2024年6月7日,广东省交通运输厅为规范广东省公路沉管隧道建设领域钢壳混凝土管节的结构设计,制定广东省《公路钢壳混凝土沉管隧道结构设计规范》(送审稿)。
本文件规定了公路钢壳混凝土沉管隧道结构的材料、结构、计算与分析、耐久性、舾装件的设计要求。本文件适用于新建公路双层钢板-混凝土组合结构沉管隧道。单孔四车道或以上、受力条件复杂的沉管隧道可采用钢壳混凝土结构。
本规范是针对公路钢壳混凝土沉管隧道结构设计而制定的广东省地方标准,内容涵盖材料选择、结构设计、计算分析、耐久性保障及舾装件设计等关键技术环节。本规范以深中通道等重大工程的科研成果与实践经验为基础,充分吸收国内外沉管隧道技术成果,系统规定了双层钢板-混凝土组合结构沉管隧道的设计方法与技术要求。规范强调结构设计需统筹考虑从制造加工、混凝土浇筑到浮运沉放、对接及长期运营的全寿命周期性能,明确提出了设计使用年限不低于100年、耐火等级为一级等核心标准,并给出了承载能力极限状态的全塑性设计方法及抗震两水准设防目标,旨在为复杂受力条件下的沉管隧道工程提供安全、耐久、可靠的设计依据。
本规范对钢板、自密实混凝土、牺牲阳极金属及止水带等关键材料的性能指标与选用标准作出详细规定,明确钢材强度等级不宜低于Q235、主体混凝土强度等级应不低于C45。在构造设计上,要求管节采用双层钢板-混凝土组合结构,并对钢壳面板、纵横隔板的厚度与间距、加劲肋及连接件的布置方式提出了具体参数。同时,规范了隔仓浇筑孔与排气孔的设置、混凝土浇筑顺序与工艺,以及受压翼缘的局部稳定性和钢-混凝土界面脱空的限值与补强措施。
本规范建立了完整的结构计算与分析框架,要求对构件及连接件进行承载能力极限状态和正常使用极限状态下的验算。采用全塑性设计法,分别针对轴向承载力、抗弯承载力和竖向抗剪承载力给出了系统的计算公式,其中竖向抗剪承载力考虑桁架机制与腹板纯剪机制的叠加。同时,规范了结合面上型钢连接件的剪力流分段计算与承载力验算方法。在抗震设计方面,明确A类抗震设防类别和两水准设防目标,要求进行结构强度与变形验算,并规定了不同性能要求下的层间位移角限值。
本规范强调按环境类别和结构部位分区、分部位开展耐久性设计,提出钢壳外壁应采用牺牲阳极阴极保护与涂层防腐联合保障措施,并对表面预处理、涂层体系设计年限、保护电位指标及牺牲阳极材料的电化学性能与布置原则作出详细规定。同时,要求开展运营期长期监测方案设计,明确监测系统应具备数据分析、安全预警与损伤诊断等功能,监测点应满足可维、可达、适于长期监测的要求,耐久性监测数据采集频次需能反映结构劣化趋势。
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