DB41/T 643-2010 公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范

DB41

河南省地方标准

DB41/T643—2010

公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥

设计规范

报批稿

2010-10-18发布2010-12-18实施

河南省质量技术监督局发布

DB41/T643—2010

前言

为使公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的设计符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理和

有利环保的要求，制定本标准。

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准由河南省交通运输厅提出并归口。

本标准由河南省交通规划勘察设计院有限责任公司负责起草。

本标准主要起草人：徐强、常兴文、王丽、汤意、吴继峰、万水、李宏瑾。

本标准参与起草人：周艳丽、韩文涛、吴萍、金继伟、魏平、王超、孙金、张兴建、柴玉卿、李峰伟。

I

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公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范

1范围

本标准规定了波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的材料、构造、计算、养护检修等内容。

本标准适用于新建公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的设计。

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/T700-2006碳素结构钢

GB/T1228钢结构用高强度大六角头螺栓

GB/T1229钢结构用高强度大六角头螺母

GB/T1230-2006钢结构用高强度垫圈

GB/T1231-2006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/T1591-2008低合金高强度结构钢

GB/T5224-2003预应力混凝土用钢绞线

GB/T10433-2002电弧螺柱焊用圆柱头焊钉

GB/T18365-2001斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件

GB50017-2003钢结构设计规范

GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范

JG161-2004无粘结预应力钢绞线

JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程

JGJ92-2004无粘结预应力混凝土结构技术规程

JTGB01-2003公路工程技术标准

JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则

JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范

JTG/TD60-01-2004公路桥梁抗风设计规范

JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范

JTG/TD64公路钢结构桥梁设计规范

JTG/TD64-01钢-混凝土组合桥梁设计与施工细则

JTGF80/1-2004公路工程质量检验评定标准

JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范

JT/T722-2008公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件

1

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JT/T784-2010组合结构桥梁用波形钢腹板

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥

由混凝土顶底板与波形钢腹板通过抗剪连接件组合而成能整体受力的箱梁桥。

3.2

波形钢板

被加工成波折或波纹形状构造的钢板。

3.3

波高

波形钢腹板波峰与波谷之间的距离。

3.4

波长

波形钢腹板中相邻的峰与峰、谷与谷之间的距离。

3.5

连接件

波形钢腹板与混凝土连接部位的构造。

3.6

混凝土销

连接件中，钢板开孔中的混凝土及穿过开孔的钢筋。

3.7

贯穿钢筋

混凝土销中穿过销孔中的钢筋。

3.8

内衬混凝土

在波形钢腹板预应力混凝土箱梁端部一定范围内，波形钢腹板内侧浇筑的混凝土。

4符号

下列符号适用于本文件。

4.1材料性能有关符号

f——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；

f——钢材的抗剪强度设计值；

v

f——钢材的屈服强度；

y

2

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——钢材的剪切屈服应力；

τy

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；

f——混凝土轴心抗拉强度标准值；

tk

f——混凝土轴心抗拉强度设计值；

td

f——普通钢筋抗拉强度标准值；

sk

f——普通钢筋抗拉强度设计值；

sd

——预应力钢筋抗拉强度标准值；

fpk

——预应力钢筋抗拉强度设计值；

fpd

——预应力钢筋抗拉屈服强度；

fpy

f'——普通钢筋抗压强度设计值；

sd

'——预应力钢筋抗压强度设计值；

fpd

fw——角焊缝的强度设计值；

f

f——端面承压强度设计值；

ce

E——钢材的弹性模量；

E——混凝土的弹性模量；

c

——普通钢筋的弹性模量；

Es

E——预应力钢筋的弹性模量；

p

G——混凝土的剪变模量；

c

G——钢材的剪变模量。

4.2作用和作用效应有关符号

M——纵向弯矩设计值；

d

M——横向抗弯承载力设计值；

u

V——竖向剪力设计值；

d

V——预应力的竖向分力；

p

Q——水平剪力设计值；

d

T——扭矩设计值；

P——高强螺栓的预拉力；

S——抗拉拔承载力；

u

Nb——螺栓的抗剪承载力设计值；

v

σ——体外预应力钢筋的有效预应力；

pe

σ——体外预应力钢筋的极限应力设计值；

pu

τ——波形钢腹板的弯曲剪应力；

a

τ——波形钢腹板的自由扭转剪应力；

t

τ——局部屈曲临界应力；

cr,l

——整体屈曲临界应力；

τcr,g

τ——合成屈曲临界应力。

cr

3

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4.3几何参数有关符号

h——箱梁高度；

lλw——波形钢腹板波长；

hw——波形钢腹板高度；

hf——角焊缝的焊脚尺寸；

aw——波形钢腹板直板段长度；

bw——波形钢腹板斜板段投影长度；

c——波形钢腹板斜板段长度；

w

d——波形钢腹板波高；

w

tw——波形钢腹板厚度；

R——波形钢腹板弯折半径；

lw——焊缝的计算长度；

Ix——单位长度波形钢腹板桥轴向中性轴的惯性矩；

Iy——单位长度波形钢腹板高度方向的惯性矩；

J——抗扭惯性矩。

t

4.4计算系数及其它有关符号

β——波形钢腹板整体嵌固系数；

β——波形钢腹板剪切分担率；

i

η——形状系数；

δ——波形钢腹板波高与钢板板厚比；

υ——混凝土的泊松比；

c

ns——钢材与混凝土的剪变模量比；

n——螺栓个数；

k——剪切屈曲系数；

kv——剪切修正系数；

k——波形钢腹板局部屈曲系数；

l

k——波形钢腹板整体屈曲系数；

g

n——传力摩擦面数；

f

µ——摩擦面的抗滑移系数。

5总则

5.1本标准采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行设计。

本标准采用的设计基准期为100年。

5.2波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥应按以下两类极限状态进行设计：

a）承载能力极限状态：包括构件和连接件的强度破坏、疲劳破坏，波形钢腹板丧失稳定及结构倾覆；

b）正常使用极限状态：包括影响结构、构件正常使用的变形、振动及影响结构耐久性的局部破坏。

4

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5.3波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥应考虑以下设计状况及其相应的极限状态设计：

a）持久状况：桥梁建成后承受结构自重、车辆荷载等持续时间长的状况。该状况波形钢腹板预应

力混凝土箱梁桥应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计；

b）短暂状况：波形钢腹板在制作、运送和桥梁架设过程中承受临时荷载的状况。该状况结构、构

件应进行承载能力极限状态设计，必要时进行正常使用极限状态设计；

c）偶然状况：桥梁在使用过程中偶然出现的状况。该状况只需要进行承载能力极限状态设计。

5.4在公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计与建设中，应重视施工过程控制和运营过程中的养护。

5.5除常规梁式桥外，为了把握波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的其它特性，在进行结构分析、设计、

施工之前，宜进行必要的试验和研究，以确定相关设计模式和施工工艺。

5.6按本标准进行设计时，材料和工程质量应符合JTGF80/1-2004、JTJ041-2000的要求。

5.7波形钢腹板的加工、制造及运输应符合JT/T784-2010的规定。

5.8波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计时，除应符合本标准外，尚应符合现行有关国家标准及行业标

准的规定。

6材料

6.1混凝土

6.1.1波形钢腹板预应力混凝土箱梁的混凝土强度等级不应低于C40。

6.1.2混凝土轴心抗压强度标准值fck和轴心抗拉强度标准值ftk应按表1采用。

表1混凝土强度标准值单位为MPa

强度等级

强度种类

C40C45C50C55C60C65C70C75C80

fck26.829.632.435.538.541.544.547.450.2

ftk2.402.512.652.742.852.933.003.053.10

6.1.3混凝土轴心抗压强度设计值fcd和轴心抗拉强度设计值ftd应按表2采用。

表2混凝土强度设计值单位为MPa

强度等级

强度种类

C40C45C50C55C60C65C70C75C80

fcd18.420.522.424.426.528.530.532.434.6

ftd1.651.741.831.891.962.022.072.102.14

6.1.4混凝土受压或受拉时弹性模量Ec应按表3采用。

表3混凝土弹性模量单位为×104MPa

强度等级C40C45C50C55C60C65C70C75C80

Ec3.253.353.453.553.603.653.703.753.80

注：当采用引气剂及较高砂率的泵送混凝土且无实测数据时，表中C50~C80的Ec值应乘以折减系数0.95。

5

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6.1.5混凝土的剪变模量Gc可按表3数值的0.4倍采用，混凝土的泊松比vc可采用0.2。

6.2钢筋

6.2.1波形钢腹板预应力混凝土箱梁构件的普通钢筋宜采用R235、HRB335、HRB400钢筋，箍筋宜采

用带肋钢筋，按构造要求配置的钢筋网可采用冷轧带肋钢筋。

6.2.2体内预应力钢筋应符合GB/T5224-2003的规定，体外预应力钢筋应符合JG161-2004的规定。

6.2.3波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的体外预应力钢筋宜采用工厂制造的热挤HDPE钢绞线成品索。

其指标应符合GB/T18365-2001的规定。

6.2.4钢筋的抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。

普通钢筋的抗拉强度标准值fsk和预应力钢筋的抗拉强度标准值fpk，应分别按表4和表5采用。

表4普通钢筋抗拉强度标准值单位为MPa

钢筋种类符号d/mmfsk

R235A8～20235

HRB335B6～50335

HRB400C6～50400

表5预应力钢筋抗拉强度标准值单位为MPa

种类符号d/mmfpk

1×79.5、11.1、12.71860

钢绞线As

（七股）15.21720、1860

40540

精轧螺纹钢筋JL

18、25、32540、785、930

普通钢筋的抗拉强度设计和抗压强度设计值'应按表采用；预应力钢筋的抗拉强度设计值

6.2.5fsdfsd6

'

fpd和抗压强度设计值fpd按表7采用。

表6普通钢筋抗拉、抗压强度设计值单位为MPa

''

钢筋种类fsdfsd钢筋种类fsdfsd

R235d=8～20195195HRB400d=6～50330330

HRB335d=6～50280280

注1：钢筋混凝土轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度设计值大于330MPa时，仍应按330MPa取用；

注2：构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。

表7预应力钢筋抗拉、抗压强度设计值单位为MPa

'

钢筋种类fpkfpdfpd

钢绞线1×7（七股）18601260390

540450

精轧螺纹钢筋785650400

930770

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6.2.6普通钢筋的弹性模量Es和预应力钢筋的弹性模量Ep应按表8采用。

表8钢筋的弹性模量单位为×105MPa

钢筋种类Es钢筋种类Ep

R2352.1钢绞线1.95

HRB335、HRB400、精轧螺纹钢筋2.0

6.3钢材

6.3.1波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的钢材应符合GB/T700-2006、GB/T1591-2008的规定。

6.3.2选用钢材时，应综合考虑结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度

及工作环境等因素。

6.3.3波形钢腹板宜选用Q345钢。

6.3.4对于需要验算疲劳的焊接结构钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构处于最低温度-20℃

以上环境时，可选用现行国家标准中质量等级为C、D的钢材，当结构处于最低温度-20℃以下环境时，

则宜采用质量等级D的钢材。

6.3.5钢材的强度设计值，应根据钢材厚度按表9采用。

表9钢材的强度设计值单位为MPa

钢材

抗拉、抗压和抗弯f抗剪fv端面承压（刨平顶紧）fce

牌号厚度（mm）

≤16185105275

Q235钢

＞16～40180100270

≤16275160410

Q345钢

＞16～35260150390

≤16310180465

Q390钢

＞16～35295170440

注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。

6.3.6钢材的物理性能指标应按表10采用。

表10钢材的材料性能

弹性模量E剪变模量G线膨胀系数质量密度

MPaMPa以每℃计kg/m3

2.06×1057.9×1041.2×10-57850

6.3.7高强度螺栓连接副的技术条件应符合GB/T1228、GB/T1229、GB/T1230-2006、GB/T1231-2006

的规定。

6.3.8圆柱头焊钉连接件的材料应符合GB/T10433-2002的规定。

6.3.9选用的焊接材料（焊丝、焊条和焊剂）应保证焊缝与主体钢材技术条件相适应，并通过焊接工艺

评定确定，其评定规则应符合JGJ81-2002的规定。

7一般规定

7

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7.1结构形式

7.1.1波形钢腹板预应力混凝土箱梁由混凝土顶底板、波形钢腹板、横隔板、体内预应力钢筋、体外预

应力钢筋等构成。波形钢腹板与混凝土连接部位应设置抗剪、抗拉拔的连接件。

波形钢腹板由板材弯折而成。波形钢腹板的几何控制参数主要有：波长、腹板高度，波高

7.1.2lλwhw

dw，板厚tw，直板段幅宽aw，斜板段投影宽度bw，斜板段幅宽cw，弯折半径R（图1）。

W

W

W

W

WW

λW

图1波形钢腹板构造图

7.2设计原则

7.2.1应对波形钢腹板预应力混凝土箱梁进行下列设计计算：纵桥向设计计算、横桥向设计计算、波形

钢腹板的稳定性计算、波形钢腹板设计计算、波形钢腹板与混凝土连接设计计算、波形钢腹板之间连接

设计计算等。

7.2.2波形钢腹板预应力混凝土箱梁应保证在施工期间不发生波形钢腹板的失稳破坏，并确保使用过程

中钢腹板在达到材料强度设计值前不会发生屈曲破坏。

7.3作用及荷载效应组合

7.3.1设计中作用的分类与取值，应符合JTGD60-2004的要求。

7.3.2波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的收缩和徐变效应仅考虑对截面顶底板混凝土的影响，其取值和

计算应按JTGD62-2004的规定采用。

7.3.3在进行施工计算时，应计入施工中可能出现的施工荷载，包括施工机具和材料、施工人群、桥面

堆载、临时配重、风荷载等，以保证钢腹板的稳定性和结构的施工安全性。

7.3.4波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的作用效应组合应符合JTGD60-2004的相关规定。

8构造

8.1截面

8.1.1波形钢腹板预应力混凝土箱梁的截面总体尺寸与设置要求同预应力混凝土箱梁。

8.1.2波形钢腹板预应力混凝土箱梁梁高宜取同等跨径预应力混凝土箱梁梁高的上限。

8.1.3截面顶板、底板的板厚应根据纵向和横向预应力布置情况及结构受力要求来确定。顶板厚度不宜

小于250mm，底板厚度不宜小于220mm。

8.1.4悬臂板端部厚度按满足横向预应力钢筋和防撞护栏钢筋锚固尺寸要求取值，不宜小于180mm。

悬臂板长度（腹板中心至悬臂板端部的长度）不宜超过腹板中心间距的0.45倍。

8.1.5根据顶底板与波形钢腹板连接形式的不同，在顶底板与腹板连接处宜采用梗腋构造。

8

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8.2波形钢腹板

8.2.1波形钢腹板的厚度不宜小于8mm，板厚的选择根据腹板所受剪力的大小及屈曲强度来确定。

8.2.2波形钢腹板的形状是由结构受力、工厂的制作能力、运输尺寸、现场吊装和拼装要求、经济性、

景观等条件来决定。常用的三种波形钢腹板形状如图2所示。

图2波形钢腹板几何尺寸

8.2.3波形钢腹板的冷弯加工弯曲半径不宜小于15倍的板厚。

8.2.4波形钢腹板现场工地连接分为焊接连接和高强螺栓连接。焊接连接根据连接形式可分为对接焊接

和贴角焊接，如图3所示；高强螺栓连接分为单面摩擦连接和双面摩擦连接，如图4所示。宜优先采用

高强度螺栓连接法。

a）对接焊接b）贴角焊接

图3焊接连接形式

a）单面摩擦b）双面摩擦

图4高强螺栓连接形式

8.2.5波形钢腹板的连接形式和构造尺寸由承载力要求和连接施工的可操作性决定。

8.2.6波形钢腹板预应力混凝土箱梁采用翼缘型连接件时，为防止焊接部位的疲劳破坏，连接件的翼缘

板纵向连接间应留一定的间隙，同时波形钢腹板顶面应切圆角，以避免焊缝与翼缘板焊缝相交。

8.2.7在不同厚度的钢板连接中，应从钢板的一侧或两侧做成坡度不大于1：4的斜坡。当板厚相差不

大于4mm时，可不做斜坡。

8.2.8当排水管通过波形钢腹板或多箱室梁各室之间在波形钢腹板上设置检查孔时，应对钢板开孔部位

采用双面焊接钢板的办法进行加强，严禁在冷弯部位焊接。

8.3连接件

8.