公路桥涵设计规范应用及设计技术交流-鲍卫刚ppt课件

公路桥涵设计规范应用及设计技术交流2009年12月18 20日 广东深圳 公路桥涵设计规范应用及设计技术交流2009年11月7 8日 江苏南京报告安排 1 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004 公路圬工桥涵设计规范 JTGD61 2005应用释疑2 公路桥梁上部结构通用图 3大跨径预应力混凝土梁式桥设计技术 一 规范应用释疑 标准规范的定位作用 行为的基本规范 依据 但不是法律两个主要误区 一是唯标准规范为上 二是不把标准规范当正事 规范是以往工程实践的总结 不可能完全适用各种情况 计划经济年代养成技术人员过分依赖规范的习惯并一切唯规范是从的行动准则 使他们的设计行为变成只对规范负责 而不是首先对工程质量负责规范的错误定位 束缚了技术人员的创造性 阻碍了技术进步 市场经济条件下 规范的作用只建立在业主与设计 施工企业之间的合同或契约基础上 作为共同认可的进行工程的一种规则 如果牵涉到违法 也只反映在是否存在背约的行为上 对于特别复杂的工程 可以对特殊内容制定专门设计 施工 质量评定标准 一 规范应用释疑 标准规范的定位技术标准规范中的要求只是最低要求英国土建工程设计与施工的各种标准的第一页 都写有 遵守英国规范 标准 本身 并不给予豁免法律责任美国ACI混凝土结构设计规范的第一章 第一句话 本规范提供设计与施工 的最低要求 美国公路部门ASSHTO桥梁设计规程的第一章第一节中写道 本规程无意取代设计人所具有的专门教育和工程判断的训练 仅在规程中规定为保证公共安全的最低要求 业主或设计人可能需要在设计中采用新的先进技术 或需对材料及施工质量提出更高的要求 与此相反 我国现行规范带着短缺计划经济年代的深刻烙印 回避最低要求的提法 并时常在客观上暗示标准规范要求的唯一性 一 规范应用释疑 2 设计标准的演变我国公路桥梁设计标准的演变20世纪50年代 公路工程设计准则 60年代 公路桥梁设计规范 试行 1961年9月 70年代 公路桥涵设计规范 1975年 公路预应力混凝土桥梁设计规范 1978年 80年代 公路桥涵设计通用规范 JTJ021 85 公路砖石及混凝土桥涵设计规范 JTJ022 85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ023 85 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ023 86 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 86等进入21世纪 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 公路圬工桥涵设计规范 JTGD61 2005 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004等 一 规范应用释疑 3 设计理论的基本演变 1 容许应力法 构件抗力指标上的 代表平均水平 2 破损阶段设计法 定值极限状态设计方法 荷载强度指标上的 同样代表平均水平 3 以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法 显示了结构的可靠程度与拟承担的风险之间的直接关系 以往的容许应力设计方法也具有一定的概率的含义 概率极限状态设计方法的水准 水准I 半概率设计法 水准II 近似概率设计方法 水准III 全概率设计法 一 规范应用释疑 结构可靠度的定义 结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的概率 规定条件 正常设计 正常施工和正常使用规定时间 设计基准期预定功能 安全性 适用性 耐久性 总称为结构的可靠性 结构功能函数 结构功能函数是用来描述结构完成功能状况的 以基本变量为自变量的函数 结构处于可靠状态 结构已失效或破坏 结构处于极限状态 结构的失效概率与可靠指标极限状态方程 可靠指标 与平均值mZ关系 可靠指标 及相应的失效概率Pf的关系 公路桥梁结构构件的目标可靠指标 一 规范应用释疑 标准规范设计理论变化的目的 寻找更为合理 科学的工程结构安全度 耐久性的评价指标采用概率极限状态设计方法可明显地体现如下方面的优点 1 可使工程结构设计规范引入先进的可靠性理论 2 可更全面地考虑影响结构可靠性诸因素的变异性 使结构设计规范所采用的有关参 系数更趋于反映客观实际 使所设计的结构更趋合理 3 可变作用按随机过程进行分析 随机过程的时间域可取为结构的设计基准期 从而使结构设计的可靠概率有了一个统一的时间概念 4 有了具体结构的目标可靠指标 可根据工程结构的不同要求和特点恰当地划分和选择安全等级 以便处理好结构可靠性与经济性之间的矛盾 实用的极限状态设计表达式中的各分项系数 使所设计的同类结构和结构构件在不同的承载情况下具有较佳的可靠度的一致性 使工程结构的极限状态设计方法更加科学 合理 5 结构的可靠度往往与质量控制联系在一起 为了保证结构设计达到预定的可靠度 可以进一步强调质量控制的重要性 从而使设计规范与施工 验收等标准在结构可靠度上得以互相衔接和配套 一 规范应用释疑 耐久性设计全寿命周期评估与设计 规划 社会 业主 设计 施工 管理 使用 维护等 风险评估 耐久性 地震 风 施工过程 管理 撞击 火 恐怖 事故模型 风险损失 风险概率 风险评估 工程保险在桥梁规划 设计 施工 使用 维修 拆除等与桥梁结构相关的各个过程中出现的 对相关利益团体的某种既定目标造成影响的不确定事态 可称为桥梁风险 基于风险的设计理论 一 规范应用释疑 基于 单一 性能 指标 的设计 抗震可持续桥梁设计理论可持续发展是指既满足现代人的需求且不损害满足后代人需求的能力 设计需考虑各代决策人之间的决策权的平等问题和价值不变的原则 和谐桥梁设计理论 脚踩在地上才能踏实 一 规范应用释疑 4 设计原则 公路桥涵设计规范 试行 1975年 第1 3条 适用 经济 安全 适当照顾美观 1985版规范 安全 适用 经济 美观 2004年版规范 第1 0 1 1 0 5条 技术先进 安全可靠 适用耐久 经济适用 安全 适用 经济 美观和有利环保 美观 经济 地标 一 规范应用释疑 5 设计基准期与设计寿命 通用规范 第1 0 6条 公路桥涵结构的设计基准期为100年 通过结构构件 结构的可靠度将规划 勘察 设计 施工 监理 养护维修 运营管理等各个环节串连起来 建立全寿命周期成本的概念 在保证前期建设费用的基础上进一步加强和重视管理和养护的投入 才能保证结构整体的使用寿命 建筑结构设计统一标准 GB50068 2001规定纪念性或特别重要的建筑结构 100年 欧洲规范 Eurocode 规定 房屋建筑及其他普通结构50年 纪念性建筑 桥梁和其他土木结构 100年 结构可靠性总原则 ISO DIS2394 1998规定 设计工作期较长的结构 如大桥 50 150年 美国对桥梁的设计使用年限为不小于75 100年 英国规定各类结构物设计寿命为 桥梁 隧道等交通运输结构 120年 一 规范应用释疑 要确保结构或结构构件的可靠度 其安全性 适用性和耐久性指标均需满足 缺一不可 在考虑了环境因素和预期的维护水平后 结构的设计应使结构在其设计工作年限内的劣化不影响对结构期望的功能 为此 需考虑如下因素 1 预期或可预见的使用目的 2 要求的设计准则 3 预期的环境条件 4 材料和制品的组成 特性和性能 5 结构体系的选择 6 构件形状和结构细部构造 7 制作质量和控制水平 8 特别的保护措施 9 设计工作寿命期内要进行的维护 设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数 设计使用年限 寿命 为设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期 用以作为结构耐久性设计的依据并具有规定裕度或保证率的目标使用年限 设计使用年限由业主或用户与设计人员共同确定 并满足有关法规的最低要求 因此 设计使用年限在考虑结构重要性及其上述需要考虑的因素后 一般取值可低于或等值于设计基准期 一 规范应用释疑 设计理念的调整1 0 10特殊大桥宜进行景观设计 上跨高速公路 一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调 3 3 1 2高速公路 一级公路的特殊大桥为整体式上部结构时 其中央分隔带和路肩的宽度可根据具体情况适当减小 但减窄后的宽度不应小于表3 3 1 2和表3 3 1 3规定的 最小值 原标准的规定为 特大桥及大桥的侧向宽度可适当减小 中小桥和涵洞宜与路基同宽 提出了应该保持和提高一条线路整体的通行能力和服务水平的桥涵方面要求 一 规范应用释疑 设计理念的调整3 5 8弯 坡 斜 宽桥梁宜选用圆形板式橡胶支座 公路桥涵不宜使用带球冠或坡型的橡胶支座 墩台构造应满足更换支座的要求 强调应该采用合理 科学的先进技术 包括产品 但必须首先满足结构的功能要求和安全度要求 采用合理 科学的先进技术和产品 满足结构的功能要求和安全度要求 公路桥涵不宜使用带球冠或坡型的橡胶支座 建议压力300吨及以下 优先考虑板式支座 300 800吨优先考虑球形支座 600吨以上可考虑盆式支座 板梁下的4支座或3支座 T梁连续的单支承或双支承 一 规范应用释疑 设计理念的调整3 4 4高速公路 一级公路和二级公路的桥头应设置搭板 搭板厚度不宜小于250mm 长度不宜小于5m 第3 5 3条 高速公路 一级公路上的多孔梁 板 桥宜采用连续桥面简支结构 或采用整体连续结构 总结 推荐成功的设计 构造方法 引导设计 施工走向标准化和节约型发展 标准化技术和产品的广泛应用是最大的资源的节约 一 规范应用释疑 6 设计理念的调整3 4 1桥上及桥头引道的线形应与路线布设相互协调 各项技术指标应符合路线布设的规定 桥上纵坡不宜大于4 桥头引道纵坡不宜大于5 桥头两端引道线形应与桥上线形相配合 根据 新理念公路设计指南 P47 从能源消耗和环境保护角度来考虑 发达国家当采用大于3 纵坡时 需要进行环保论证 根据我国油耗与道路纵坡关系的研究成果 纵坡每增加1 每吨公里的油耗急剧增加 统计表明 坡度大于3 路段的事故率是平缓路段事故率的2 3倍 且随着坡度的增大 油耗急剧增加 环境污染随之加重 一 规范应用释疑 6 设计理念的调整3 6 1桥面铺装的结构型式宜与所在位置的公路路面相协调 桥面铺装应有完善的桥面防水 排水系统 特大桥 大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装 3 6 2桥面铺装应设防水层 圬工桥台背面及拱桥拱圈与填料间应设置防水层 并设盲沟排水 3 6 3高速公路 一级公路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不应小于70mm 二级及二级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不应小于50mm 3 6 4水泥混凝土桥面铺装面层 不含整平层和垫层 的厚度不应小于80mm 混凝土强度等级不应低于C40 水泥混凝土桥面铺装层内应配置钢筋网 并设置锚固钢筋 钢筋直径不应小于8mm 间距不宜大于100mm 一 规范应用释疑 6 设计理念的调整3 6 5正交异性板钢桥面沥青混凝土铺装结构可根据当地具体环境条件和桥梁结构及其桥面系的实际情况选用 钢桥面铺装一般采用沥青混凝土体系 其涉及到对正交异性钢桥面板的受力分析 铺装材料的基本强度 变形性能 抗腐蚀性 水稳性 高温稳定性 低温抗裂性 粘结性 抗滑性 施工工艺 等等 目前 钢桥面铺装主要有以德国 日本为代表的高温拌和浇筑式沥青混凝土 Gussasphalt 以英国为代表的沥青玛蹄脂混合料 Masticasphalt 德国和日本等国近期采用的改性沥青SMA StoneMasticAsphalt 和以美国为代表的环氧树脂沥青混凝土 EpoxyAsphalt 等几类 1 0 11公路桥涵分类标准 一 规范应用释疑 7 公路桥涵分类标准 3 1 7桥涵设计洪水频率标准 高速公路 一级公路的指标间接下调 一 规范应用释疑 8 洪水频率标准 一 规范应用释疑 6 设计理念的调整3 1 3桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交 对通航河流上的桥梁 其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致 当斜交不能避免时 交角不宜大于5 当交角大于5 时 宜增加通航孔净宽 3 1 4桥涵水文 水力的计算应符合 公路工程地质勘察规范 JTJ064和 公路工程水文勘测设计规范 JTGC30的规定 一 规范应用释疑 6 设计理念的调整3 4 1桥上线形应与路线布设相互协调 各项技术指标应符合路线布设的规定 桥上纵坡不宜大于4 桥头引道纵坡不宜大于5 位于市镇混合交通繁忙处 桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3 桥头两端引道线形应与桥上线形相配合 3 7 1特大 大桥上部构造宜设置检查平台 通道 扶梯 箱内照明 入口井盖等专门供检查和养护用的设施 保证工作人员的正常工作和安全 条件许可时 特大 大桥应设置检修通道 特大桥和大桥的墩台宜根据需要设置测量标志 测量标志的设置应符合有关规范的规定 一 规范应用释疑 7 设计表达式结构设计需考虑的极限状态 承载能力极限状态正常使用极限状态设计结构设计需考虑的设计状况 持久状况短暂状况偶然状况 按承载能力极限状态设计时的作用效应组合 1基本组合 2偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应 一种偶然作用标准值效应相组合 一 规范应用释疑 1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 8 1 4 人群荷载1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 7 1 4 人群荷载 1 1 风荷载 1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 6 1 4 人群荷载 1 1 风荷载 1 4 土压力 1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 5 1 4 人群荷载 1 1 风荷载 1 4 土压力 1 4 汽车制动力 一 规范应用释疑 按正常使用极限状态设计时的作用效应组合 1作用短期效应组合 作用长期效应组合 一 规范应用释疑 一 规范应用释疑 8汽车荷载标准汽车荷载等级 97标准 新标准汽车 超20级 挂车 120 相当于 公路 级汽车 20级 挂车 100 相当于 公路 级汽车 15级 挂车 80汽车 10级 履带 50二级公路为干线公路且重型车辆多时 其桥涵的设计可采用公路 级汽车荷载 四级公路上重型车辆少时 其桥涵设计采用的公路 级车道荷载的效应可乘以0 8的折减系数 车辆荷载的效应可乘以0 7的折减系数 一 规范应用释疑 8汽车荷载标准标准汽车荷载模式97标准 计算荷载 车队荷载 验算荷载 履带车和挂车 新标准 车道荷载 均布荷载 集中荷载 车辆荷载桥涵结构的整体计算采用车道荷载 局部加载 横向桥面板 涵洞 桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载 车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加 T梁结构和箱梁结构的横隔梁以及拱桥的横梁等均应采用车辆荷载计算其效应 取消验算荷载的概念 并不表明同时也允许各类超载超限车辆可以不受限制地在公路上通行 超载 特载车辆在公路上行驶时 仍要对桥涵构造物进行必要的验算 并按有关管理程序取得道路通行证 一 规范应用释疑 8汽车荷载标准设计车道数 横向分布系数的计算 汽车荷载纵向和多车道折减的规定维持97标准的规定 问题 1 均布荷载的加载 影响线和影响面加载 2 集中荷载的加载方式 3 桥墩和桥台的加载方式 上部结构与下部结构的加载的区别 4 超载 公路圬工桥涵设计规范 JTGD61 2005 5 1 1当采用公路 级 公路 车道荷载计算拱的正弯矩时 自拱顶至拱跨1 4各截面应乘以0 7折减系数 拱脚截面乘以0 9折减系数 拱跨1 4至拱脚各截面 其折减系数按直线插入法确定 数学问题 4 3 2冲击系数 可按下式计算 当时 0 05当时 当时 0 45 一 规范应用释疑 一 规范应用释疑 9人群标准 4 3 5人群荷载1标准值97标准 3 5千牛 平方米新标准 3 0千牛 平方米纵向折减L 50米 3 0千牛 平方米L 150米 2 5千牛 平方米L 50 150米 线性内插 一 规范应用释疑 10风荷载 1基本风压 基本风速基本风压图 基本风速图2定义 离地20m高 离地10m高3风荷载计算 基本风压 阵风风速 时距1 3s 结果 风荷载比原规范大2 3倍 风荷载分项系数取为1 1影响 高墩桥梁 一 规范应用释疑 11温度梯度标准 如严格按规范执行 则一半以上的混凝土结构中的梯度温度应力的效应将达到与汽车荷载效应相同的级别 而按以往的规范 温度梯度的影响有限 或故意不考虑 一 规范应用释疑 11温度梯度标准 1箱梁无铺装纵向应力的计算升温梯度 降温梯度 12船舶与漂流物撞击力4 4 2 2海轮撞击作用的标准值 一 规范应用释疑 船舶或漂流物与桥梁结构的碰撞过程十分复杂 其与碰撞时的环境因素 风浪 气候 水流等 船舶特性 船舶类型 船舶尺寸 行进速度 装载情况以及船首 船壳和甲板室的强度和刚度等 桥梁结构因素 桥梁构件的尺寸 形状 材料 质量和抗力特性等 及驾驶员的反应时间等因素有关 因此 精确确定船舶或漂流物与桥梁的相互作用力十分困难 根据通航航道的特点及其通行的船舶的特性 我们可以将需要考虑船舶与桥梁相互作用的河流分为内河和通行海轮的河流 包括海湾 两大类 前者的代表船型主要为内河驳船货船队 通行海轮的航道的代表船型为海轮 两者与桥梁结构发生撞击的机理有所区别 结果也大不一样 能量守恒和动量守恒 一 规范应用释疑 世界上最诡异的桥梁排行榜 奇异 独特 半坡大桥 韩国 会喷泉的的大桥 2008年9月9日 韩国首都首尔的半坡大桥完成扩建 在桥身两侧安装了10000个喷泉口 改建后 吸引了众多游客前来观看这座每秒喷出数万吨水流的喷泉大桥 一 规范应用释疑 米卢大桥 法国 世界最高的运输大桥 在法国南部的小湖山谷上空342米 1125英尺 处 建有一座好似飞过谷底的大桥 米卢大桥 这座旷世大桥比埃菲尔铁塔还要高 花费了3年时间修建 于2004年正式通车 站在桥上俯瞰河谷别有一番情趣 当有雾气在桥下山谷萦绕时 会让你感到一阵炫目 一 规范应用释疑 哈德森波纹 新加坡 最动感人行天桥 一 规范应用释疑 翻滚桥 英国 会打卷的桥 一 规范应用释疑 奥利维尔大桥 巴西 世界首座X型双道索桥 一 规范应用释疑 风雨桥 中国 侗族特有的建筑 一 规范应用释疑 千年桥 英国 世界最有名塔桥 一 规范应用释疑 马格德堡桥 德国 可以行船的水桥 旧桥 意大利 大杂烩的集市 United WeRebuildOurHome 13混凝土结构的耐久性 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性是指结构对气候 化学侵蚀 物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力 混凝土结构耐久性问题主要表现为 混凝土损伤 裂缝 破碎 磨损等 钢筋的锈蚀 脆化 疲劳 应力腐蚀 钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面 主要影响因素 材料的自身特性 设计与施工质量 环境条件 使用条件和防护措施 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性混凝土结构性能劣化 环境因素 钢筋锈蚀氯离子引起水氧近海环境 除冰盐环境 氯离子从外表侵入海砂 防冻盐用于混凝土 氯离子拌入碳化引起二氧化碳水氧冻融破坏水饱和程度冻融循环次数混凝土损伤剥落硫酸盐 酸 软水侵蚀碱骨料反应 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性耐久性设计 传统的经验方法 将环境作用按其严重程度定性地划分成几个等级 在工程类比的基础上 对于不同环境作用等级下的混凝土结构构件 由规范直接规定材料的耐久性要求 通常用混凝土的强度 水胶比 胶凝材料用量指标等表示 和钢筋保护层厚度等构造要求 以满足结构的耐久性需要 定量计算方法 环境作用 大体可为一般作用 冻融作用 氯化物环境和化学腐蚀环境四大类 需要定量表示 选用适当的材料劣化模型求出环境作用效应 列出环境作用效应与耐久性抗力之间的定量关系式 就可以求出与所考虑的极限状态对应的使用年限 新版桥涵设计标准提高了混凝土结构的耐久性要求 环境类别划分 耐久性要求和混凝土保护层厚度规定等 并推荐 淘汰低性能低质建筑材料 提倡使用高强高性能的钢材和混凝土材料 提高桥涵结构的最低用材标准 混凝土的最低强度指标有所提高 提高了混凝土结构的最低配筋率要求 属于传统的经验方法为主的设计方法 注意点 以往的设计标准和设计并不是没有考虑耐久性问题 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性 一 规范应用释疑 1耐久性经验设计方法材料劣化 环境类别与等级 结构结构使用年限 经济合理年限 耐久性设计的基本方法 材料种类与组成耐久性防护措施构件耐久性构造耐久性施工方法2定量方法 13混凝土结构的耐久性 一 规范应用释疑 耐久性设计内容 1 结构总体选型与布置 概念设计 2 基于耐久性的材料选取 材料设计 3 基于耐久性的结构构造 结构设计 4 严酷环境的附加措施 防腐设计 5 基于耐久性的施工质量要求 施工控制 6 使用阶段的维护与检测 运营控制 13混凝土结构的耐久性国家标准 混凝土结构耐久性规范 中规定 混凝土结构的耐久性设计一般应包括 1 确定结构的设计使用年限 环境类别及其作用等级2 概念设计 有利于减轻环境因素对结构作用结构的结构选型 布置和构造 3 混凝土材料和钢筋的选用 按结构耐久性需要对材料提出质量要求 4 根据耐久性要求确定混凝土保护层厚度 5 防水 排水等构造措施 6 混凝土裂缝控制要求 7 严重环境作用下需要采取的多重防护措施与防腐蚀附加措施 8 基于耐久性的施工工艺与质量验收要求 9 结构使用阶段的维护与检测要求 耐久性设计 目前 国际上对环境作用下的耐久性设计的定量计算方法尚未达到能在工程中普遍适用的程度 在各种劣化机理的计算模型中 真正可供应用的还只局限在定量估算钢筋开始发生锈蚀的年限 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性应综合控制混凝土的最低强度等级 最大水胶比和在限定范围内选择混凝土原材料的品种 用量和质量 就能满足不同类别环境作用下的耐久性质量要求 限定范围 主要指硅酸盐水泥和矿物掺和料等胶凝材料的用量范围 如上下限值 化学外加剂的选用 如高效减水剂和引气剂 水泥中的铝酸三钙含量限制 原材料中的有害成分总量限制 如氯离子 硫酸根离子 可熔碱等 粗骨料的最大粒径与吸水率等 水泥的品行 骨料 化学外加剂 粉煤灰 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性结构混凝土耐久性的基本要求 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性 通用图 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性 北美 加拿大安大略省 公路桥面板耐久性设计要求 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性工程施工进度的不适当追求养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低 使钢筋开始锈蚀的年限成倍缩少1天养护与7天养护 可使碳化引起锈蚀年限缩减为原来的1 4抢工省略必要检验工序 使钢筋位置出现偏差钢筋的保护层厚度如在施工中缩减一半 出现锈蚀年限将缩减为原来的1 4保护层厚度的5 10mm施工允差 甚至能使钢筋锈蚀的年限发生成倍差别结构各种施工 连接缝和防水层是影响耐久性的薄弱环节 其质量在快速施工中最不易保证 中国土木工程学会标准CCES01 2004混凝土结构耐久性设计与施工指南国家标准 混凝土结构耐久性设计规范 GB T50476 2008 一 规范应用释疑 13混凝土结构的耐久性 混凝土结构耐久性设计的基本措施1采用高耐久性混凝土 增强混凝土的密实度 提高混凝土自身的抗破损能力2加强桥面排水和防水层设计 改善桥梁的环境作用条件3改进桥梁结构设计 包括加大混凝土保护层厚度 加强构造钢筋 防止裂缝发展 采用具有防腐保护的钢筋 一 规范应用释疑 14 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004的基本变化1 设计理论变化带来的直接或间接的变化2 安全度调整带来的变化3 公式 构造等的完善修改4 新增内容 1 组合式受弯构件 2 橡胶支座 3 桩基承台的 撑杆 系杆体系 4 伸缩装置 一 规范应用释疑 15混凝土结构设计的基本计算内容1 持久状况承载能力极限状态 第5章 受压区高度系数x限制 正截面和斜截面承载能力 2持久状况正常使用极限状态抗裂 6 3 1条 正截面 正应力 斜截面 主拉应力 裂缝计算 6 4 3条 变形 挠度 计算 6 5节 3持久状况应力计算 弹性阶段 法向压应力 钢筋拉应力和斜截面上混凝土的主压应力 7 1 5条 4短暂状况应力计算 一 规范应用释疑 16预应力混凝土结构设计计算的关键点6 1 2预应力混凝土构件可根据桥梁使用和所处环境的要求 进行下列构件设计 1全预应力混凝土构件 此类构件在作用 或荷载 短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘不允许出现拉应力 不得消压 2部分预应力混凝土构件 此类构件在作用 或荷载 短期效应组合下控制的正截面受拉边缘可出现拉应力 当拉应力加以限制时 为A类预应力混凝土构件 当拉应力超过限值时 为B类预应力混凝土构件 跨径大于100m桥梁的主要受力构件 不宜进行部分预应力混凝土设计 一 规范应用释疑 计算内容 1持久状况承载能力极限状态 第5章 受压区高度系数x限制 正截面和斜截面承载能力 2持久状况正常使用极限状态抗裂 6 3 1条 正截面 正应力 斜截面 主拉应力 裂缝计算 6 4 3条 变形 挠度 计算 6 5节 3持久状况应力计算 弹性阶段 法向压应力 钢筋拉应力和斜截面上混凝土的主压应力 7 1 5条 构件强度的补充计算4短暂状况应力计算 一 规范应用释疑 16预应力混凝土结构设计计算的关键点 6 3抗裂验算6 3 1预应力混凝土受弯构件应按下列规定进行正截面和斜截面抗裂验算 1正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算 并应符合下列要求 1 全预应力混凝土构件 在作用 或荷载 短期效应组合下预制构件分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件 作用短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力小于扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力 一 规范应用释疑 16预应力混凝土结构设计计算的关键点 2 A类预应力混凝土构件 在作用 或荷载 短期效应组合下但在荷载长期效应组合下 作用长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力小于扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力 一 规范应用释疑 16预应力混凝土结构设计计算的关键点 2斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算 并应符合下列要求 严格了 1 全预应力混凝土构件 在作用 或荷载 短期效应组合下预制构件现场浇筑 包括预制拼装 构件 对工地现浇的全预应力混凝土桥梁 基本目标是将主拉应力控制在1MPa左右 一 规范应用释疑 16预应力混凝土结构设计计算的关键点 2 A类和B类预应力混凝土构件 在作用 或荷载 短期效应组合下预制构件现场浇筑 包括预制拼装 构件 近年来大量修建的T形截面预应力混凝土预制梁 并未发现有规律的斜裂缝 因此 这些构件的主拉应力限值仍可维持较高的水平 一 规范应用释疑 16预应力混凝土结构设计计算的关键点 6 3 3预应力混凝土受弯构件由作用 或荷载 短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力和主压应力应按下列公式计算 一 规范应用释疑 第3章材料混凝土标准试件尺寸由原规范以边长为200mm的立方体改为以边长为150mm的立方体 其标准值前者称为 混凝土标号 保证率为85 后者称为 混凝土强度等级 保证率为95 表明在同一批混凝土中 本规范混凝土强度标准值比原规范的低 C28 30号 所以作这样的变化 目的在于与国际标准接轨 也与国内规范统一 此外 混凝土强度等级增加到C80 C50以下为普通强度混凝土 C50及以上为高强度混凝土 材料分项系数 新规范1 45 国标1 4 旧规范约1 5 设计强度为标准强度的0 83 安全系数为1 25 预应力混凝土构件 新规范不小于C40旧规范不小于30号 一 规范应用释疑 17混凝土材料 4 2 2详细提供了箱形截面梁翼缘有效宽度的计算方法 参考德国规范 预应力混凝土梁在计算预加力引起的混凝土应力时 预加力作为轴向力产生的应力可按实际翼缘全宽计算 由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按翼缘有效宽度计算 正常使用极限状态对超静定结构进行作用 或荷载 效应分析时 T形 箱形截面梁的翼缘宽度可取实际全宽 承载能力极限状态 一 规范应用释疑 18翼缘有效宽度 5 2 7受弯构件斜截面抗剪强度计算 将原两项和 混凝土和箍筋分别抗剪 公式改为两项积 混凝土和箍筋共同抗剪 公式 以便与钢筋混凝土的计算公式统一 a 考虑纵向钢筋的抗剪作用但适当降低 将公式中的 2 p 改为 2 0 6p b 采用提高系数考虑梁受压翼缘对抗剪承载力的有利因素 c 增加了连续梁正负弯矩区段的抗剪计算规定 d 考虑预应力对抗剪承载力的提高 按原苏联 建筑法规 取1 25 e 考虑了竖向预应力钢筋应力不均匀分布影响系数0 75 一 规范应用释疑 19抗剪承载能力计算 5 2 11本条规定了钢筋混凝土简支梁 等高度和变高度 承托 连续梁的抗剪配筋设计方法 基本思路与原规范相同 但在梁的最大设计剪力分配上 对原规范作了修改 原规范规定混凝土和箍筋共同承担最大设计剪力的60 弯起钢筋则承担40 本规范改为前者承担不少于60 后者承担不超过40 一 规范应用释疑 19抗剪承载能力计算 一 规范应用释疑 钢筋混凝土梁的斜截面剪切破坏主要模式 斜拉破坏 剪压破坏 斜压破坏5 2 9矩形 T形和I形截面的受弯构件 其抗剪截面应符合下列要求 对变高度 承托 连续梁 除验算近边支点梁段的截面尺寸外 尚应验算截面急剧变化处的截面尺寸 抗剪上限值5 2 10矩形 T形和I形截面的受弯构件 当符合下列条件时可不进行斜截面抗剪承载力的验算 仅需按本规范第9 3 13条构造要求配置箍筋 抗剪下限值 19抗剪承载能力计算 9 1 12钢筋混凝土构件中纵向受力钢筋的最小配筋百分率应符合下列要求 1轴心受压构件 偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋百分率不应小于0 5 当混凝土强度等级C50及以上时不应小于0 6 2受弯构件 偏心受拉构件及轴心受拉构件的一侧受拉钢筋的配筋百分率不应小于45 混凝土抗拉强度设计值 钢筋抗拉强度设计值 同时不应小于0 20 3预应力混凝土受弯构件最小配筋率应满足受弯构件正截面抗弯承载力设计值大于等于受弯构件正截面开裂弯矩值 4部分预应力混凝土受弯构件中普通受拉钢筋的截面面积 不宜小于0 003bh0 一 规范应用释疑 20最小配筋率 适筋梁与少筋梁的界限 5 2受弯构件5 2 1受弯构件的纵向受拉钢筋和截面受压区混凝土同时达到其强度设计值时 构件的正截面相对界限受压区高度 为纵向受拉钢筋和受压区混凝土同时达到其强度设计值时的受压区高度 应按表5 2 1采用 表5 2 1相对界限受压区高度 一 规范应用释疑 21受压区界限系数 5 2 2截面受压区高度应符合下列要求 为防止受弯构件的超筋设计 规范规定了截面受压区高度的限制条件 其中相对界限受压区高度 通过计算已于本规范表5 2 1中列出 当给定钢筋种类和混凝土强度等级 根据可求得相应的受拉钢筋配筋率 这个即为受弯构件界限 最大 配筋率 因此 截面受压区高度的限制条件也就是限制受弯构件的配筋率 超过这个限制条件 受弯构件有可能出现超筋 也有可能出现脆性破坏 一般地说 当设计计算的受压区高度不能满足上述要求时 表明受拉区纵向钢筋配置过多或构件高度不足 需要进行调整 当构件受拉区配置不同种类钢筋时 应选用相应于各种钢筋较小的 以使构件维持更多的延性 但是 这个限制条件只是从理论上得到保证 当接近或相等时 受弯构件仍有可能发生具有明显脆性破坏特征的界限破坏 因此 在实际工程中应尽量避免出现两者接近或相等的情况 适筋梁与超筋梁的界限 连续刚构桥的设计 一 规范应用释疑 21受压区界限系数 5 7 3在后张法构件的锚头局压区 宜进行端部锚固区段内的局部应力分析 并结合本规范第9 4 2条规定的构造要求 配置闭合式箍筋 近年来 新修建的预应力混凝土连续梁和连续刚构桥 在边跨现浇段较普遍地发生了纵向裂缝或斜裂缝 为此 本规范增加了分析局压区端块局部应力的规定 在该区域除了垫板附近配置间接钢筋外 另应根据局部应力分析配置闭合式箍筋 本规范第9 4 2条对端块的构造箍筋作出了规定 原意在于分布这个区域可能出现的裂缝 端块局部应力分析所配置的箍筋可将构造箍筋包括在内 一 规范应用释疑 22锚下局部应力 6 4裂缝宽度验算裂缝宽度限值规定与原规范基本持平 但实际因混凝土保护层厚度增加 要求严了 本规范所列矩形 T形和I形截面钢筋混凝土构件的裂缝宽度计算公式 将原规范受弯构件的计算公式 扩展用于轴心受拉 偏心受拉和大偏心受压构件 同时也用于预应力混凝土受弯构件 只是此时式中的钢筋应力取用截面消压后钢筋的应力增量 统一了原规范钢筋混凝土与预应力混凝土受弯构件的计算模式 6 4 3矩形 T形和I形截面钢筋混凝土构件及B类预应力混凝土受弯构件 其特征裂缝宽度可按下列公式计算 一 规范应用释疑 23裂缝宽度验算 9 4 1预应力混凝土梁当设置竖向预应力钢筋时 其纵向间距宜为500 1000mm 预应力混凝土T形 I形截面梁和箱形截面梁腹板内应分别设置直径不小于10mm和12mm的箍筋 且应采用带肋钢筋 间距不应大于250mm 自支座中心起长度不小于一倍梁高范围内 应采用闭合式箍筋 间距不应大于100mm 在T形 I形截面梁下部的马蹄内 应另设直径不小于8mm的闭合式箍筋 间距不应大于200mm 此外 马蹄内尚应设直径不小于12mm的定位钢筋 标准提高了 一 规范应用释疑 24构造配筋 9 8 2预制构件的吊环必须采用R235钢筋制作 严禁使用冷加工钢筋 每个吊环按两肢截面计算 在构件自重标准值作用下 吊环的拉应力不应大于50MPa 当一个构件设有四个吊环时 设计时仅考虑三个吊环同时发挥作用 吊环埋入混凝土的深度不应小于35倍吊环直径 端部应做成180 弯钩 且应与构件内钢筋焊接或绑扎 吊环内直径不应小于三倍钢筋直径 且不应小于60mm 一 规范应用释疑 24构造配筋 一 规范应用释疑 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004 公路圬工桥涵设计规范 JTGD61 2005 拱桥设计计算 构造 25规范之间的衔接 结束语 混凝土结构的基本发展方向 1采用更为完善 合理 科学的设计理论和评价系统 2进一步重视混凝土结构的全过程 寿命 强调结构选型 结构安全性 适用性 耐久性的平衡 提高混凝土结构的管养技术 3进一步重视高性能建筑材料 包括钢筋和混凝土材料的研究和选用 4进一步重视并提高设计细节的设计水平和施工工艺 5进一步提高设计 施工 管养的标准化水平 谢谢 二 公路桥梁上部结构通用图 真正理解标准规范的规范 理解规范规定的良苦用心 以及规范规定的背景和规定的适用条件 能够在示范图纸和计算书的基础上发挥技术人员的主观能动性 去创造优质的设计产品 而不是简单地抄袭 克隆图纸 希望以点带面 为提高公路桥梁结构的整体设计水平 促进技术进步尽一份力 1目的 2主要技术指标和计算参数路基宽度 依据 公路工程技术标准 JTGB01 2003 典型公路桥梁结构结构通用图编制所采用的路基宽度指标按下表选用 通用图编制采用的路基宽度指标 主要技术指标和设计参数 1 斜交角 0 15 30 2 荷载等级 公路 级 公路 级 3 环境类别 类 4 支座布置 连续结构体系的T梁 箱梁及预应力混凝土空心板梁结构纵向采用单支座 二 公路桥梁上部结构通用图 2主要技术指标和计算参数5 对应于公路 级汽车荷载的预应力混凝土构件采用C50强度等级的混凝土 对应于公路 级汽车荷载的预应力混凝土构件采用C40强度等级的混凝土 现浇箱梁采用C50 钢筋混凝土构件采用C30强度等级的混凝土 6 考虑到通用图的普及性 后张预应力管道统一采用金属波纹管 设计计算统一采用金属波纹管的参数 鼓励实际工程采用塑料波纹管 并按照有关参数对有关内容予以微调 7 在计算收缩徐变时 考虑存梁期为90天 8 T梁和装配式箱梁 正弯矩用全预应力构件 在最不利荷载组合 满足规范要求即可 负弯矩区按部分预应力A类构件控制 空心板 正弯矩用预应力A类构件 负弯矩区采用钢筋混凝土连续 可根据具体情况适度考虑一定厚度的调平层混凝土参与结构总体受力 二 公路桥梁上部结构通用图 2主要技术指标和计算参数9 桥面铺装T梁和装配式箱梁 桥面铺装为二层 下层为80mm现浇C50混凝土 不参与结构受力 上层为沥青混凝土 其厚度为 对应于公路 级汽车荷载 沥青桥面铺装厚取100mm 对应于公路 级汽车荷载 沥青桥面铺装厚取80mm 小箱梁为100mm 空心板 桥面铺装为二层 下层为100mm现浇C40混凝土 上层为沥青混凝土 其厚度为 对应于公路 级汽车荷载 沥青桥面铺装厚取100mm 对应于公路 级汽车荷载 沥青桥面铺装厚取80mm 现浇箱梁 不设混凝土调平层 面层按100mm沥青混凝土或水泥混凝土两种中的不利情况控制设计 桥面铺装统一采用 10R235钢筋 小箱梁采用 6带肋钢筋网 间距100mm 100mm 10 相邻墩台的支座沉降差为5mm 11 沥青混凝土的重力密度为24kN m3 混凝土的重力密度 桥面为25kN m3 主梁结构为26kN m3 二 公路桥梁上部结构通用图 2主要技术指标和计算参数12 防撞护栏按 公路交通安全设施设计技术规范 JTGD81 2006 的规定 如将防撞护栏按均布荷载加于结构 按不利防撞等级设置防撞护栏 护栏形式为混凝土护栏 护栏高1 1m 宽0 503m 其单侧均布恒载质量为q 9 9kN m 而如按 公路交通安全设施设计技术规范 JTJ074 94计算 则其相应值为q 5 7kN m 由此增加相当量的恒载效应 特别对边板或边梁的设计极为不利 74 6 13 预应力钢筋用量原标准图中多采用符合GB5224 85的普通松弛预应力钢绞线 其抗拉强度标准值fpk 1570MPa 公称直径15 0mm 弹性模量Ep 1 90 100000MPa 也有采用钢丝的 本次采用的是符合GB T5224 2003的低松弛预应力钢绞线 钢绞线的抗拉强度标准值fpk 1860MPa 公称直径15 2mm 弹性模量Ep 1 95 100000MPa 原采用的预应力钢材强度相对较低而数量相对多一些 现采用的强度高而用量相对少一些 但总体上 预应力钢材的当量用量基本相当 二 公路桥梁上部结构通用图 二 公路桥梁上部结构通用图 3板梁 跨径6m 8m 10m 13m 16m 20m斜交角00 150 300荷载等级与结构体系公路 级 公路 级 装配式预应力混凝土空心板简支桥面连续体系 公路 级 公路 级 装配式钢筋混凝土空心板简支桥面连续体系 公路 级 装配式预应力混凝土空心板简支结构连续体系 路基宽度8 5 10 0 12 0m 2 11 25 2 12 2 12 75 2 13 5 2 16 5 2 16 75m 二 公路桥梁上部结构通用图 3板梁 结构优化 1 针对目前板桥运营中广泛反映的刚度偏小问题 新版通用图在原通用图基础上适当增加了板的高度 2 针对钢筋混凝土空心板施工过程经常出现内模上浮造成顶底板厚度无法保证的问题 加大了顶 底板厚度 对内模形式提出了新的要求 3 对各种跨径的预应力板 其内模采用多边形方式挖空 减轻了结构自重 减少了混凝土用量 倒角大小设置一致 有利于施工标准化 模板通用化 4 预制的预应力混凝土空心板按A类预应力构件设计 加强了普通钢筋 从而在保证强度的同时 避免了空心板出现过大的反拱 增加了结构延性 二 公路桥梁上部结构通用图 3板梁 5 针对板桥在运营过程中大面积存在的铰缝损坏导致单板受力现象 增加板桥的横向整体性 对铰缝尺寸 钢筋尺寸等进行了优化 改进 一是统一采用深铰形式 二是增大了剪刀型加强钢筋的直径 三是增加了桥面混凝土现浇层的厚度至10cm 公路I级荷载 6 为保证桥面铺装整体化混凝土与预制板紧密结合 在预制板顶增设了抗剪连接钢筋 同时有利于桥面铺装钢筋网的定位 7 对翼缘长度大于50cm的边板进行了防撞计算 在边板翼缘上方的桥面混凝土现浇层中加设了短钢筋防撞 8 优化了板端捆绑式吊装孔的设置形式 9 边板翼缘设置了直径1cm的滴水槽 防止了雨水顺边板边缘流下造成板侧面污渍 二 公路桥梁上部结构通用图 3板梁 一孔简支空心板在各种工况条件下主要材料用量 荷载 公路 级 二 公路桥梁上部结构通用图 3板梁 计算参数 1 预应力度控制结构为部分预应力A类构件 先简支后结构连续体系的负弯区由普通钢筋承受负弯矩 预应力度为最不利荷载组合下主梁拉应力不超过一定的限值 2 桥面铺装桥面铺装分为二层 下层为100mm现浇C40混凝土 考虑50mm参与结构受力 上层为沥青混凝土 其厚度为 对应于公路I级汽车荷载 采用100mm 对应于公路II级汽车荷载 采用80mm 3 结构重要性系数高速公路和一级公路上的桥梁设计采用1 1 二 三级公路桥梁设计采用1 0 4 环境条件及收缩徐变参数环境条件按 类考虑 月平均最低气温取 230C 月均最高气温取340C 温度梯度效应计算 T1 140C T2 5 50C 混凝土收缩系数和徐变按40 RH 70 取值 徐变终极值取预应力束张拉以后1500天计 存梁期按60 90天计 按不利的存梁期控制 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 T梁通用图各跨径各桥宽的结构尺寸 是根据现行规范的构造要求 总结过去预应力混凝土T梁使用中的经验和教训而拟定 并在计算中根据受力需要作了相应调整 为方便标准化施工 T梁通用图预制梁宽尽可能相同 不同的梁距通过湿接缝宽度调整 公路 级预制梁宽均采用1 7m 湿接缝宽度在0 4m 0 7m之间 公路 级预制梁宽采用1 5m与1 7m 湿接缝宽度在0 5m 0 7m之间 翼板的形式和尺寸 腹板宽度也相同 只是梁高和马蹄尺寸因不同的跨径有差异 对于高速公路 一级公路上的桥梁 按采用混凝土墙式护栏的不利状况控制设计 二 三级公路上的桥梁按护栏内侧对齐原则布置 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 预应力钢束布置预制T梁钢束线形调整除使主梁在正交 斜交时受力状态趋于理想外 同时调整孔道间距以满足 预规 9 4 9条对预应力钢筋管道设置的构造要求 并避免与横隔板主筋干扰 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 本次通用图先简支后连续体系由钢束承受负弯矩 负弯矩连续钢束均位于预制T梁中并锚于T梁加腋下的齿板 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 梁肋钢筋布置a 按全预应力结构计算时 预应力束用量满足正截面的抗裂和斜截面的抗裂要求 但在正截面的抗弯承载能力计算中T梁下缘仍需配置一定数量的受力钢筋 b 在先简支后结构连续体系中 支点现浇连续段下缘按强度计算只需构造钢筋 按抗裂计算需配置一定数量的受力钢筋 c 箍筋采用 12HRB335钢筋 梁端一定范围内箍筋间距为10cm 其余为15cm d 腹板两侧水平纵向钢筋采用 10R235钢筋 钢筋间距不大于14cm 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 翼板钢筋布置经对翼板进行强度计算与抗裂计算 翼板横桥向根部 上缘每延米配置10 12HRB335钢筋 并在边梁外翼缘处增加10 12HRB335钢筋进行局部加强 下缘每延米配置10 12HRB335钢筋 翼板纵向 上缘配置 12HRB335钢筋 下缘配置 10R235钢筋 间距15cm 二 公路桥梁上部结构通用图 4T梁 斜交时翼板钢筋布置斜交桥梁的翼缘板钢筋设置了斜交筋和正交筋局部重叠 这种布置方式施工可操作方便 受力更明确 斜交