220910混凝土桥梁结构的精细化设计方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法主要内容

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法预防持续下挠的措施——剪切配筋新方法体外预应力技术及其应用——连续刚构桥中的体内体外混合配束混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

面向配筋——适应规范的梁系本质精细化——拆解梁体内部的剪应力超静定整体分析——不针对局部效应面向配筋的精细化整体分析方法的特点：混凝土桥梁结构的精细化设计方法面向配筋的精细化整体分析为梁系计算方法规范具有鲜明的梁系本质，并在可预见的将来不会改变梁系分析的设计计算结果可以直接用于配筋块单元分析由于混杂大量局部效应，尚不能直接用来配筋，故目前主要用于纯分析混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

主轴弯矩Mx承弯剪力Qy弯剪轴力N压/拉扭矩Mz扭转（剪）

用于配筋的指标内力（主轴向，绕x轴）常用的指标内力

——平面分析方法无法将复杂的空间结构简化到一个平面上去，所以其外部、内部均是超静定的，解决的方法是用各种系数或近似方法去简化。梁系计算方法的分类混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法

——准空间分析方法可以将复杂的空间的结构在计算框架内建立计算模型（例如主梁采用单梁的“鱼骨”模型），但对于剪应力超静定的箱梁截面，其分析结果仍然是三个力、三个力矩的六种受力特征。梁系计算方法的分类

——当截面是剪应力超静定时，现行梁系设计计算方法的分析结果并不完整混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法梁系计算模型特点

3/6自由度单梁——不满足（无法拆解截面内部空间效应）

7自由度单梁——基本满足（欠缺板的面外弯曲效应，欠缺剪力滞效应）——对于箱梁结构经济的计算方法平面梁格（特殊情况下为Hambly梁格）——不满足（有剪力滞，但无法拆解内部剪应力超静定）空间网格——满足混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法箱梁截面偏心受力效应示意图

箱梁截面应力图（7自由度单梁模型）混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法一个箱梁截面的Hambly平面梁格划分

一个箱梁截面的单层梁格划分

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法一个箱梁截面的空间网格划分

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法空间网格表达的钢—混凝土叠合梁桥全桥空间网格模型截取一个节段截面划分混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法原断面传统叠合梁板式构件分离混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法要点1——面内受力和面外受力要点2——每块板的三层应力面外（反映局部荷载）

面内（反映整体荷载）

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法箱梁结构应该关注的9个指标应力

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法一维应力与二维应力的区别是：一维应力产生的裂缝是从截面边缘开始的，并不会贯穿板厚，剪应力照样可以传递；而二维应力产生的裂缝是全截面的，是贯穿板厚的，剪应力无法传递。空间网格模型可以得到表中所有需要关注的一维应力和二维应力为代表的指标应力。应该特别指出,这些指标应力与桥梁结构材料是无关的，即适用于所有材料，包括钢结构、叠合梁结构和混凝土结构以及其它形成板式受力构件的材料。桥梁结构整体分析的最终目标是验证受力的安全性及配筋。所有一维应力下需要校核的应力特征在二维应力情况下同样需要校核，例如钢结构或许存在主应力方向上的疲劳。而对于混凝土结构，就要针对前述表中各项指标应力进行配筋。混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法箱梁应力特征及配筋方法的适用性

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法对于剪应力超静定分布的箱梁截面，主要关注主轴面内受力的传统方法是将之等效为I字型截面梁来处理。箱梁等效为工字梁

梁与薄膜（Membrane）的转化关系——箱型截面混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法指标内力下箱梁截面的应力分布

箱梁截面在内力计算效应（六项内力）的作用下的实际应力分布如下：梁与薄膜（Membrane）的转化关系——箱型截面混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法设计方法与规范的缺失

——没有建立针对顶底板的配筋方法？混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法

1.设计计算方面的不足：没有解决内部超静定问题，即无法算清楚超静定剪力流的分布

结果：直线或曲线的箱梁桥的设计计算的困难；对结构性开裂原因分析不清楚。

2.现行配筋方法的不足：仅针对梁，缺失针对“薄膜”（Membrane）的配筋方法

结果：忽略了箱梁顶底板的剪切配筋；箱梁顶底板、结合梁的桥面板配筋方法缺失小节混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法从计算分析到配筋存在两个关键问题：分析方法需要面向配筋，即仍然适用梁系本质，同时需要解开所有断面的内部超静定和空间效应——面向配筋的精细化整体分析方法需要克服混凝土构件剪扭配筋设计的症结——混凝土构件剪扭配筋的新方法混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法箱梁应力特征及配筋方法的适用性

混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法返回现行规范体系对于顶板和底板面内的薄膜（Membrane）的剪切配筋方法是缺失的，而针对腹板配筋的原苏联脱离体理论是有缺陷的。将混凝土结构的配筋和计算连通的基础有两个：能够完整得到该表中的所有应力特征能够建立针对所有应力特征的配筋方法剪切配筋新方法的提出混凝土结构面向配筋的精细化整体分析方法

混凝土桥梁结构的精细化设计方法梁的设计状态混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法设计方法的矛盾之处：

——轴力、弯矩：满足平面假定，设计方法为针对“截面”的方法——剪力、扭矩：不满足平面假定，设计方法为针对“结构”的方法

——当弯、剪、扭组合受力时，配筋理论难以协调，只能大量依赖试验结果混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土和钢筋的联合抗剪机制是目前各国规范中各种抗剪配筋方法的差异所在，这反映在三个方面：混凝土的抗剪贡献以及贡献机制抗剪钢筋的配置形式及贡献机制抗剪钢筋的配置数量（数学模型）混凝土桥梁结构的精细化设计方法梳齿状结构表示的抗剪受力机制认为当箍筋屈服后，剪力完全由剪压区混凝土承担，即下半截脱离体或梳齿状结构中的“齿”均没有受剪作用。脱离体模型的抗剪机制混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法腹剪破坏模式

极限脱离体的弯剪破坏模式（斜截面抗弯存在吗?)

混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法桁架模型以及美国ACI规范、欧洲规范桁架模型的平衡

混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法国际主要规范比较抗剪钢筋图示美国ACI中国欧洲规范美国AASHTO“拉应力域”抗剪配筋新方法注：最差的是中国规范采用的脱离体理论，严重高估混凝土的抗剪贡献，造成剪切配筋不足，一旦出现剪切裂缝钢筋马上屈服，引发持续下挠！混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法抗剪构件的广义化

箱梁顶板、底板的受力状态是与箱梁腹板的受力状态是一样的，都是均是承受主拉应力的构件，所以剪切配筋方法实质上就是针对主拉应力的配筋方法。箱梁顶板、底板与箱梁腹板一样都是抗剪构件！混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法抗剪配筋布置形式“拉应力域”的抗剪配筋新理论的实质是采用“薄膜化”的钢筋来抵抗任意位置“拉应力域”内的主拉应力。在工程实践中，体现为正交双向网格配筋。这种抗剪配筋形式适用于所有板式构件，即不光适用于传统的承剪构件—腹板，也适用于同样为承剪构件的箱梁顶板和底板。混凝土构件剪扭配筋新方法混凝土桥梁结构的精细化设计方法预防开裂下挠核心理念：结构计算：三层应力抗剪配筋：网格配筋所有二维受力板式构件均为承剪构件，均需要剪切配筋；所有二维受力构件的纵横向钢筋均是需要设计计算的抗剪钢筋。分析方法和配筋设计总结混凝土桥梁结构的精细化设计方法分析方法和配筋设计的总结混凝土桥梁结构的精细化设计方法分析方法和配筋设计的总结返回混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术体外预应力技术在中国的应用苏通大桥深水区段预制节段施工及体外束布置混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术新滩綦江大桥是西部开发省际公路通道重庆绕城公路南段上一座跨越綦江的大桥，主桥为跨径75+130+75米三跨一联的预应力砼连续刚构桥，分左、右两幅，各宽16.75米。大桥左幅为全体内预应力体系配置；右幅为体内、体外混合的预应力配置，其Ⅰ期束为体内预应力体系，Ⅱ期束为体外预应力体系。

混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术应用的目的和解决的问题钢束体系耐久性有保证钢束体系的耐久性有保证是指体外预应力钢束可检测、可更换的特点使其“看得见、摸得着”。使用体外预应力钢束，实际上将这些预应力钢束的“属性”从“永久”转为“可换”，即与斜拉索、支座、伸缩缝等构件属于同一范畴，所以其耐久性是有保障的。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术施工方便且质量易保证体内束的管道布置、穿索等工序烦杂，在大跨结构中由于钢束众多，故预应力钢束的现场施工较麻烦，同时混凝土浇筑难度大；体外束钢束布置在外，混凝土浇筑质量易保证，特别当采用预制节段施工时，混凝土施工基本在预制场内，质量可以完全保证。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术设计较为自由设计较为“自由”是指预应力钢束布置方便，采用体内体外混合配束后，可以去掉为了体内钢束布置而增加的结构非受力构造尺寸，可以避免体内钢束布置时的过分“拥挤”甚至“打架”，也可以避免为了减少钢束数而采用过大直径的体内钢束。体内体外钢束比例？？？混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术体内体外钢束比例从国际上的应用来看，这个比例并没有一个确定值，一般认为结构的自重由体内钢束承担，而体系转换后的恒载以及活载，则由体外钢束承担，这样施工比较方便。LongKey桥以及世界上许多城市采用的干接缝预制节段逐跨施工桥梁，体外钢束用量为100％，施工更为方便和快捷。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术体内体外钢束比例与桥梁结构的施工方法和配束方式密切相关的逐跨施工桥梁，施工时简支状态受力与成桥结构受力相差有限，且大部分钢束为正弯矩简支钢束，可采用完全或较高比例的体外束；悬臂施工的桥梁，施工时受力与成桥时受力很不相同，且体外预应力钢束用于负弯矩区域付出的钢束效率（偏心距）代价过高，采用全体外配置明显不合理。体外预应力钢束的比例≠先进程度混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术体内体外钢束比例从属于整个桥梁结构的耐久性设计体外预应力钢束的属性从“永久”变化为“可换”，设计需要为这些钢束的可换性预留施工空间和通道，甚至照明；而剩下的体内钢束就需要与普通钢筋一样抵抗外界可能产生的侵蚀，就要与整体桥梁结构一起进行耐久性设计和相关措施保证，以确保桥梁设计年限内的安全性。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术重庆绕城高速公路綦江新滩大桥右幅桥为中跨130米、悬臂浇注施工的大跨径预应力混凝土连续刚构桥；I期悬臂施工钢束采用体内预应力钢束，II期成桥钢束采用体外预应力钢束和体内上弯束相结合。尽可能多地采用耐久性更好的体外预应力钢束时体内预应力仅克服悬臂施工恒载，并尽量下弯提供预剪力。最终墩顶截面处体内体外预应力钢束的比例达到1.47:1。体内体外钢束比例——西部课题《体外预应力混凝土桥梁设计施工技术研究》依托工程实例应用混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术辽宁省铁岭至朝阳高速公路K240＋550匝道桥为中跨40米的中小跨径连续梁桥，采用满堂支架现浇施工。钢束在施工时一次上齐，故采用同样设计原则，即尽可能多地采用耐久性更好的体外预应力钢束时，体外预应力钢束的比例就会相当大，该桥体内体外预应力钢束的比例为0.22:1。体内体外钢束比例——西部课题《体外预应力混凝土桥梁设计施工技术研究》依托工程实例应用悬臂施工的大跨径预应力混凝土桥梁，跨径越大，悬臂施工部分的体内预应力钢束所占比例就会越多，成桥体外预应力钢束所占的比例就会越小。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法对于承受正应力σx，σy和剪应力τ的构件，主拉应力计算方法为：箱梁抗裂减小主拉应力增大σx减小τ增大σy竖向预应力零弯矩法体内体外混合配束混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法“零弯矩”法减小的主拉应力是箱梁全断面的，而不仅仅是腹板的，对预防箱梁底板的剪切开裂是有利的，同时纵向预应力施工可靠。但是，σx和τ相比，对减小主拉应力的贡献“迟钝”许多。需要更多的非结构受力需要的构造尺寸或更大直径的钢束，耗费材料。竖向预应力的施工质量难以保证；同时只对减小腹板的主拉应力有用，而对减小箱梁顶底板的主拉应力没有作用。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法能够结合箱梁结构的抗裂性需要是体外预应力钢束更需要关注的优点，即采用了体外预应力钢束的情况下，可以“腾出”箱梁腹板来布置一些上弯的体内预应力钢束。新滩桥箱梁截面示意图

混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法新滩桥右幅桥体内预应力束布置图

混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法新滩桥右幅桥体外预应力束布置图

混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法新滩大桥的钢束设计基本特点为：墩顶及负弯矩区段由下弯的Ⅰ期体内钢束与具有较大专项角度的体外束共同提供预剪力，边跨和中跨的正弯矩区段由II期体内上弯束提供预剪力。这样，全桥预剪力可以由可靠的纵向预应力钢束提供，从而减小了全断面的剪应力及主拉应力，这种体内、体外混合配束方式能够完全替代竖向预应力筋的作用。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应力钢束设计方法通过减小剪应力τ来减小主拉应力，方法是寻找桥梁全长范围内最优的预剪力分布，从而通过减少自重剪力、提高预应力钢束预剪力的方法将桥梁全长范围内的剪应力降下来。如前所述，主拉应力对于剪应力τ非常敏感，采用这种新方法不会增加截面尺寸，也不用增加耗费预应力材，重点在于配束方式的优化，是更为合理的箱梁结构配束方法，并具有更为可靠的抗裂性。混凝土桥梁结构的精细化设计方法体外预应力技术结合箱梁抗裂性的体外预应