塔和梁或其他载体上,形成塔、梁、索共同承载的结构体系。 DB36/T 10102018 5 3.2 斜拉索 Stay cable 承受拉力并支承主梁的构件。 3.3 索塔 Pylon 用以锚固或支承斜拉
6、索,并将其索力传递给下部结构的构件。 3.4 索塔锚固区 Cable-pylon anchorage zone 索塔上锚固斜拉索的索塔结构部位。 3.5 钢锚梁 Steel anchor beam 索塔上锚固斜拉索的梁形钢结构装置。 3.6 牛腿 Corbel 与塔柱相连或塔柱的一部分,用于支撑钢锚梁的结构装置。 3.7 锚垫板 Anchor plate 钢锚梁上用于支撑斜拉索锚头的厚钢垫板。 3.8 剪力连接件 Shear connection 连接钢、混凝土两种材料结构的部件,常用圆柱头焊钉和开孔板连接件。 3.9 约束体系 Constraint system 钢锚梁在两端与索塔牛腿的约束
7、方式。 3.10 斜拉索初拉力 Initial cable force 斜拉索安装到梁段上时,对斜拉索施加的初始张拉力。 3.11 预拼装 Pre-assembled 为检验构件是否满足安装质量要求而在出厂前进行整体或分段分层临时性组装的作业过程。 DB36/T 10102018 6 4 符号 下列符号适用于本文件。 fck:混凝土轴心抗压强度标准值。 fcd:混凝土轴心抗压强度设计值。 ftk:混凝土轴心抗拉强度标准值。 ftd:混凝土轴心抗拉强度设计值。 Ec:混凝土的弹性模量。 Gc:混凝土的剪切模量。 :混凝土的泊松比。 :材料的重力密度。 :材料的线膨胀系数。 pd :预应力的抗压强
8、度设计值。 pk :预应力的抗拉强度标准值。 pd:预应力的抗拉强度设计值。 Ep:预应力的弹性模量。 K:孔道摩擦系数。 :孔道偏差系数。 :钢材的轴向容许应力。 w:钢材的弯曲容许应力。 :钢材的剪切容许应力。 Es:钢材的弹性模量。 T:圆柱头焊钉平均承载力。 d:圆柱头焊钉的直径。 H:圆柱头焊钉的高度,mm。 ck:桥面板混凝土抗压强度标准,MPa。 cyN:焊钉的最大承载力设计值。 cE:混凝土弹性模量。 sA:圆柱头焊钉钉杆截面面积。 f:圆柱头焊钉抗拉强度设计值。 r:栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比。 5 基本要求 5.1 材料 5.1.1 混凝土选用 索塔锚固区混凝土强
9、度等级不宜低于C50,技术条件应符合JTG D62的规定。部分高标号混凝土的材料特性见表1。 DB36/T 10102018 7 表1 混凝土的材料特性 强度等级 C50 C55 C60 抗压强度 (MPa) 标准值 fck 32.4 35.5 38.5 设计值 fcd 22.4 24.4 26.5 抗拉强度 (MPa) 标准值 ftk 2.65 2.74 2.85 设计值 ftd 1.83 1.89 1.96 弹性模量 Ec(MPa) 3.45104 3.55104 3.6104 剪切模量 Gc(MPa) 1.38104 1.42104 1.44104 泊松比 0.2 0.2 0.2 重力密
10、度 (kN/m3) 25.026.0 25.026.0 25.026.0 线膨胀系数 (1/) 1.010-5 1.010-5 1.010-5 5.1.2 普通钢筋选用 钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋应选用热轧HPB235、HRB335及HRB400及KL400钢筋,其技术标准应分别符合GB 1499.1和GB 1499.2的规定。 5.1.3 预应力材料选用 预应力钢绞线、预应力粗钢筋及预应力筋用锚具、夹具和连接的技术条件应分别符合GB/T 5224、GB/T 20065和GB 14370的规定要求。 预应力钢筋的主要材料性能摘录见表2。 表2 预应力钢筋材料性能 钢筋种类 钢绞线
11、(1x7) 精轧螺纹粗钢筋 符号 S15.2 PSB830 PSB930 PSB1080 抗压强度 (MPa) 设计值 pd 390 400 400 400 抗拉强度(MPa) 标准值 pk 1860 830 930 1080 设计值 pd 1260 690 775 900 弹性模量 Ep(MPa) 1.95105 2.0105 单根延米质量 (kg/m) 1.101 35.9 (名义直径 75mm) 线膨胀系数 (1/) 1.2x10-5 5.1.4 计算预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失,局部偏差影响系数 k 和摩擦系数 如表3 所示,具体参数可通过预应力孔道摩阻试验测试。 DB3
12、6/T 10102018 8 表3 摩擦系数和局部偏差系数 管道成型方式 k 钢绞线(17) 精轧螺纹粗钢筋 预埋金属波纹管 0.0015 0.200.25 0.50 预埋塑料波纹管 0.0015 0.140.17 / 5.1.5 结构钢材选用 钢锚梁和钢牛腿根据受力宜选择采用Q345q、Q370q 和Q420q,其技术条件应满足GB/T 714的规定要求。 主体结构用钢材的主要材料性能如表4 所示。 表4 钢材主要材料性能 钢材牌号 Q345q Q355NH Q370q Q420q 轴向容许应力 (MPa) 200 210 210 230 弯曲容许应力 w(MPa) 210 220 220
13、240 剪切容许应力 (MPa) 120 120 125 140 端面承载容许应力 (MPa) 300 315 315 345 弹性模量 Es(MPa) 2.10 x105 重力密度 (kN/m3) 78.5 线膨胀系数 (1/oC) 1.2x10-5 注:本表所列容许应力适用于钢材板厚小于16mm 情形,当钢材板厚大于20mm,屈服点有变化时,容许应力应乘以屈服强度降低的比例系数。 5.1.6 剪力连接件推荐采用圆柱头焊钉,其材料为 ML15,其技术条件应符合 GB/T 10433 的规定。也可采用开孔板连接件。 5.1.7 高强螺栓的技术条件应满足 GB/T 1228 的规定要求;螺母的技
14、术条件应满足 GB/T 1229 的规定要求;垫圈的技术条件应满足 GB/T 1230 的规定要求;同时均应满足 GB/T 1231 的规定要求。 5.1.8 焊接材料应通过焊接工艺评定试验进行选择,所选焊条、焊剂、焊丝均应符合相应的国家标准。 5.2 作用及取值 5.2.1 钢锚梁索塔锚固区所受荷载依据 JTG D60 规定取用。 5.2.2 在进行最不利组合索力结构验算时, 应至少包含最大索力工况、同节段最大索力差值工况。 5.2.3 索塔锚固区结构应考虑特殊情况下斜拉索失效效应(单侧单根换索或断索)。 DB36/T 10102018 9 6 设计要求 6.1 钢锚梁索塔锚固区适用于常规及
15、大跨度的斜拉桥,在大跨度(600m 以上)斜拉桥上应用经济性相对较好。 6.2 指定的钢锚梁索塔锚固区中的钢筋混凝土构件、预应力钢筋混凝土构件和剪力连接件按极限状态法设计,索塔锚固区中的钢构件采用容许应力法设计。若本规范无特殊规定,钢筋混凝土构件结构强度(承载能力或应力)验算、剪力连接件结构强度(承载力)验算及钢构件结构强度(刚度或稳定性)验算应分别满足 JTGD62、GB50017 和 JTG D64 的有关规定。 6.3 索塔锚固区中的塔壁混凝土构件、剪力连接件等主要受力构件,应同时进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。 6.4 索塔锚固区结构抗风设计宜结合结构特点遵照 JTG/T
16、D60 进行。斜拉索应安装减震阻尼装置以减小风振引起共振的风险。 6.5 索塔锚固区结构抗震设计宜结合结构特点遵照 JTG/TB02 进行。 锚固区宜采用有利于桥梁结构整体性的连接方式,并应考虑结构的耐久性要求;采用对抗震有利的延性结构或材料;条件允许时,可采用减隔震装置,减小桥梁的地震反应。 6.6 索塔锚固区结构构件的强度和稳定性验算应按有效净截面计算,变形验算可按毛截面计算。 7 结构形式与构造 7.1 结构形式 7.1.1 钢锚梁索塔锚固区由钢锚梁、混凝土塔壁及牛腿结构组成,如图 1 所示。钢锚梁是斜拉索水平力的主要受力结构, 混凝土塔壁是斜拉索竖向力的主要受力结构, 牛腿是钢锚梁的支
17、承结构和斜拉索竖向力的传力结构。 牛腿钢锚梁混凝土塔壁 图1 钢锚梁索塔锚固区组成示意 7.1.2 混凝土塔壁一般采用环向预应力钢筋混凝土结构。 7.1.3 钢锚梁由斜拉索锚固传力装置和纵梁结构组成,如图 2 所示。斜拉索锚固装置由锚垫板、加劲板、钢锚梁侧板组成。纵梁多采用箱型闭合结构,也可采用由钢锚梁侧板与杆件组成的非闭合结构。 DB36/T 10102018 10 图2 钢锚梁结构示意 7.1.4 钢锚梁索塔锚固区中的牛腿有钢筋混凝土牛腿、预应力钢筋混凝土牛腿、钢结构牛腿(简称钢牛腿),如图 3 所示。主跨超过 800m 时宜采用钢牛腿,主跨小于 400m 时宜采用钢筋混凝土牛腿或预应力钢
18、筋混凝土牛腿。 图3 牛腿结构示意 7.1.5 钢锚梁索塔锚固区平面布置视主塔形式、施工便利性等因素可采用单梁单索面、单梁双索面和双梁双索面等构造形式,如图 4 所示。 图4 钢锚梁索塔锚固区平面布置示意 7.1.6 钢锚梁约束体系常见的主要有刚性连接、非刚性连接、先滑动后固结等方式,如图 5 所示。针对钢锚梁和钢牛腿的组合结构形式,宜采用先滑动后固结的方式。 DB36/T 10102018 11 a)刚性连接 b)滑动连接 图5 钢锚梁约束体系示意 7.1.7 钢牛腿节段之间连接方式,常见的有焊接和高强螺栓连接两种。 7.2 结构尺寸 7.2.1 索塔锚固区平面布置的结构尺寸应根据结构整体和
19、局部受力要求、检查维护便利性、施工便利性以及造型与景观等方面进行,综合考虑得出相应最优方案。应考虑的事宜包括: a) 整体刚度:索塔锚固区所在上塔柱的整体刚度满足桥梁整体受力要求; b) 局部强度:索塔锚固区能承担最大斜拉索集中力的作用; c) 检查维护通道:索塔锚固区内腔预留电梯、扶梯、照明等检查维护通道; d) 施工平台:预留斜拉索塔端张拉的施工和操作平台; e) 造型与景观:与外部环境协调、美观; f) 防水:主塔内部应该防止雨水等渗入。 7.2.2 钢锚梁索塔锚固区的节段高度主要考虑该节段结构能承担本节段斜拉索水平分力的作用,同时能承担本节段斜拉索竖向分力的作用, 并将该竖向力传递至混
20、凝土塔壁。 对于跨度超过 500m 的斜拉桥,其节段高度宜不小于 1.5m。 7.2.3 钢锚梁的结构尺寸主要考虑以下几个因素: a) 钢锚梁中截面上合理的应力水平和变形限值; b) 斜拉索锚固传力结构的板件稳定性要求; c) 钢锚梁侧拉板倒角位置应力集中处的应力水平。 7.2.4 锚垫板厚度宜根据斜拉索索力大小确定,总厚度不宜小于 70cm。 7.3 构造要求 7.3.1 钢锚梁索塔锚固区各构件的构造要求应遵照 JTG D64、JTG D 62 及 JTG/T D65 等国家或行业规范的要求。 7.3.2 钢锚梁和钢牛腿的制造、运输、吊装应采用分节段的形式。节段连接宜采用高强螺栓连接。 7.
21、3.3 斜拉索在塔端张拉的应预留张拉空间和施工操作。塔柱内部应布置楼梯、扶手、照明,有条件时宜布置电梯等升降设施。 7.3.4 索塔锚固区的构造设计应为后期斜拉索更换提供便利条件。 7.3.5 钢牛腿、钢锚梁及连接构件作为桥梁的永久结构,应做好防腐设计。钢锚梁内壁宜采用防腐涂装,条件容许时可加抽湿。在斜拉索塔端锚头、预应力锚头、钢混界面等部位应进行密封性处理。 8 锚固区结构设计 8.1 一般规定 DB36/T 10102018 12 8.1.1 钢锚梁索塔锚固区结构分析可采用仿真分析、模型试验等方法进行。 8.1.2 根据分析结构范围和目的不同,可分为锚固区整体结构分析和局部结构分析。 8.
22、1.3 结构受力分析可按弹性理论进行,但在局部精细化分析时应考虑钢与混凝土之间摩擦接触非线性关系。 8.1.4 锚固区整体结构整体分析,应对塔柱整个布索区节段进行建模并分析。宜采用实体块或板单元建立有限元模型。 8.1.5 锚固区局部结构分析的计算模型应包含典型和受力最不利的节段。局部结构分析的边界条件应整体分析结果或其他可靠分析结果作为依据。 8.1.6 锚固区局部结构分析模型, 混凝土宜采用实体单元模拟, 钢结构宜采用实体块或板壳单元模拟,预应力宜采用杆或索单元模拟,剪力连接件宜采用以刚度等效的多段梁单元或多向弹簧单元模拟。 8.2 钢结构板件设计 8.2.1 索塔锚固区中钢结构应建立空间
23、模型,进行局部受力分析,各项计算应力值应满足相关规范要求。 8.2.2 钢锚梁中部的钢梁可按轴向受拉构件进行设计。钢锚梁斜拉索锚固结构应考虑相邻锚固板件之间的相互影响,并验算各板件的应力和变形。 8.2.3 对采用构造复杂或新型结构的钢锚梁,应进行足尺模型试验研究。 8.2.4 钢锚梁和钢牛腿所应保证不出现局部失稳,对于受压应力和变形较大的板件应布置加劲肋。 8.3 混凝土结构设计 8.3.1 根据索塔锚固区的简化计算模型,端壁宜按受弯构件进行设计,侧壁宜按受拉构件进行设计,预应力锚固位置按局部承压构件进行设计。 8.3.2 钢锚梁索塔锚固区混凝土塔壁宜布置预应力。如采用钢筋混凝土构件和 B
24、类预应力混凝土构件进行设计,应进行最大裂缝宽度验算,裂缝宽度限值不宜超过 0.15mm。 8.3.3 混凝土塔壁的预应力布置形式主要有井字型、形成封闭环的 U 型预应力、U 型与直线束组合等。采用 U 形布置时,预应力损失和伸长量偏差较普通预应力筋大,应在施工前进行孔道摩阻测试。 8.3.4 塔壁钢筋混凝土和钢筋应能够承受抗剪连接键传递的荷载, 并确保无任何剪力滑动、 板壁分离、纵向裂纹、局部破碎或断裂等现象。 8.4 剪力连接件设计 8.4.1 钢-混凝土结构中的剪力连接件主要有圆柱头焊钉和开孔板连接件。 对锚固区结构宜优先采用刚度适中的圆柱头焊钉。 8.4.2 在钢锚梁索塔锚固区中,剪力连
25、接件的布置可采用集束式,也可采用均布式,如图 6 所示。集束式剪力连接件布置以节段为单位,在斜拉索索导管附近布置剪力连接件群。 DB36/T 10102018 13 a)均布式 b)集束式 图6 剪力连接件布置方式示意 8.4.3 圆柱头焊钉属于柔性剪力连接件,在索塔锚固结构中不宜与其他刚性剪力连接件混合使用。 8.4.4 钢锚梁索塔锚固区中采用的圆柱头焊钉应符合下列要求: a) 圆柱头焊钉的材料、机械性能以及焊接要求应满足 GB/T 10433 的规定。 b) 圆柱焊钉最小长度不应小于 6 倍直径。 c) 钢板厚度不应小于圆柱头焊钉直径的 1.0 倍。 d) 焊钉的布置平均间距不宜超过 22
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