外傾雙索面混凝土部分斜拉橋設計指南I前言 12規范性引用文件 13術語、定義和符號 14基本原則 25材料 36總體設計 37結構分析 78施工注意事項 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。本文件由山西省交通運輸廳提出、組織實施和監督檢查。山西省市場監督管理局對標準的組織實施情況進行監督檢查。本文件由山西省交通運輸標準化技術委員會(SXS/TC37)歸口。本文件起草單位：山西省交通規劃勘察設計院有限公司、山西交通科學研究院集團有限公司。本文件主要起草人：關偉、李群鋒、宋磊、吳佳佳、王奎濤、潘會濱、郭月哲、劉冠廷、郭華箏、閆博華。1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋設計指南1范圍本文件提出了公路外傾雙索面混凝土部分斜拉橋的基本要求、材料、總體設計、結構分析以及施工注意事項。本文件適用于山西省范圍內橋梁跨徑在100m~300m之間的公路外傾雙索面混凝土部分斜拉橋設計指導，其他行業同類橋梁可參照執行。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T714橋梁用結構鋼公路工程技術標準公路工程水文勘測設計規范公路橋涵設計通用規范公路鋼結構橋梁設計規范JTGF80/1公路工程質量檢驗評定標準JTG/T2231-01公路橋梁抗震設計規范JTG/T3310公路工程混凝土結構耐久性設計規范JTG/T3360-01公路橋梁抗風設計規范JTG/T3360-02公路橋梁抗撞設計規范JTG3362公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范JTG3363公路橋涵基地與基礎設計規范JTG/T3365-01公路斜拉橋設計規范JTG/T3650公路橋涵施工技術規范JTG/T3650-01公路橋梁施工監控技術規程QX/T330大型橋梁防雷設計規范3.1術語和定義下列術語和定義適用于本文件。外傾雙索面斜拉索布設在兩個索平面中，且兩個索平面向橋面外側傾斜。2混凝土部分斜拉橋主梁為預應力混凝土結構并承擔全橋主要受力荷載，斜拉索輔助主梁承擔受力荷載的橋梁結構體系。主梁由斜拉索和支座支承，直接承受由橋面傳遞的交通荷載的構件。索塔用于錨固或支承斜拉索，并將其索力傳遞給下部結構的構件。斜拉索承受拉力并支承主梁的構件。部分斜拉橋結構體系包括塔梁墩固結體系、塔梁固結體系、塔墩分離體系。橋梁景觀橋梁與其所在地區環境共同帶來的視覺效果與心理感受。下列符號適用于本文件。1——計算跨徑；M——彎矩值； M M,T——斜拉索的軸向拉力值； f 汽車荷載(不計沖擊力)引起的豎向撓度。4基本原則4.1本文件采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法，按分項系數的設計表達式進行設計。4.2應按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行設計，并應考慮結構構件的耐久性設計要求與結構穩定安全系數。34.3設計時應考慮結構抗風、抗震、抗撞等減災防災設計要求。4.4應注重橋梁造型設計，改善、豐富橋位環境及橋梁景觀。4.5設計時，在確保結構安全的前提下，應對斜拉索的更換提出相應的技術要求。同時應設置相應的檢修通道、工作平臺及安全護欄，確保橋梁所有構件可達、可檢、可更換或維修。4.6橋梁設計時應積極、穩妥推廣應用新材料、新技術、新工藝和新設備。5.1混凝土5.1.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋各構件的混凝土材料，其強度、彈性模量、剪切模量和耐久性設計要求等應符合JTG3362、JTG/T3315.1.2外傾雙索面混凝土部分斜拉橋主梁結構混凝土強度等級不應低于C50,索塔結構混凝土強度等級不應低于C40。5.2鋼材5.2.1鋼筋混凝土及預應力混凝土構件所采用的普通鋼筋與預應力鋼筋的種類、強度和彈性模量應按JTG3362的規定取用。5.2.2結構用鋼材的力學及化學指標應滿足現行GB/T714、JTGD64的要求。5.2.3斜拉索設計應滿足現行JTG/T3365-01的規定。6總體設計6.1一般原則6.1.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋應根據橋梁使用功能、技術標準、建設條件、景觀、環保、斜拉索養護及更換等要求，統籌考慮安全、耐久及全壽命周期經濟性進行總體設計。6.1.2總體設計應對橋梁跨徑布置、橫斷面布置、結構體系、施工方法以及主梁、斜拉索、索塔和基礎等進行綜合比選。6.1.3設計時應明確可更換部件的設計使用年限。主要可更換部件的設計使用年限不應低于表1的規表1主要可更換部件的設計使用年限設計使用年限(年)6.1.4縱斷面設計各項技術指標應符合路線布設的規定，主橋、主跨宜布置在凸曲線或單坡曲線內，便于橋梁排水。6.1.5橫斷面布置應符合現行JTGB01的相關要求，同時應在橋面兩側設置拉索區及檢修道。6.1.6跨越河流時，應根據JTGC30對橋位處進行水文計算，保證結構設計滿足排洪防災、通航等要46.1.7橋梁設計采用的結構重要性系數、作用及其組合應符合JTGD60、JTG/T3365-01的相關要求。6.1.8主梁的專用檢修道，人群荷載可取1.5kN/m2。6.2結構體系6.2.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋宜采用塔梁墩固結體系。6.2.2全橋邊跨與主跨比采用0.5～0.76。6.3.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋主梁宜布置成連續體系，主梁應設置縱向預應力，豎向及橫向預應力應根據需要設置。6.3.2主梁應做到傳力順暢，主塔根部無索區梁段宜設置為變高箱梁，有索區及其外側無索區梁段、邊跨現澆段及合攏段宜設置為等高箱梁。主梁段落區域示意圖見圖1。主塔主塔圖1主梁段落區域6.3.3主梁上的無索區長度，索塔附近采用0.15～0.20倍主跨跨徑；中跨跨中采用0.20～0.35倍主跨跨徑；邊跨采用0.20～0.35倍邊跨跨徑。6.3.4主梁合攏段長度宜取1.5m~3.0m,可采用勁性骨架作為臨時固結措施，必要時可施加預應力。6.3.5主梁節段澆筑時混凝土相對齡期及強度應滿足設計要求；當設計無要求時，混凝土齡期不應低于7d,混凝土強度不應低于設計強度的90%。6.3.6應根據主梁整體受力、抗風穩定性及抗震性能要求，合理選擇主梁截面型式，主梁截面可采用箱型斷面或其他適宜的斷面型式。6.3.7主梁采用箱形截面時，橫橋向分室應根據橋梁跨徑、橋面寬度等確定。主梁箱室寬不宜大于橋面全寬的1/2,且箱梁橫截面的長邊與短邊之比不宜大于4,否則應設置為多箱室。6.3.8對于箱形截面主梁，采用等截面時，梁高與主跨跨徑比采用1/35~1/45;采用變截面時，根部梁高與主跨跨徑比采用1/25～1/30,跨中梁高與主跨跨徑比采用1/55～1/65。6.3.9箱型截面主梁采用大懸臂形式時，除剪力滯效應外，應考慮活載在懸臂板中引起的撓曲效應對主梁結構的影響。6.3.10主梁斜拉索錨固區應設置橫向連接構造，并根據主梁橫向剛度、橋面板的跨徑及索距適當加密布置。6.3.11主梁通過孔構造應滿足下列要求：5a)過人孔應保證施工及檢修人員能夠通過。一般設置在箱室中部貫通的橫隔板上或橋臺(分聯墩)處箱梁底板上，設計時應對過人孔附近梁體結構進行受力驗算，加強構造配筋設計；b)通氣孔設計為直徑10cm的圓形，設置在箱梁腹板上，以減小箱梁內外側的大氣溫差，間距約5m,應避開主梁橫隔梁且均勻布置。6.3.12主梁防水構造要求應符合下列要求：a)主梁頂面混凝土與橋面鋪裝層之間的防水層設置應滿足相關規范要求；b)主梁斜拉索錨固區橫向連接構造預應力鋼束張拉后應及時注漿封錨；c)主梁翼緣外側宜設置斜擋板，并在斜擋板外側最低緣設置滴水檐構造；d)伸縮縫處橋面系及欄桿、防撞護欄處應設置防水措施和排水裝置。6.4.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋索塔結構設計應滿足施工及運營階段結構強度、剛度、穩定性等要求外，還應滿足經濟合理、施工方便、造型美觀及便于維修養護等要求。6.4.2斜拉索在索塔上的布置應避免索塔受扭。6.4.3橋面以上塔高與主跨跨徑比采用1/6～1/10。6.4.4橫橋向主塔塔肢軸線與橋面中心線交叉角度采用20°~23°。6.4.5斜拉索與橋塔的錨固宜采用鋼錨箱錨固或騎跨式鞍座錨固。a)鋼錨箱錨固，由錨墊板、承壓板、錨腹板、套筒及若干加勁肋構成，鋼錨箱用剪力連接鍵使之與混凝土塔身連接，宜采用內置式。混凝土索塔內置式鋼箱錨固示意見圖2。b)騎跨式鞍座錨固，斜拉索穿過索塔頂部的鞍座后，在索塔兩側對稱錨固于主梁上，鞍座內構造宜采用便于更換斜拉索的分絲管。混凝土索塔騎跨式鞍座錨固示意見圖3。a)立面圖b)平面圖圖2混凝土索塔內置式鋼箱錨固減振裝置人錨固段錨筒螺母錨墊板索箍塔內錨墊板減振裝置自由段錨固段保護罩索箍索體螺母a)立面圖b)單根斜拉索6圖3混凝土索塔騎跨式鞍座錨固6.4.6鋼錨箱索塔截面宜為空心矩形截面形式，索塔錨固區斜拉索的間距，應滿足受力及構造要求外，還要保證張拉及調索的空間，以滿足斜拉索套管、管道及千斤頂行程與移動需要的高度要求。6.4.7騎跨式鞍座錨固索塔截面應為實心矩形截面形式，錨固區內的構件截面尺寸應滿足設置穿索管道及錨下墊板的需要，錨下局部區段內應增設加強鋼筋網或螺旋鋼筋。索塔無索區空心截面宜與橋墩截面形式統一考慮。6.4.8混凝土索塔的鋼筋構造應符合下列規定：a)豎向受力鋼筋的直徑不宜小于25mm;b)豎向受力鋼筋的截面積不宜小于混凝土截面面積的1%;c)箍筋直徑不應小于16mm,間距不應大于豎向受力鋼筋直徑的10倍，且不大于200mm。索塔底部的箍筋直徑宜適當增大，間距可減小。6.4.9混凝土索塔應根據施工需要在索塔內配置型鋼作為勁性骨架。6.4.10設置鋼錨箱的索塔應設置養護及檢修用的爬梯與簡易停歇臺等。索塔采用空心塔柱時，爬梯、停歇臺宜在塔柱內部設置，并配有照明及良好的通風設備。6.4.11索塔頂部應設置能覆蓋全橋的防雷安全設施，應按現行QX/T330的相關規定設置防雷設施。6.5斜拉索、錨具6.5.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋用斜拉索應結合生產、運輸和安裝等條件選用平行鋼絲斜拉索或鋼絞線斜拉索。6.5.2斜拉索索端與錨具的結合部應設置完整可靠的密封防護構造。6.5.3斜拉索應便于張拉、檢查、更換。6.5.4斜拉索索端應考慮施工期及運營期的排水、防潮措施。6.5.5橋面以上斜拉索應設置有效防護，其豎向高度不應小于2.5m。6.5.6宜采用能承擔高應力變幅的斜拉索、錨具，減少斜拉索的疲勞影響。6.5.7對錨具外露部分宜設防護罩，錨具防銹可采用聚乙烯、玻璃鋼、防銹涂料及防銹酯等材料作為防護層。6.5.8應明確斜拉索傳感器的布設要求，對索力進行實時監控，確保斜拉索、主梁受力安全。6.6.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋主墩墩身可采用單肢或雙肢空心薄壁框架結構。應滿足在各種荷載作用下橋墩強度、剛度和穩定性的要求；主墩墩身應適應塔梁墩固結體系由于混凝土收縮、徐變和溫度變化等引起的縱向位移。6.6.2雙肢空心薄壁框架結構的主墩塔肢橫向聯系應根據主墩墩高情況進行設置。6.6.3主墩墩底宜設置實心段，使承臺和墩身區域的應力分布平順均勻。6.7.1基礎形式應根據橋位處地形、地質條件選用群樁或沉井的基礎形式，并應符合現行JTG33637的規定。6.7.2當基礎采用群樁基礎時，樁基應根據橋位處工程地質條件選擇合適的樁基形式，當樁基采用摩擦樁且地質條件較差時，應進行試樁。7.1.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋應進行結構的靜力分析、動力分析和穩定分析。7.1.2應對施工階段和成橋狀態下結構的強度、剛度和穩定性采用不少于兩種計算軟件進行對比分析。7.2.1結構整體計算宜采用空間桿系單元模型進行分析，局部受力復雜的構件宜采用空間實體單元進行分析。7.2.2結構整體計算模型的幾何特性、邊界條件、荷載施加等應能夠真實反映橋梁的實際整體受力狀況，索梁、索塔等錨固區應做等效模擬。當主梁斷面為單箱多室或多箱多室時，結構整體計算宜采用空間桿系梁格模型。結構計算模型示意見圖4。a)單梁模型b)梁格模型8圖4結構計算模型MMNM質心主梁vNVa)塔梁墩連接區荷載邊界固定邊界MNV計算主梁Vb)索梁錨固區拉索橋塔索力Tc)索塔錨固區97.3成橋狀態靜力分析7.3.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋的成橋狀態靜力分析包括總體靜力分析及局部靜力分析。7.3.2總體靜力分析包括主梁、橋塔、分聯墩及斜拉索等主要受力構件的內力、應力及變形分析。應對主要受力構件的抗彎、抗剪、抗扭、抗壓等進行持久狀況承載能力極限狀態驗算；應對主梁撓度、設計預拱度等進行持久狀況正常使用極限狀態驗算。7.3.3主梁的剛度應按公式(1)進行計算：式中：f——汽車荷載(不計沖擊力)引起的豎向撓度。7.3.4局部靜力分析包括塔梁墩連接區、索梁錨固區、索塔錨固區等關鍵性局部受力構件的內力、應力及變形分析。7.3.5在單根斜拉索更換并封閉臨近更換斜拉索車道交通的正常換索工況下，索塔、主梁和斜拉索應滿足成橋狀態的強度、剛度和穩定性要求。7.4施工階段靜力分析7.4.1外傾雙索面混凝土部分斜拉橋的施工階段靜力分析應模擬實際橋梁施工過程，在進行施工計算時，應考慮施工中可能出現的施工荷載，包括施工機具和材料、施工人群、橋面堆載、臨時配重、風荷載等，以保證施工安全性。7.4.2施工階段構件應力應按現行規范JTG3362的有關規定進行驗算。7.4.3施工階段靜力分析應包括(但不限于)下列不平衡荷載因素。a)主梁懸臂兩端設計不對稱產生的不平衡荷載。b)因施工工序產生的不平衡荷載。c)因施工誤差產生的不平衡荷載。d)懸臂施工時懸臂兩端的不平衡風荷載。7.4.4外傾式橋塔施工過程中上塔柱應進行施工階段靜力分析，應根據上塔柱根部內力及應力計算結果確定是否采用橫向拉索錨固臨時施工措施。橫向臨時拉索的設置位置、張拉力應結合上塔柱高度、橋塔根部應力及施工節段劃分等因素綜合確定。外傾式上塔柱橫向臨時拉索設置示意見圖6。7.4.5主梁索梁錨固區橫隔梁預應力鋼束、斜拉索張拉施工時，