JTQX 2011-12-1 公路桥梁伸缩缝装置设计指南.doc

JTQX中国交通企业管理协会技术文件 JTQX-2011-12-1公路桥梁伸缩装置设 计 指 南 2011-01-26公布 2011-01-26实施中国交通企业管理协会 公布公 路 桥 梁 伸 缩 装 置 设 计 指 南 为使公路桥梁伸缩装置的设计符合技术先进、安全可靠、耐久适用、经济合理的要求，为弥补公路桥梁伸缩装置无设计规范，中国交通企业管理协会路桥配套产品工作委员会专家委员会组织本行业的技术人员制订了本指南。本指南适用于公路桥梁一般伸缩装置的设计，不适用于弹塑体伸缩装置、聚合物混凝土伸缩装置、减震伸缩装置的减震设计，也不适用于橡胶伸缩装置的设计。1 伸缩装置的寿命符合现行公路桥涵设计规范车辆荷载的伸缩装置，其钢构件的寿命为四十年，橡胶及高分子材料件的寿命为十五年。2 设计采用的荷载2.1静力荷载2.1.1竖向力静力荷载竖向力静力荷载为JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范4.3.所规定的车辆荷载后轴重力标准值140KN和（1+）的乘积值，其中冲击系数=0.45。2.1.2双向力静力荷载竖向力静力荷载为JTG D60-2004 4.3.所规定的车辆荷载后轴重力标准值140KN,水平力静力荷载为车辆荷载后轴重力产生的制动力42KN，制动力的着力点在伸缩装置顶面上。2.2 疲劳荷载2.2.1竖向力疲劳荷载竖向力疲劳荷载为JTG D60-2004 4.3所规定的车辆荷载后轴重力标准值140KN和(1+)的乘积值。其中冲击系数=0.45。2.2.2双向力疲劳荷载 双向力疲劳荷载为JTG D60-2004 4.3所规定的车辆荷载后轴重力标准值及冲击力140KN1.45=203KN，以1/3的斜率作用在伸缩装置上，所产生的竖向力疲劳荷载为140KN1.45cos(arctg1/3)=192.58KN, 所产生的水平力疲劳荷载为140KN1.45sin(arctg1/3)=64.19KN2.3 荷载布置2.3.1 伸缩装置上纵桥向荷载布置为车辆荷载的单后轴或双后轴，见JTG D60-2004图4.3.1-2；横桥向荷载布置为一辆或二辆车辆荷载后轴的二个轮重，见JTG D60-2004图4.3.1-3；荷载在横桥向及纵桥向均应布设在对所考虑的细部产生最大应力或挠度的位置上。2.3.2静力荷载施加在伸缩装置伸缩量最大时的状态。对于模数式伸缩装置，车辆荷载后轴的轮重施加在一根中梁上。对于其他伸缩装置，车辆荷载后轴的轮重施加在二根边梁（或梳齿板、波形板）上。2.3.3 疲劳荷载施加在伸缩装置伸缩量中值时的状态，按轮重着地长度所作用在异型钢的梁顶宽度进行荷载分配。3 设计容许应力3.1 钢材容许应力按JTJ 025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范表1.2.5采用。但要根据构件的厚度选择相应钢材厚度的屈服强度进行调整，并取5的倍整数。3.2 普通钢筋的抗拉容许应力：一级钢筋=140 Mpa,二级钢筋=200 Mpa。3.3 承受拉力焊缝的容许应力与基本钢材的容许应力相同。承受剪力焊缝的容许应力与基本钢材的容许剪应力相同。二种不同强度钢材的焊接，取强度低的为基本钢材。3.4 承受斜弯曲的构件，其容许应力增大系数C1+0.3(w1w2)1.15。 式中w1,w2 -为验算截面上由于作用在两相互垂直平面的弯矩所产生的较小和较大的应力。3.5各种钢构件或连接的疲劳容许应力按JTJ 025-86表1.2.17-2和表1.2.17-4规定计算。3.6承压支承的容许压应力15.0Mpa；在承压应力计算中，只考虑支承中加劲钢板的有效支承面积。3.7压缩控制弹簧静力荷载的容许压应力3.0Mpa，容许应变=60%。3.8剪切控制弹簧静力荷载的容许剪应力1.5Mpa，容许应变=80%。3.9 压紧支承静力荷载的容许压应力3.0Mpa，容许应变=15%；疲劳荷载的容许压应力1.0Mpa，容许应变=5%。4 设计容许挠度4.1 中梁、边梁、波形板跨中最大挠度不得大于（1/600）L（L-计算跨径）。4.2 横梁跨中最大挠度不得大于（1/600）L（L-计算跨径）。4.3 梳齿板端的最大挠度不得大于（1/300）L1（L1-悬臂长度）。注：挠度计算中钢材的弹性模量E2.1105Mpa。5 设计方法5.1 按JTJ 025-86的规定采用容许应力设计，并验算伸缩装置及其构件的疲劳强度。5.2 模数式伸缩装置中关键零部件如：位移控制弹簧、压紧弹簧等的设计除通过结构计算外，尚须进行静动载试验验证。5.3 伸缩装置承重结构疲劳试验的加载频率不应大于5Hz，疲劳次数不应小于2106次。6 伸缩装置在桥梁中的布置6.1 伸缩装置的布置应根据桥梁的总体布置和几何构造：纵坡、横坡、平面曲率、支座布置、三向位移的方向和量值确定。6.2 桥梁伸缩缝处的纵向水平位移小于5mm，垂直位移小于0.5mm时，无需安装伸缩装置，可在接缝中设置弹性的和防水的密封材料。6.3 弯桥伸缩装置应设置在曲率半径上，其沿桥梁轴线两侧不同点处的伸缩量应考虑平面曲率半径所引起的增大或减小量。对于模数式伸缩装置，在行车道外缘处的两中梁或中、边梁之间的最大宽度不得大于80mm。6.4 桥梁凹形竖曲线的低点处，不应设置伸缩装置。7 材料7.1 位于TJG D60-2004附录B中的温热和寒冷地区伸缩装置，累年日最低气温平均值在Ts-18，承重结构的钢材和异型钢材应符合GB/T 700碳素结构钢和GB/T 1591低合金高强度结构钢中Q235 B 和Q345 B级质量要求。位于严寒地区的伸缩装置，其承重结构的钢材和异型钢材按照所在地区累年日最低气温平均值Ts，为-19Ts-34或-35Ts-51时,选用GB/T 700和GB/T 1591中Q235和Q345的相应C或D质量等级钢材。7.2 受海水和侵蚀性物质影响(JTG D62 表1.0.7所列的类和类环境类别)环境中,伸缩装置的钢材应采用强度级别相同的低碳耐腐蚀钢，并符合GB/T 4172耐侯结构钢的规定。7.3 承压支承的橡胶的物理机械性能应符合下表一中的要求。 承压支承的橡胶的物理机械性能 表一项目单位天然橡胶硬度IRHD603拉伸强度Mpa18扯断伸长率%450粘结剥离强度Mpa10脆性温度-50残余压缩变形（70/22h/30%压缩率）%157.4压紧支承的橡胶的物理机械性能应符合下表二中的要求。 压紧支承橡胶的物理机械性能 表二项目单位天然橡胶冲击弹性%4762硬度IRHD703拉伸强度Mpa14扯断伸长率%250粘结剥离强度Mpa10脆性温度-50残余压缩变形（70/22h/30%压缩率）%307.5密封橡胶带的橡胶的物理机械性能应符合下表三中的要求。 密封橡胶带物理机械性能 表三项 目单 位三元乙丙橡胶氯丁橡胶硬度IRHD605605拉伸强度Mpa1213.5扯断伸长率%400350撕裂强度Mpa1025冲击弹性%3030脆性温度-60-40恒定压缩永久变形（70*24h,25%压缩率）%2020耐臭氧老化（20%伸长，40*96h)0.5*10-4%无龟裂0.1*10-4%无龟裂热空气老化试验条件拉伸强度降低率扯断伸长率降低率硬度变化h%IRHD70*168152501070*1681525010耐水性增重率室温*144h2.565密度Kg/m355050拉伸强度Mpa4.0扯断伸长率%350热空气老化试验拉伸强度扯断伸长率MPa%2.5300残余压缩变形（70/24h/25%压缩率）%7脆性温度-508 设计要点8.1 伸缩量和转角计算8.1.1 桥梁伸缩装置位移量由桥梁接缝处梁体的位移量确定，计算梁体位移量时应考虑温度变化、混凝土收缩和徐变、车辆荷载、预应力、基础变位、风力等引起的纵向、横向伸缩及转角、竖向变位。8.1.1.1 桥梁接缝处由温度变化引起的伸缩量l+t和l-t，按照JTG D62-2004公路钢筋混凝土技预应力混凝土桥涵设计规范 8.6.2-1和8.6.2-2公式计算。8.1.1.2 桥梁接缝处由混凝土收缩引起的梁体缩短量l-s，按照JTG D62-2004 8.6.2-3公式计算。8.1.1.3 桥梁接缝处由混凝土徐变引起的梁体缩短量l-c，按照JTG D62-2004 8.6.2-4公式计算。8.1.1.4 由制动力引起的板式橡胶支座剪切变形导致的桥梁接缝处的伸缩量，按照JTG D62-2004 8.6.2条4进行计算。8.1.1.5 桥梁接缝处应计算由预应力引起的梁体缩短量和梁端的转角。8.1.1.6 悬索桥、斜拉桥的接缝处应计算横向风力引起的横向伸缩量和横向转角，竖向变位。很宽桥梁的接缝处应计算温度等引起的横向伸缩量。 8.1.1.7 桥梁接缝处应计算车辆荷载和基础变位等引起的转角及竖向变位。8.1.2 伸缩装置沿桥轴线的伸缩量等于桥梁接缝处伸缩量乘以增大系数，可取1.21.4。伸缩装置沿桥轴线的转角等于桥梁接缝处转角加0.01rad。8.1.3 格梁式模数伸缩装置的最大工作宽度（伸长量）不宜超过320mm；梳齿板式伸缩装置的最大工作宽度（伸长量）不宜超过300mm；波形伸缩装置的最大工作宽度（伸长量）不宜超过100mm；单缝伸缩装置的最大工作宽度（伸长量）不得超过80mm。8.2 设计安装宽度和实际安装宽度计算8.2.1 伸缩装置的设计安装宽度，设计者应按选择的安装温度计算确定。若伸缩装置实际安装温度与设计安装温度不同，设计者应按实际安装温度计算实际的安装宽度。8.2.2 若安装温度在伸缩装置出厂时不能确定，生产厂可按伸缩量的中间值组装出厂。8.3 密封要求8.3.1 伸缩装置（包括路缘、人行道和中央隔离带的伸缩装置）应保证对拉圾、尘土和水的密封性，必要时可包括防撞护拦的伸缩装置。最低的要求是在24小时内，伸缩装置不得有水和尘土的渗漏。8.3.2 伸缩装置密封件不得承受轮载，并要求通长和连续安装。8.3.3 伸缩装置与桥面铺装之间以及与桥面防水系统之间的界面应是防水的，不得有水的渗漏。8.4 承重机构 伸缩装置的承重机构宜采用热轧钢材，寿命与伸缩装置相同。8.4.1 大中梁钢和边梁钢 大中梁钢和边梁钢应为整体轧制成形，安装密封橡胶带的型腔宜为机加工成形。大中梁钢和边梁钢的截面在竖向和水平向的抵抗能力应与车辆荷载的竖向和水平向的作用力相匹配。推荐大中梁钢的高度为130mm、宽度为90mm;边梁钢的高度为80mm。8.4.2工形横梁工形横梁应为整体轧制成形，推荐的工形横梁高度为120mm、宽度为90mm。在伸缩装置最大工作宽度时，工形横梁应视需要在支承处设置成对的竖向加劲肋，肋板厚不应小于12mm。竖向加劲肋与梁的翼缘板焊接时，应将加劲肋切出不大于5倍腹板厚度的斜角。 8.4.3 伸缩装置的承重机构应通过2 设计荷载的静载计算、疲劳验算和刚度计算，满足3容许应力和4容许挠度的规定。8.5 位移传动机构 伸缩装置的位移传动机构宜采用以弹性元件为主的位移传动机构。弹性元件应通过2 设计荷载的计算，满足3 设计容许应力的规定。8.6 检查通道和平台位移量大於320mm的伸缩装置，应在桥梁中设计专门的检查通道和位于伸缩装置下方的检查维修平台。8.7 易损件的更换伸缩装置的设计应能方便的更换如密封带、弹性元件、紧固件等零部件。8.8 中、边梁异型钢接长8.8.1 新建桥梁的伸缩装置长度小于12m的，其模数式多缝中、边梁异型钢、单缝异型钢不得进行工厂及工地的接长; 整体梳齿板式伸缩装置也不得进行工厂及工地的接长。8.8.2 新建桥梁的长度大于12m或旧桥换缝的伸缩装置，异型钢可以接长，但接头应错开，间距应大於300mm；并且所有接头不应设在行车道内。8.9 焊缝8.9.1 栓钉与异型钢的T形焊接，焊缝应能承受栓钉抗拉强度标准值的拉力作用。8.9.2 锚筋与异型钢（锚板）的搭接焊接，焊缝应能承受锚筋抗拉强度标准值相应的剪力作用。8.9.3 锚板与异型钢的T形焊接，焊缝应能承受锚板抗拉强度标准值的拉力作用。8.9.4 中梁异型钢与横梁的焊接，宜采用棱形块与中梁和横梁的焊接连接，焊缝长度应通过计算确定，并布置为全熔透的围焊。8.9.5 角焊缝的焊脚边比例为1：1，表面应做成凹形或直线形。8.10 螺栓连接应采用高强度螺栓摩擦连接。高强度螺栓应符合GB/T 1228-1991钢结构用高强度大六角头螺栓。8.11 表面处理8.11.1伸缩装置表面处理应遵照JT/T 722公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件的规定，依伸缩装置所在地的腐蚀环境类别（附录A）、保护年限（建议为普通型）选用涂层体系。8.11.2涂装前应作好钢材表面的清洗和除诱，经过喷丸(砂)后表面必须达到GB/T 8923-1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级中的Sa2.5级标准，方可进行喷涂。8.11.3 伸缩装置与混凝土相接触的表面严禁喷铝、镀铝、浸铝处理。亦不得喷刷面漆和中间漆。8.11.4 伸缩装置与空气相接触的表面宜进行喷(镀、浸)锌(铝)处理后再喷面漆的双重保护。8.12 安装槽填料(仅限于混凝土)8.12.1 安装槽填料全部为混凝土时其强度等级应大于桥面铺装混凝土，并且不应低于C40(纤维混凝土)。8.12.2 安装槽深度大于250mm时填料可分为一种-全混凝土，也可为二种-安装槽下部为混凝土，强度等级按8.12.1规定或不低于梁体混凝土强度等级。安装槽上部为与桥面铺装相同的沥青混凝土，厚度不宜小于70mm。8.12.3 安装槽混凝土采用干硬性混凝土或掺加膨胀剂（如铝粉）的微膨胀混凝土。9 构造要求 9.1 特大桥和大桥的模数式伸缩装置其异型钢高度不应小于70mm。9.2 刚性锚固（锚板和大环形锚筋组成）间距不大于250毫米。柔性锚固（如栓钉）间距不大于125毫米。9.3 锚板锚筋顶面混凝土保护层厚度不应小于30mm。9.4 伸缩装置锚板厚度不应小于16mm。光园锚筋直径不应小于18mm,带肋锚筋直径不应小于16mm，安装槽水平带肋锚筋直径不应小于12mm。9.5 伸缩装置端部一般应设计翘头，其垂直高度不应小于150mm，与水平面倾斜角度宜为55。9.6 伸缩装置对有车辆驶过且宽于320mm长度的金属表面应进行防滑处理。9.7 位移量80mm的单缝伸缩装置,安装槽填料为混凝土时，槽深最小值应大于140mm。9.8 伸缩装置安装槽混凝土顶面应设有防裂钢筋网和进行防滑处理。防裂钢筋网钢筋直径不应小于8mm，间距不应大于100mm。9.9 梳齿板伸缩装置的齿间搭接长度在最大张开时不应小于38mm, 齿间隙宽度不应超过25mm。梳齿板伸缩装置当设置在自行车经常驶过的城镇桥梁时，齿间隙宽度应小于20mm。9.10 在行人、自行车较密集的城镇桥梁中，自行车道、人行道伸缩装置的顶面不宜有纵桥向开口，若不可避免时，伸缩装置表面宜复盖钢板，其表面应进行防滑处理。 中国交通企业管理协会路桥配套产品工作委员会专家委员会 2011.1.编制 赵衡平（执笔）主要起草人：中国交通企业管理协会路桥工委专家委员会首席专家 中 国 公 路 建 设 行 业 协 会 专家委员会专家 交 通 运 输 部 专 家 委 员 会 专家 彭宝华 中交公路规划设计院珠海有限公司教授级高工 杜春三12