PPT公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范讲稿2

《公路钢钢筋混混凝土土及预预应力力混凝凝土桥桥涵设设计规规范》（JTGD62——2004）学习习与与应应用用讲讲评评二零零零四年年第三章章混凝土土结构构的耐耐久性性设计计新颁布布的《《公路路钢筋筋混凝凝土及及预应应力混混凝土土桥梁梁设计计规范范》(JTGD62-2004)(以下简简称《《桥规规JTGD62》)在总则则中增增加了了耐久久性设设计内内容，，提出出了公公路桥桥涵结结构应应根据据所处处的环环境条条件进进行耐耐久性性设计计的概概念。。2004年5月出版版的中中国土土木工工程学学会标标准《《混凝凝土结结构耐耐久性性设计计与施施工指指南》》(CCES01-2004)(以下简简称《《耐久久性设设计与与施工工指南南CCES01》)进一步步提出出了混混凝土土结构构及其其构件件的耐耐久性性应根根据不不同的的设计计年限限及相相应的的极限限状态态和不不同的的环境境类别别及其其作用用等级级进行行设计计的概概念，，明确确提出出了环环境作作用下下混凝凝土结结构耐耐久性性设计计与施施工的的基本本原则则与要要求。。长期以以来，，人们们受混混凝土土是一一种耐耐久性性能良良好的的建筑筑料这这一认认识的的影响响，忽忽视了了钢筋筋混凝凝土结结构耐久性问题题，造造成了了钢筋筋混凝凝土结结构耐耐久性性研究究的相相对滞滞后，，并为为此付付出了了巨大大的代代价。。国内内外大大量调调查分分析发发现，，引起起混凝凝土结结构耐耐久性性失效效的原原因存存在于于结构构设计计、施施工及及维修修的各各个环环节。。虽然然在许许多国国家的的设计计规范范中都都明确确规定定钢筋筋混凝凝土结结构的的耐久久性要要求，，但是是，这这一宗宗旨并并没有有充分分地体体在具具体设设计条条文中中，致致使在在以往往的乃乃至现现在的的工程程设计计中普普遍存存在重重视强强度设设计而而轻视视耐久久性设设计的的现象象。我我国1989年年颁布布的《《混凝凝土结结构设设计规规范》》和1985年年颁布布的《《公路路钢筋筋混凝凝土及及预应应力混混凝土土桥涵涵设计计规范范》涉涉及结结构耐耐久性性的内内容很很少，，除了了一些些保证证结构构耐久久性的的构造造措施施的一一般规规定之之外，，只对对影响响混凝凝土耐耐久性性的裂裂缝宽宽度加加以控控制。。实践证明，，裂缝控制制对结构耐耐久性设计计并不起决决定性作用用。新颁布布的《桥规规JTGD62》增加了耐久久性设计内内容，特别别是《耐久久性设计与与施工指南南CCES01》提出的混凝凝土结构应应根据不同同设计年限限及相应的的极限状态态和不同的的环境进行行类别及其作用等级级进行耐久久性设计的的概念。明明确提出了了环境作用用下混凝土土结构的耐耐久性设计计与施工的的基本原则则与要求，，是结构设设计理念上上的重大突突破，是工工程结构科科学的重大大技术进步步，对提高高设计质量量具有指导导意义。混凝土结构构的耐久性性是指结构构对气候作作用、化学学侵蚀、物物理作用或或任何其他他破坏过程程的抵抗能能力。由于于混凝土的的缺陷（例例如裂隙、、孔道、汽汽泡、孔穴穴等），环环境中的水水及侵蚀性性介质就可可能渗入混混凝土内部部，产生碳碳化，冻融融，锈蚀作作用而影响响结构的受受力性能。。并且结构构在使用年年限内还会会受到各种种机械物理理损伤（腐腐损，撞击击等）及冲冲刷、溶蚀蚀、生物侵侵蚀的作用用。混凝土土结构的耐耐久性问题题表现为：：混凝土损损伤（裂缝缝、破碎、、酥裂、磨磨损、溶蚀蚀等）；钢钢筋的锈蚀蚀，脆化、、疲劳、应应力腐蚀；；以及钢筋筋与混凝土土之间粘结结锚固作用用的削弱等等三个方面面。从短期期效果而言言，这些问问题影响结结构的外观观和使用功功能；从长长远看，则则会降低结结构安全度度，成为发发生事故的的隐患，影影响结构的的使用寿命命。一、混凝土土结构的耐耐久性影响混凝土土结构耐久久性的因素素十分复杂杂，主要取取决于以下下四个方面面：（1）混凝凝土材料的的自身特性性；（2）混凝凝土结构的的设计与施施工质量；；（3）混凝凝土结构所所处的环境境条件；（4）混凝土结构构的使用条条件和防护护措施。混凝土材料料的自身特特性和结构构的设计与与施工质量量是决定其其耐久性的的内因。混混凝土的材材料组成，，如水灰比比、水泥品品种和数量量，骨料的的种类与级级配都直接接影响混凝凝土结构的的耐久性。。混凝土的的缺陷（例例如裂缝，，气泡，空空穴等）都都会造成水水分和侵蚀蚀性物质渗渗入混凝土土内部，与与混凝土发发生物理化化学作用，，影响混凝凝土结构的的耐久性。。混凝凝土土结结构构所所处处的的环环境境条条件件和和防防护护措措施施，，是是影影响响混混凝凝土土结结构构耐耐久久性性的的外外因因。。外外界界环环境境因因素素对对混混凝凝土土结结构构的的破破坏坏是是环环境境因因素素是是对对混混凝凝土土结结构构物物理理化化学学作作用用的的结结果果。。环环境境因因素素引引起起的的混混凝凝土土结结构构损损伤伤或或破破坏坏主主要要有有：：（1）混混凝凝土土的的碳碳化化混凝凝土土的的碳碳化化是是指指混混凝凝土土中中氢氢氧氧化化钙钙与与渗渗透透进进混混凝凝土土中中的的二二氧氧化化碳碳和和其其它它酸酸性性气气体体发发生生化化学学反反应应的的过过程程。。一一般般情情况况下下混混凝凝土土呈呈碱碱性性，，在在钢钢筋筋表表面面形形成成碱碱性性薄薄膜膜，，保保护护钢钢筋筋免免遭遭酸酸性性介介质质的的侵侵蚀蚀，，起起到到了了““钝钝化化””保保护护作作用用。。碳碳化化的的实实质质是是混混凝凝土土的的中中性性化化，，使使混混凝凝土土的的碱碱性性降降低低，，钝钝化化膜膜破破坏坏，，在在水水分分和和其其它它有有害害介介质质侵侵入入的的情情况况下下，，钢钢筋筋就就会会发发生生锈锈蚀蚀。。(2)氯离离子的侵蚀氯离子对混凝凝土的侵蚀是是氯离子从外外界环境侵入入已硬化的混混凝土造成的的。海水是氯氯离子的主要要来源，北方方寒冷的冬季季向道路、桥桥面洒盐化雪雪除冰都有可可能使氯离子子渗入混凝土土中。氯离子子对混凝土的的侵蚀属于化化学侵蚀，对对结构的危害害是多方面的的，但最终表表现为钢筋的的锈蚀。（3）碱骨料反应应碱—骨料反应应一般指水泥泥的碱和骨料料中的活性硅硅发生反应，，生成碱—硅硅酸盐凝胶，，并吸水产生生膨胀压力，，造成混凝土土开裂。碱—骨料反应应引起的混凝凝土结构破坏坏程度，比其其他耐久性破破坏发展更快快，后果更为为严重。碱——骨料反应一一旦发生，很很难加以控制制，一般不到到两年就会使使结构出现明明显开裂，所所以有时也称称碱骨料反应应是混凝土结结构的“癌症症”。(4)冻融融循环破坏渗入混凝土中中的水在低温温下结冰膨胀胀，从内部破破坏混凝土的的微观结构。。经多次冻融融循环后，损损伤积累将使使混凝土剥落落酥裂，强度度降低。(5)钢筋筋锈蚀钢筋腐蚀是影影响钢筋混凝凝土结构耐久久性和使用寿寿命的重要因因素。混凝土土中钢筋腐蚀蚀的首要条件件是混凝土的的碳化和脱钝钝，只有将覆覆盖钢筋表面面的碱性钝化化膜破坏，加加之有水分和和氧的侵入，，才有可能引引起钢筋的腐腐蚀。钢筋腐腐蚀伴有体积积膨胀，使混混凝土出现沿沿钢筋的纵向向裂缝，造成成钢筋与混凝凝土之间的粘粘结力破坏，，钢筋截面面面积减少，使使结构构件的的承载力降低低，变形和裂裂缝增大等一一系列不良后后果，并随着着时间的推移移，腐蚀会逐逐渐恶化，最最终可能导致致结构的完全全破坏。值得注意的是是，几乎所有有侵蚀混凝土土和钢筋的作作用都需要有有水作介质。。另一方面，，几乎所有的的侵蚀作用对对混凝土结构构的破坏都与与侵蚀作用引引起的混凝土土膨胀，并都都与最终的混混凝土开裂有有关。而且当当混凝土结构构开裂后，腐腐蚀速度将大大大加快。混混凝土结构的的耐久性将进进一步恶化。。在影响混凝凝土结构耐久久性的诸多因因素中，钢筋筋锈蚀危害最最大，钢筋锈锈蚀与混凝土土碳化有关，，混凝土保护护层碳化是钢钢筋锈蚀的前前提，水分、、氧气的存在在是引起钢筋筋锈蚀的必要要条件。因此此，提高混凝凝土结构耐久久性的根本途途径是增强混混凝土密实度度，防止或控控制混凝土开开裂，阻止水水分的侵入；；加大混凝土土保护层的厚厚度，防止由由于混凝土保保护层碳化引引起钢筋钝化化膜的破坏。。二、混凝土结结构耐久性设设计原则混凝土桥梁结结构的耐久性性取决于混凝凝土材料的自自身特性和结结构的使用环环境，与结构构设计、施工工及养护管理理密切相关。。综合国内外外研究成果和和工程经验，，一般是从以以下三个方面面解决混凝土土桥梁结构的的耐久性：（1）采用高高耐久性混凝凝土，增强混混凝土的密实实度，提高混混凝土自身抗抗破损能力；；（2）加强桥桥面排水和防防水层设计，，改善桥梁的的环境作用条条件；（3）改进桥桥梁结构设计计，其中包括括加大混凝土土保护层厚度度；加强构造造钢筋，防止止控制裂缝发发展；采用具具有防腐保护护的钢筋（例例如：体外预预应力筋，无无粘结预应力力筋，环氧涂涂层钢筋等））。1.结构混混凝土耐久性性的基本要求求提高混凝土自自身的耐久性性是解决混凝凝土结构耐久久性的前提和和基础。混凝凝土的耐久性性主要取决于于混凝土的材材料组成，其其中水灰比，，水泥用量，，强度等级均均对耐久性有有较大影响。。新颁布的《桥桥规JTGD62》在总则中增加加耐久性设计计内容，明确确规定了不同同使用环境下下，结构混凝凝土的基本要要求，对影响响混凝土耐久久性的最大水水灰比、最小小水泥用量、、最低强度等等级、最大氯氯离子含量和和碱含量做出出了限制规定定。《桥规JTGD62》规定，公路桥桥涵应根据所所处环境进行行耐久性设计计。结构混凝凝耐久性的基基本要求应符符表2-1的的要求：表2-1结构混凝土耐耐久性的基本本要求环境类别环境条件最大水灰比最小水泥用量(kg/m3)最低混凝土强度等级最大氯离子含量（%）最大碱含量（kg/m3）Ⅰ温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境0.55275C250.303.0Ⅱ严寒地区的大气环境；使用除冰盐环境；滨海环境0.50300C300.153.0Ⅲ海水环境0.45300C350.103.0Ⅳ受侵蚀性物质影响的环境0.40325C350.103.0注：1、有关规范对对海水环境结结构混凝土中中最大水灰比比和最小水泥泥用量有关详详细规定时，，可参照执行行；2、表中氯离子子含量系指其其与水泥用量量的百分率；；3、当有实际工工程经验时，，处于Ⅰ类环境中结构构混凝土的最最低强度等级级可比表中降降低一个等级级；4、预应力混凝凝土构件混凝凝土中的最大大氯离子含量量为0.06%，最小水泥用用量为350kg/m3，最低混凝土土强度等级为为C40，或按表中规规定Ⅰ类环境提高三三个等级，其其他环境类别别提高二个等等级。5、特大桥和大大桥混凝土中中的最大碱含含量为1.8kg/m3，当处于Ⅲ、Ⅳ类或使用除冰冰盐和滨海环环境时，宜使使用非碱活性性骨件。<桥规JTG.D62>规定，对水位位变动区有抗抗冻要求的结结构混凝土，，其抗冻等级级不应低于表表2-2的规定。注：1、混凝土抗冻冻性试验方法法应符合现行行标准<公路工程水泥泥混凝土试验验规程>JTJ053的规定。2、墩、台混凝凝土应选比表表列值高一级级的抗冻等级级。《耐久性设计计与施工指南南CCES01》按结构设计使使用年限、级级别和环境作作用等级对配配筋混凝土的的最低强度等等级；最大水水灰比和单方方混凝土胶凝凝材料的最低低用量作出了了限值规定(见表3)。。桥梁所在地区海水环境淡水环境严重受冻地区（最冷月月平均气温低于－8℃）F350F250受冻地区（最冷月月平均气温在－4~－8℃之间）F300F200微冻地区（最冷月月平均气温在0~－4℃之间）F250F150表2-2水位变动区混混凝土抗冻等等级选用标准准表3砼最低低强度等级、、最大水胶比比和胶凝材料料最小用量(kg/m3)环境等级级别

设计使用年限一级100年二级50年三级30年侵蚀程度A可忽略C30,0.55,280C25,0.60,260C25,0.65,240B轻度C35,0.50,300C30,0.55,280C30,0.60,260C中度C40,0.45,320C35,0.50,300C35,0.50,300D严重C40,0.40,340C40,0.45,320C40,0.45,320E非常严重C45,0.36,360C40,0.40,340C40,0.40,340F极端严重C45,0.32,380C40,0.36,360C40,0.35,360注：1、水胶胶比：混凝土土配制时的用用水量与胶凝凝材料（水泥泥加矿物掺和和料）总量之之比。在耐久久混凝土的配配合比中，常常以胶凝材料料用量的概念念取代传统的的水泥用量，，并以水胶比比取代传统的的水灰比作为为判断混凝土土密实性或耐耐久性的一个个宏观指标。。。2、桥梁结构构处于露天环环境，非寒冷冷地区环境作作用等级一般般取B级，寒冷及严严寒地区一般般取D级或C级，除冰盐、、冻融环境一一般取D级或E级，近海或海海洋环境一般般取D或F级。应该指出，表表2或表3中中给出的影响响结构混凝土土耐久性的各各项限值规定定中，控制混混凝土的最大大水灰比(或或水胶比)和和最小水泥(或胶凝材料料)用量是十十分重要的。。水灰比(或或水胶比)和和水泥(或胶胶凝材料)用用量不仅影响响混凝土的强强度，而且是是影响混凝土土耐久性的主主要因素。为为了防止钢筋筋腐蚀以及提提高混凝土的的抗冻性，混混凝土应尽可可能地密实，，使其具有良良好的抗渗透透性能。为此，除了选选择级配良好好的集料和精精心施工保证证混凝土充分分捣实和水泥泥充分水化外外，水灰比是是影响混凝土土密实性的最最重要的条件件。为了保证证混凝土有足足够的耐久性性，控制最低低水泥用量也也很重要的，，因为单位水水泥用量较高高的混凝土，，混凝土拌合合物比较均匀匀，可减少混混凝土捣实中中出现的局部部缺陷。混凝凝土抗冻融的的能力与其含含气量有密切切关系，因此此，有抗冻要要求的结构混混凝土应掺入入适量的引气气剂。2．加大钢筋筋的混凝土保保护层厚度混凝土碳化是是钢筋锈蚀的的前提。就一一般情况而言言，只有保护护层混凝土碳碳化，钢筋表表层钝化膜破破坏，钢筋才才有可能锈蚀蚀。因此，加加大钢筋的混混凝土保护层层厚度，是保保护钢筋免于于锈蚀，提高高混凝土结构构耐久性的最最重要的措施施之一。《桥规JTGD62》给出的钢筋最最小混凝土保保护层厚度列列于表4。序号构件类型环境条件ⅠⅡⅢ、Ⅳ1基础、桩基承台（1）基坑底面有垫层或侧面有模板（受力钢筋）（2）基坑底面无垫层或侧面无模板4060507560852墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）3040453人行道构件、栏杆（受力主筋）2025304箍筋2025305缘石、中央分隔带、护拦等行车道构件3040456收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋152025表4普通钢筋和预预应力直线钢钢筋最小混凝凝土保护层厚厚度（mm）注：1.对对于环氧树脂脂涂层钢筋，，可按环境类类别Ⅰ取用；；2.保护层厚厚度大于50mm时，亦在保护护层内设置钢钢筋网。《耐久性设计计与施工CCES01》规定，钢筋的的混凝土保护护层厚度C一般应不小于于表给出的最最小保护层厚厚度与保护层层厚度施工负负允差△之和和，即C≥Cmin+△，式中的施工负负允差△对现现浇混凝土构构件可取5~10mm，对工厂生产的的预制构件可可取0~5mm，视钢筋施工定定位工艺和质质量保证的可可靠程度而定定，必要时可可取更高的数数值表5混凝土土保护层最小小厚度（mm）环境作用等级ABCDEF板、墙等面形构件使用年限30年151525354550使用年限50年152030405055使用年限100年203040455560梁、柱等条件构件使用年限30年202530405055使用年限50年253035455560使用年限100年3035455060653．加强构造造配筋，防止止和控制混凝凝土裂缝混凝土结构的的任何损伤与与破坏，一般般都是首先在在混凝土中出出现裂缝，裂裂缝是反映混混凝土结构病病害的晴雨表表。反过来，，裂缝的存在在会增加混凝凝土渗透性，，提拱了使侵侵蚀破坏作用用逐步升级，，混凝土耐久久性不断下降降的渠道。当当混凝土开裂裂后，侵蚀速速度将加大加加快，形成导导致混凝土结结构耐久性的的进一步退化化的恶性循环环。因此，防防止和控制混混凝土的裂缝缝，对提高混混凝土结构的的耐久性是十十分重要的。。控制混凝土土的裂缝，除除按规范要求求，控制正常常使用极限状状态的工作裂裂缝以外，更更重要的是要要采取构造措措施，控制混混凝土施工及及使用过程大大量出现的非非工作裂缝。。《桥规JTGD62》突出强调了加加强水平防缩缩钢筋和箍筋筋在控制裂缝缝中的作用，，提高了水平平防收缩钢筋筋的配筋率和和箍筋间距的的限制。《桥规JTGD62》规定，T形、I形截面梁或箱箱形截面梁的的腹板两侧，，应设置直径径6~8mm的纵向钢筋(一般称水平平防收缩钢筋筋)，每腹板板内钢筋截面面面积宜为（（0.001~0.002）bh，其中b为腹板宽度，，h为梁的高度，，其间距在受受拉区不大于于腹板宽度，，且不大于200mm，在受压区不应应大于300mm。在支点附近剪剪力较大区段段和预应力混混凝土梁的锚锚固区段，腹腹板两侧纵向向钢筋截面面面积应予增加加，纵向钢筋筋的间距宜为为100～150mm。。《桥规JTGD62》规定，，箍筋筋宜采采用直直径不不小于于8mm的变形形钢筋筋，且且不小小于1/4主筋筋直径径的箍箍筋。。其间间距应应符合合下列列规定定：箍箍筋间间距不不应大大于梁梁高的的1/2，，且不不大于于400mm；；当所箍箍钢筋筋为按按受力力需要要的纵纵向受受压钢钢筋时时，不不应大大于所所箍钢钢筋直直径的的15倍，，且不不应大大于400mm。。在钢筋筋绑扎扎搭接接接头头范围围内的的箍筋筋间距距，当当绑扎扎搭接接钢筋筋受拉拉时，，不应应大于于主钢钢筋直直径的的5倍倍，且且不大大于100mm；；当搭接接钢筋筋受压压时，，不应应大于于主钢钢筋直直径的的10倍，，且不不大于于200mm。。在支座座中心心向跨跨径方方向长长度相相当于于不小小于一一倍梁梁高范范围内内，箍箍筋间间距不不宜大大于100mm。。《桥规规JTGD62》规定，，预应应力混混凝土土T形梁，，I形截面面梁和和箱形形截面面梁腹腹板内内应分分别设设置直直径不不小于于10mm和12mm的箍筋筋，且且应采采用带带肋钢钢筋，，间距距不应应大于于250mm；；自支座座中心心起长长度不不小于于一倍倍梁高高的范范围内内，应应采用用闭合合式箍箍筋，，间距距不应应大于于140mm。。在T形、I形截面面梁的的下部部的马马蹄内内，应应另设设直径径不小小于8mm的闭合合式箍箍筋，，间距距不应应大于于200mm。。《桥规JTGD62》规定上上述的的上述述指标标，都都比老老桥规规有所所提高高。腹腹板内内由水水平防防收缩缩钢筋筋和箍箍筋构构成的的钢筋筋网，，是防防止和和控制制收缩缩裂缝缝的重重要构构造措措施。。4．提提高后后张法法预应应力钢钢筋管管道压压浆质质量的的措施施后张法法预应应力钢钢筋管管道压压浆质质量是是影响响预应应力混混凝土土梁耐耐久性性的关关键之之一。。《桥规规JTGD62》规定，，预应应力钢钢筋管管道压压浆所所用水水泥浆浆的抗抗压强强度不不应低低于30MPa，其水灰灰比为为0.4--0.5，为为减