中美混凝土规范比较概要课件

1、中美混凝土规范比较交通部公路科学研究院二OO八年十月交通运输部基本建设质量监督总站讲座之一第1页，共54页。报告内容桥梁设计规范简介混凝土材料规范比较混凝土强度换算总结第2页，共54页。一、桥梁设计规范简介第3页，共54页。中美混凝土桥梁设计规范简介中国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（2004）美国AASHTO桥梁设计规范（2005）欧洲混凝土桥梁设计规范（2002）第4页，共54页。中国混凝土桥梁设计规范简介（1）公路桥梁设计通用规范（2004）一般设计原则荷载作用的定义、组合与分项系数取值方法（2）中国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（2004）设计理论与方法构造设计第5

2、页，共54页。美国混凝土桥梁设计规范简介美国AASHTO桥梁设计规范（2005）结构设计一般原则荷载及荷载组合与分项系数结构分析及评价（混凝土、钢、铝、木）结构设计构造设计等 第6页，共54页。欧洲混凝土桥梁设计规范简介（1） EN1990 Eurocode: Basis of structural design 结构设计一般原则，适用于工民建和土木工程设计（2）EN1991 Eurocode 1: Actions on structures一般荷载作用特殊荷载作用（3）EN1992 Eurocode 2: Design of concrete structures混凝土结构设计的通用准则结构

3、设计理论与方法混凝土工民建设计混凝土桥梁设计海洋混凝土结构设计第7页，共54页。Eurocode Eurocode part EN1990 Eurocode: Basis of structural design EN1991 Eurocode 1: Actions on structures EN1991-1-1: Densities, Self-weight and imposed loadsEN1991-1-2: Actions on structures exposed to fireEN1991-1-3: Snow loadsEN1991-1-4: Wind loads EN1991

4、-1-5: Thermal actions EN1991-1-6: Actions during execution EN1991-1-7: Accidental actions due to impact and explosions EN1991-2: Traffic loads on bridges EN1991-3: Actions induced by cranes and machinery EN1991-4: Actions in silos and tanksEN1992 Eurocode 2: Design of concrete structures EN1992-1-1:

5、 Common rules for buildings and civil engineering structures EN1992-1-2: Structural fire design EN1992-2-2: Bridges （BS5400）EN1992-2-3: Liquid retaining and containment structures 欧洲结构设计规范构架第8页，共54页。中国桥梁规范对混凝土材料物理力学性能要求混凝土轴心抗压强度fck和轴心抗拉强度ftk标准值（MPa）混凝土轴心抗压强度fcd和轴心抗拉强度ftd设计值（MPa）第9页，共54页。中国桥梁规范对混凝土材料

6、物理力学性能要求混凝土的弹性模量（Ec，MPa）混凝土剪切模量（Gc=0.4Ec）和泊松比（ c =0.2 ）收缩和徐变：取值依据CEB-FIP Model Code （1990）热膨胀系数：混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土取值1010-6/C第10页，共54页。中国桥梁规范对混凝土材料耐久性要求环境类别与混凝土的基本要求对位于III类和IV类环境桥梁，主要受拉钢筋宜采用树脂表面涂层防护，而预应力钢筋、锚具等要采取专门防护措施。第11页，共54页。中国桥梁规范对混凝土材料耐久性要求水位变动区混凝土抗冻等级结构混凝土抗渗等级第12页，共54页。中国桥梁规范对混凝土材料耐久性要求普通钢筋和预应力直

7、线钢筋最小混凝土保护层厚度（mm）第13页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料物理力学性能要求对混凝土材料耐久性要求第14页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料物理力学性能要求采用规定强度抗压值fc（没有使用我国标准中强度标准值与设计值概念）采用圆柱体试件强度值抗压强度超过70MPa的混凝土，需要指明强度与其他力学属性的关系第15页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料物理力学性能要求混凝土配合比与等级AE（air-entrainment）：加引气剂情况第16页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料物理力学性能要求混凝土等级Class of concrete等 级 描 述A除了混凝土暴露于海水或是

8、其他等级混凝土要求，一般情况适用于所有桥梁结构构件B用于基础、支座、桥墩墩身、重力挡土墙C用于薄细截面的构件，例如厚度小于100mm的钢筋混凝土栏杆，充填钢桁架板P用于强度超过28MPa的情况，对于预应力混凝土，粗骨料尺寸不能超过20mmS用于水下混凝土，作为防水围堰混凝土等级说明第17页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料物理力学性能要求弹性模量：对于单位密度（14402500kg/m3）和规定抗压 强度（105MPa）的混凝土材料，Ec可按下公式取值： （考虑了骨料和密度的影响）泊 松 比： c =0.2 收缩和徐变：取值依据CEB-FIP Model Code或ACI209热膨胀系数：普

9、通混凝土在5.414.410-6/C第18页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料耐久性要求一般规定：设计考虑包括混凝土质量、表面保护涂层、最小保护层厚度、钢筋尺寸和分布、构造设计和裂缝宽度。主要目的是防止钢筋锈蚀，相关技术标准依据参考ACI 222R。对于特殊条件的耐久性防护，需要在合同文本给予说明。预防碱骨料反应：限制使用可发生碱-硅反应的骨料，具体规定参考ACI 201.2R。混凝土保护层：对于无表面防护的预应力钢筋和普通钢筋保护层厚度不得低于规定值（见后表）。对于水灰比0.40，保护层修定系数是0.8；对于水灰比0.50，修定系数是1.2。 对于桥面混凝土铺装层，考虑磨蚀影响，需适当提高

10、保护层限值。 主筋最小保护层厚度（包括树脂表面涂层钢筋）是25mm。 对于箍筋处，混凝土保护层厚度不能小于25mm。第19页，共54页。美国桥梁规范对混凝土材料耐久性要求防护涂层。采用钢筋（预应力钢束、锚具） 表面树脂或镀锌涂层，防止锈蚀。后张法预应力钢筋注浆保护。美国桥规主筋保护层厚度中国桥规主筋保护层厚度（mm）第20页，共54页。二、混凝土材料规范比较第21页，共54页。原材料与测试标准水泥细骨料（砂）粗骨料（石）水第22页，共54页。原材料与测试标准-水泥水泥品种和等级项目中国规范美国规范备注水泥品种和等级主要根据组成和强度划分主要根据应用和组成划分确定水泥品种和等级的标准不一致第23

11、页，共54页。原材料与测试标准-水泥国内外水泥品种第24页，共54页。原材料与测试标准-水泥国内外水泥品种第25页，共54页。原材料与测试标准-水泥我国标准制定的水泥品种（2007年标准）第26页，共54页。原材料与测试标准-水泥我国原水泥标准(1999)存在的问题水泥品种划分和强度等级不匹配，生产的普通硅酸盐水泥中混合材掺量超标现象严重标准中没有规定混合材掺量检测方法水泥中参加混合材种类呈开放状态水泥深长中使用盐类早强剂等检验规则的可操作性不强等第27页，共54页。原材料与测试标准-水泥化学组成项目中国规范美国规范备注氧化镁（MgO）最大5.0%；如果安定性合格，不超过6.0%最大6.0%基

12、本相同三氧化硫（SO3）最大3.5%对矿渣水泥：最大4.0%最大3.5%C3A8%）最大3.0%C3A8%）基本相同烧失量P.I型：最大3.0%；P.II型：最大3.5%；普通水泥：最大5.0%最大3.0%基本相同不溶物P.I型：最大0.75%；P.II型：最大1.5%最大0.75%P.I型与类型I相同；P.II型稍大碱含量Na2O+0.658K2O0.6%Na2O+0.658K2O0.6%相同氯离子含量0.06%20MPa ，还应满足 fcu,min 0.90fcu,k 新配材料： mfu 1sfcu0.9fcu,k；fcu,min 2fcu,k当fc 35MPa时，fcr=fc+1.34S

13、； fcr=fc+2.33S-3.45MPa当fc 35MPa时， fcr=fc+1.34S； fcr=0.9fc+2.33S （以上均取两式中大值为fcr）国内规范：统计期m（不少于3个月）内的批数（不少于15批） 美国规范：标准差S须为至少30组连续试验结果。不足30组时：fcq取值为：fc 21MPa： fcr=fc+7.021MPa fc 35MPa： fcr=fc+8.5fc 35MPa：fcr=1.1fc+5.0第39页，共54页。混凝土质量控制混凝土强度合格评定（非统计方法）mfu 1.15fcu,kfcu,min 0.95fcu,k所有批中连续三次测试的平均值1.15fc ，并

14、且 fc,min fc3.5对低强度值的调查回弹或取芯测试，如果仍不合格，需和业主及设计者确定解决方案。钻芯取样（3个），每个样的强度均fc3.5 项目中国规范美国规范备注第40页，共54页。三、混凝土强度换算第41页，共54页。中美混凝土强度值换算中国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（2004）和混凝土结构设计规范（GB50010-2002）美国 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary（ACI 318-08）第42页，共54页。中美混凝土强度值换算几点说明：中国规范：采用“混凝土强度等级“概念

15、，并引入轴心抗压/拉强度标准值和设计值两个参数；美国规范：无“混凝土强度等级“概念，仅采用规定抗压强度fc（ ft ）作为混凝土的强度指标；中国规范：“混凝土强度等级”采用立方体试件获取；轴心抗压强度采用棱柱体时间获得；美国规范：混凝土强度指标通过圆柱体试件获得第43页，共54页。中美混凝土强度值换算不同试件间抗压强度换算关系中国150150300mm（GB50010-2002）美国150300mm（ACI318-08）150150150mm（GB50010-2002）fpri,k = 0.76 fcu,kfc = 0.79 fcu,k第44页，共54页。中美混凝土强度值换算中美规范混凝土试件

16、抗压强度值对比（MPa）混凝土强度等级（中国）C15C20C25C30C35C40C45C50棱柱体轴压强度fpri,k（中国）11.415.219.022.826.630.533.636.8规定抗压强度fc（美国）11.915.819.823.727.731.635.639.5经比对可知：第45页，共54页。中美混凝土强度值换算构件混凝土抗压强度标准值“强度标准值”概念主要用于反映结构混凝土和试件混凝土强度差异，通常采用差异修正系数来表达，美国ACI取值0.85，中国规范取值0.88。第46页，共54页。中美混凝土强度值换算构件混凝土抗压强度设计值基于目标可靠度指标要求，引入分项系数进行折减

17、，以确保结构承载力安全。中国规范=1.45，美国规范则根据结构不同受力状态选取不同折减系数=1/ 。受力状态承载力折减系数纯弯0.90轴拉、拉弯0.90轴压、压弯（配置螺旋箍筋、焊接环筋）轴压、压弯（配置其他钢筋）0.750.70剪扭0.85对于各种受力状态， 0.69第47页，共54页。中美混凝土强度值换算弹性模量（Ec）中国混凝土规范采用原点切线模量作为弹性模量美国ACI318采用45%强度值的应力水平所确定割线模量作为弹性模量。0.45fcfc中国规范美国ACI第48页，共54页。中美混凝土强度值换算中美混凝土规范弹性模量（Ec）对比混凝土强度等级（中国）C15C20C25C30C35C

18、40C45C50中国混凝土弹性模量Ec2.202.552.803.003.153.253.353.45美国ACI混凝土弹性模量Ec1.621.872.092.292.472.642.802.95国标计算结构高于美国ACI计算结果，是因为原点切线模量高于割线模量。美国采用割线模量能够更好地考虑材料密度和骨料尺寸对弹性模量的影响第49页，共54页。总 结我国桥梁设计规范在多年研究和实践的基础上，通过借鉴和吸收国外发达国家的成功经验，已基本建立起我国的规范体系框架。我国标准采用的设计理论与方法已与国际接轨，均为基于概率理论的极限状态设计方法。美国规范对于材料强度设计值和弹性模量取值方法更为细致和合理。美国规范中耐久性设计已经通过一般