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道路与桥梁设计手册2001年11月第2卷高速公路结构设计：（下部结构、特殊结构与材料）第2节特殊结构第12部分BD31/01埋式混凝土箱型结构与门架结构设计概要本文件主要针对桥台与桥台之间长度达15m以及顶板上方填料达11m的预制和现浇施工埋式混凝土箱型结构与门架结构设计，设定标准要求并提供建议。此外，标准还涵盖此类结构的施工、安装及采购要求。使用说明本修订版标准将并入本手册。1.本文件取代目前已经撤销的BD31/87和SB3/88。2.删除第2卷现有目录页，插入日期为2001年11月的第2卷新目录页。3.删除已被BD31/01取代的BD31/87和SB3/88，并酌情存档。4.在第2卷第2节第12部分插入BD31/01。5.酌情将本页(sheet)存档。注：含全套卷目录页的季度指标可单独从StationeryOfficeLtd.公司获取。道路与桥梁设计手册BD31/01高速公路局苏格兰行政院开发署威尔士国民议会北爱尔兰地区发展部埋式混凝土箱型结构与门架结构设计概要：本文件主要针对桥台与桥台之间长度达15m以及顶板上方填料达11m的预制和现浇施工埋式混凝土箱型结构与门架结构设计，设定标准要求并提供建议。此外，标准还涵盖此类结构的施工、安装及采购要求。第2卷第2节第12部分BD31/01修订登记表2001年11月修订登记表修订号页码签字和修订日期修订号页码签字和修订日期修订登记表第2卷第2节第12部分BD31/012001年11月修订登记表修订号页码签字和修订日期修订号页码签字和修订日期道路与桥梁设计手册2001年8月第2卷高速公路结构设计：（下部结构、特殊结构与材料）第2节特殊结构第12部分BD31/01埋式混凝土箱型结构与门架结构设计目录符号与定义章节1.简介2.设计原则3.荷载4.设计5.材料与施工6.参考文献7.咨询附录附录A拟考虑的荷载工况图附录B根据BS8002计算回填压力附录C计算差温效应引起的力矩和剪力附录D开口力矩转角设计附录E技术要求和设计检查清单第2卷第2节第12部分BD31/01符号与定义2001年11月1符号与定义符号本标准中所用符号的定义如下：As(mm²)受拉钢筋面积b(mm)截面宽度C(m)地上单轮的接触宽度d(mm)受拉钢筋的有效深度dcnr(mm)角筋的有效深度D(m)地平面至所述桥台墙上点的深度ED(m)自端墙内表面的轮中心距离ET(m)自结构或纵缝较近边缘的牵引力中心距离FR(kN)基础底的摩擦阻力FR1,FR2(kN)门架左右基础底的摩擦阻力h(mm)顶板厚度hna(m)顶面顶部至顶面中性轴的深度hw(mm)墙厚H(m)从顶面上表面到地平面的保护层高度K设计中，规定荷载拟用的土压力系数Ka主动土压力系数Kmin最小可信平衡土压力系数Kp被动土压力系数Kr抗摇摆和滑动的分项被动土压力系数Ko“静态”侧向土压力系数Kt牵引系数Lj(m)预制节段的长度（与墙平行）现浇施工中纵缝之间的距离无缝时，结构(=Lt)的横向总长度（或宽度）符号与定义第2卷第2节第12部分BD31/0122001年11月LLL(m)与墙垂直的结构的总长度Lt(m)与墙平行的结构的横向总长度（或宽度）L1至L5(m)轮或轴的散布宽度Mmax(kNm/m)仅在正常使用极限状态下因竖向活载在结构顶面产生的最大“自由跨”力矩/米Mf(kNm/m)固端顶面的差温力矩Mroof顶面内的“松弛”差温力矩Mbase底座内的“松弛”差温力矩n轮数量Q*设计荷载（参见BS5400：第1部）psc(kN/m2)水平活载附加压力R1,R2(kN)门架左右底座上的水平反作用力R*设计阻力（参见BS5400：第1部分）S(m)轮子横向中心线距离S*设计荷载效应Tmax(°C)顶面最高有效温度Tmin(°C)顶面最低有效温度Tq(kNm)作用在基础上的平面扭矩TR(kNm)基础底的旋转抗滑阻力V(kN)轮载vsc(kN/m2)竖向活载附加压力Vtot(kN)施加的竖向荷载Xclear(m)单跨结构的净跨多跨结构的最大净跨X(m)墙中心之间测得的顶面有效方形跨度Y(m)顶板和底板中心之间测得的箱侧壁有效高度第2卷第2节第12部分BD31/01符号与定义2001年11月3Z(m)水平面以下深度α(per°C)混凝土的热膨胀系数Β附加恒载系数γ(kN/m3)夯实填土和道路施工材料的平均单位毛重γfL分项安全系数（考虑了荷载不利偏离标称值的概率以及一起作用的所有各类荷载同时达到标称值的折算概率）γf3分项安全系数（考虑了荷载效应不准确评估、结构内未预见应力分布、施工中完成的各种尺寸精度变更）γm分项安全系数（考虑了材料强度可变性以及构件强度评估不确定性）δ设计壁面摩擦角δb设计底座摩擦角∆(m)顶面中跨挠度η差温折减系数θ倾斜角：结构边缘与桥台墙垂直方向形成的锐角。φ'有效抗剪角φ'crit临界状态抗剪角（参见BS8002）φ'max根据常规三轴试验或剪切盒试验确定的φ'最大值（参见BS8002）符号与定义第2卷第2节第12部分BD31/0142001年11月图1：典型箱型结构示意图定义本标准所涉的定义和缩写词如下所述：“BS5400第4部分”系指由BD24(DMRB1.3.1)实施、BD57(DMRB1.3.7)补充的BS5400第4部分。“BD37”系指由BD37(DMRB1.3)实施的BS5400第2部分。“纵向”系指与墙垂直。“横向”系指与墙平行。“地平面”系指施工期间，车辆可以在上行驶的已完工行车道平面或临时地平面。“硬质材料”系指需要采用爆破法、破碎机或分离机才能移动的材料。“保护层”系指地平面和顶面顶部之间的填料深度。“桥台”系指水平土压力荷载作用在其上的端墙。“纵缝”系指侧向连续结构内的缝。“HAUDL/KEL组合”系指BD37中所述HA荷载的均布荷载(HAUDL)与刃口荷载(KEL)的组合。“牵引力”系指BD37中所述的，因车辆制动和加速引起的纵向活载。第2卷第2节第12部分BD31/01符号与定义2001年11月5“差温”系指截面在特定时间段内的温度变化。“温度范围”系指一项部件在使用寿命期或规定重现期内可能耐受的最高与最低平均温度之间的差值。“自平衡应力”系指平面截面保持水平情况下，因截面受非线性应变，在简支或连续构件中产生的应力。“SDL”系指附加恒载。“SLS”系指正常使用极限状态。“ULS”系指最大极限状态。第2卷第2节第12部分BD31/01第1章简介2001年11月1/11.简介1.1概要本文件主要介绍预制节段和现浇施工埋式混凝土箱型结构与门架结构的最新设计要求。文件涵盖这些结构的标准要求与设计建议。本文设计规则比BD31/87更全面，且编写时还考虑了多年来收到的各种评注。本标准涵盖保护层深度达11m的结构。此外，还列出了施工要求、安装要求，以及承包商在采购允许承包商选择符合监督机构要求的专利结构时应遵循的采购程序要求。1.2等效标准埋式混凝土箱型结构与门架结构通常按包含高速公路工程规范(MCHW1)的合同要求施工。根据MCHW1第100系列第104和105条规定，此种情况下，符合欧洲经济区其他国家等效标准或技术规范的产品以及在欧洲经济区其他国家所作试验均属合格。未含上述条款的任何合同必须包含与建议相关，且彼此认可、具相同效力的适用条款。1.3范围(a)本文件设立的埋式箱型结构与门架结构标准如下：(i)从地面高程到结构顶部测得的保护层深度达11.0m。(ii)最外墙内表面之间的结构长度（与墙垂直测得）大于0.9m，高达15.0m。(b)本文件涵盖的结构为钢筋混凝土或预应力混凝土制成的预制或现浇箱型或门架。结构可以是含顶板（与桥台一体或与桥台固定）的单跨或多跨结构。(c)本文件不包括以下结构：(i)含倾斜桥台墙的结构(ii)桥台墙固定在顶部和底部的结构(iii)不回填时会起机制作用的任何结构(iv)任一桥台处有移动支座的结构(v)专利预制拱形结构(vi)桩基础的结构(vii)墙由连续或相似桩材制成的结构(viii)涉及加筋土桥台的结构(d)本文件含安装结构指南，但不含施工过程中通过压力钻孔或将结构顶推就位时施加的荷载。第1章简介第2卷第2节第12部分BD31/011/22001年11月1.4环境因素在设计埋式箱型结构与门架结构时，应考虑监督机构有关环境设计的各项要求。DMRB第10卷（环境设计）包含多种小哺乳动物和鱼类使用地下通道的相关建议。其中阐明了便于上述物种自由通行的各式涵洞设计。这些环境因素通常是确定结构跨度、净空、横截面、仰拱及梯度的基本依据。1.5实施如果监督机构认为这样不会导致额外费用显著增加或施工进度大大延误，则应立即在目前正在准备的所有干道（包括高速公路）施工和改造方案中使用本文件。用于特定方案时，设计机构应与监督机构确认。在北爱尔兰，本标准对监督机构指定的道路适用。1.6强制性要求构成监督机构强制性要求的本文件章节，在框中突出显示。文件其余部分包含建议和补充信息，供设计师参考。第2卷第2节第12部分BD31/01第2章设计原则2001年11月2/12.设计原则2.1极限状态(a)在本标准中，结构部件和基础的设计已经采用极限状态原则。最大极限状态和正常使用极限状态都要考虑。(b)最大极限状态(ULS)用相关结构部件坍塌时的状态表示。(c)正常使用极限状态(SLS)用出现效用损失或引起公众关注，并需采取补救措施时所处的状态表示。尤需注意的是，裂缝宽度不得超过第4.2.1条中所述限值，接缝处不得有任何会严重损坏上方行车道的过度移动（见第4.2.3和4.2.4条）。(d)设计荷载(Q*)表示为标称荷载与分项安全系数γfL的乘积。(e)设计荷载效应(S*)表示为设计荷载(Q*)与分项安全系数γf3的乘积效应。(f)设计阻力(R*)表示为分量除以分项安全系数γm的标称强度。(g)最大极限状态下的设计荷载效应(S*)不得大于设计阻力(R*)。(h)此外，对正常使用极限状态下的预制节段而言，顶板受活载时的垂直偏转（包括基础沉降）不得大于本标准中所述限值。(i)埋式混凝土箱型结构与门架结构的设计寿命应为120年。2.2结构部件的设计原则除本标准另有规定外，监督机构对混凝土结构部件的设计要求，包含于由BD24(DMRB1.3.1)实施、由BD57(DMRB1.3.7)补充的BS5400：第4部分中。这些文件以下合称为“BS5400第4部分”。2.3基础的设计原则即使结构部件按要求强度设计，但整个结构也可能因土与结构物接触面过载或土体过度变形而破坏。为防止结构破坏，在作最终结构设计前，应调查以下两种情况，确认拟用的几何和结构形式是否合适。(a)滑移应通过在底座滑动的方式，调查结构在最大极限状态下出现破坏的概率。(b)承压破坏和基础沉降应参照基础的安全承压力，检查标称荷载下，结构底座上的最大净承压力，确保安全系第2章设计原则第2卷第2节第12部分BD31/012/22001年11月数足大，能够防止基础承压损坏，防止过度沉降和不均匀沉降。2.4荷载(a)除本标准另有规定外，监督机构的荷载要求，包含于由BD37(DMRB1.3)实施的BS5400：第2部分中。这些文件以下合称为“BD37”。(b)下述荷载（第3章将详细介绍）应用于设计中：(i)永久荷载恒载附加恒载水平土压力静水压力和浮力不均匀沉降效应(ii)竖向活载行车道上的HA或HB荷载人行道和自行车道荷载偶然车轮荷载工程车辆(iii)水平活载活载附加压力牵引力温度影响女儿墙碰撞意外滑移离心荷载2.5荷载组合设计中拟用的荷载组合应按BD37中所述要求。仅组合1、3和4对本标准适用，具体如下：(a)组合1永久荷载、竖向活载及水平活载附加压力。第2卷第2节第12部分BD31/01第2章设计原则2001年11月2/3(b)组合3组合1加温度影响。(c)组合4永久荷载、水平活载附加压力加以下一项：(i)牵引力(ii)滑移引起的偶然荷载(iii)离心荷载(iv)与女儿墙碰撞引起的荷载和符合BD37的相关竖向（主要）活载结构部件设计中拟用的荷载组合及相关分项荷载系数详情，见第3