新规范D区宣贯

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018解读详解：混凝土桥梁应力扰动区设计方法新规范中有关D区的设计条款2.1.17应力扰动区2.1.18拉压杆模型2.1.19劈裂力1

总则2

术语和符号▲2.1.20剥裂力3

材料4

结构设计基本规定▲5

持久状况承载能力极限状态计算6

持久状况正常使用极限状态计算7

持久状况和短暂状况构件的应力计算8

构件计算的规定▲9

构造规定▲4.1.9应力扰动区的计算8.2后张预应力构件的锚固区8.3支座处横隔梁8.4桥墩盖梁8.5桩基承台附录B

拉压杆模型分析方法9.4预应力混凝土上部结构提

纲1.

应力扰动区（D区）的概念2.

混凝土桥梁中的D区问题3.

应力扰动区的设计方法4.

典型D区受拉效应的解析计算5.

拉压杆模型方法6.

算例7.

结语及讨论1

应力扰动区（D区）的概念

混凝土结构应力扰动区的特点

平截面假定假定不再成立

不能用（N/A+M/W）计算截面应力，破坏模式发生改变ⅠⅡdⅠⅡd3ddddD区B区D区D区D区Ⅰ-Ⅰ截面应力分布Ⅱ-Ⅱ截面应力分布41

应力扰动区（D区）的概念

混凝土结构应力扰动区的特点

力流扩散明显

混凝土对拉应力敏感，开裂后产生应力/内力重分布51

应力扰动区（D区）的概念

混凝土结构，应划分为B区和D区分别对待

B区

(BeamorBernoulli):满足平截面假定的区域，在这些部位应变沿梁高线性分布.

D区

(Disturbance

orDiscontinuity):应变分布复杂，一般在几何形状突变、节点或者有集中力作用的地方2

混凝土桥梁中的D区问题各类病害2

混凝土桥梁中的D区问题小剪跨比梁端节点区82

混凝土桥梁中的D区问题实际上，D区设计问题

在各类混凝土结构中均存在

深梁/深受弯构件

牛腿

预应力筋的锚固区桥梁工程

端部

/

中间齿块

凹槽

/

锚固隔板建筑工程水利工程港口工程

板/墙

支座附近梁体

箱梁横隔板

径向力作用区

盖梁

大体积混凝土大坝闸门……

承台应力扰动区（D区）受力复杂区特殊钢筋混凝土结构圣维南区非杆件体系3

应力扰动区的设计方法

实体有限元

弹塑性力学

试验与经验

拉压杆模型（Strut-and-TieModel,STM）

力流线模型（Quantified

LoadPathMethod）

……3

应力扰动区的设计方法

实体有限元

弹塑性力学

试验与经验

拉压杆模型（Strut-and-TieModel,STM）

力流线模型（Quantified

LoadPathMethod）

……3

应力扰动区的设计方法

拉压杆模型

力流线模型

由拉杆-压杆-节点组成，满足静力平衡条件用解析公式或数值模型，描述压力流走向

塑性下限定理

承载力验算，兼顾抗裂配筋力流流管的进出平衡压力流转向产生横向拉力/压力

3

应力扰动区的设计方法（作用效应）

（抗力）混凝土桥梁中的几类典型D区：或拉力解析计算

后张梁端部锚固区

三角齿块锚固区

支座处横隔梁（力流线模型）

小剪跨比盖梁

双排桩承台

……拉压杆模型4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区预应力锚固体系B区预应力孔道D区D区

总体区:端面×1~1.2倍梁高或梁宽的较大值

局部区:局部受压计算底面积×1.2倍锚板长局部区4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

局部区

局部承压（bearingresistance）

总体区

劈裂力（burstingforce）

剥裂力（spallingforce）

边缘拉力（edgetension）4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

劈裂力计算hCBTb,3PxσCDτCDATb,3Dy4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

劈裂力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

劈裂力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

剥裂力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

锚垫板周边的剥裂力4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

剥裂力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

剥裂力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

边缘拉力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.1后张梁端部锚固区

边缘拉力计算4典型D区受拉效应的解析计算4.2三角齿块锚固区崩出或剥落锚下劈裂锚后拉裂1.锚下劈裂效应2.悬臂效应3.锚后牵拉效应5.径向力效应4.局部弯曲效应4典型D区受拉效应的解析计算4.2三角齿块锚固区4典型D区受拉效应的解析计算4.2三角齿块锚固区4典型D区受拉效应的解析计算4.2三角齿块锚固区4典型D区受拉效应的解析计算4.2三角齿块锚固区

壁板内统一配置的上下层钢筋，如果数量足够，不一定特别增加锚后牵拉钢筋和局部弯曲钢筋。如果不够，则需要另外增加。4典型D区受拉效应的解析计算4.2三角齿块锚固区4典型D区受拉效应的解析计算4.3支座处横隔梁

当支反力作用线通过腹板中线时，一般仅需满足构造要求。

当支反力作用线与腹板中线偏离较大时，跨内荷载需通过横隔梁传递至支座，这时需对横隔梁进行横向设计。支座在腹板正下方4典型D区受拉效应的解析计算4.3支座处横隔梁8.3.1

当横隔梁的宽高比Bw/h

>2时，可按钢筋混凝土受弯构件进行计算；当横隔梁的宽高比Bw/h

≤2时，可按应力扰动区进行计算。Bw为横隔梁外腹板中心线之间的距离，h为横隔梁的高度。8.3.2

单室箱梁的横隔梁，当其宽高比0.5

≤Bw/h

≤2时，可按以下规定进行顶部横向受拉部位的抗拉承载力计算：

T

f

A

f

Ap0t,dsdspd

w

dTt,d

0.20

(B

/

h

0.5)(0.87

s

/

B

)

Vw4典型D区受拉效应的解析计算4.3支座处横隔梁4典型D区受拉效应的解析计算4.4桥墩盖梁8.4.6

钢筋混凝土盖梁的悬臂部分承受竖向力作用时，应符合下列规定：1当竖向力作用点至柱边缘的水平距离大于盖梁截面高度时，按钢筋混凝土一般构件计算。2当竖向力作用点至柱边缘的水平距离等于或小于盖梁截面高度时，悬臂上缘拉杆的拉力：4典型D区受拉效应的解析计算4.4桥墩盖梁

短悬臂盖梁，也是一类典型的D区

力流从悬臂端支点向墩身转向传递，产生横向拉力。4典型D区受拉效应的解析计算4.4桥墩盖梁4典型D区受拉效应的解析计算4.5桩基承台5

拉压杆模型方法附录

BB.1

一般规定B.1.1

混凝土桥梁的应力扰动区范围，宜根据圣维南原理确定。B.1.2

混凝土桥梁的应力扰动区，可采用拉压杆模型按如下步骤进行简化分析：1)

根据结构边界条件及受力情况，确定应力扰动区的范围。2)构建应力扰动区的拉压杆模型。3)

根据应力扰动区边界上的作用力设计值和拉压杆模型的受力平衡条件，求解模型中各杆件的内力设计值。4)

进行拉杆、压杆和节点的强度验算，确认拉杆、压杆和节点区域所选择的材料强度、配筋及构造尺寸是否满足要求。5)

若验算不能通过，则需要对拉压杆模型的构形甚至结构尺寸进行调整，并重复以上步骤；若验算通过，再根据构造要求进行详细配筋设计。D区B区5

拉压杆模型方法附录

BB.2

构形方法B.2.1

拉压杆模型应满足受力平衡条件，

并

正确反映混凝土结构内部的力流传递特征。B.2.2

构建拉压杆模型

可

采

用

荷载路径法、应力迹线法、力流线法、最小应变能准则、最大强度准则等方法。CTT节点CCT节点CCTTCB.2.3

拉压杆模型中，拉杆与压杆之间的最小夹角不宜小于25°。TCCCCC节点C5

拉压杆模型方法附录

BB.3

验算内容B.3.1

拉压杆模型的拉杆、压杆和节点，应按下式进行承载力验算：5

拉压杆模型方法附录

B5

拉压杆模型方法附录

B5

拉压杆模型方法附录

BLb1θA1B1M1D2θC2M2θθC1θD1θA2B2Lb25

拉压杆模型方法附录

B节点范围可以有多种选取方法PPPA1A1A1B1B1B1CCC节点N1OOO尺寸M1C1C1C1D1D2C2C2C2CCT节点N2OO尺寸M2B2A2B2A2B2A2PPP5

拉压杆模型方法附录

B5

拉压杆模型方法附录

B5

拉压杆模型方法

弥散压杆和弥散节点的抗压强度，一般不控制设计，可以不验算。弥散压杆（smearedstrut）弥散节点（smeared

node）是指边界不明确的情况5

拉压杆模型方法

拉杆的配筋范围，结合具体构造情况布置，并会影响传力路径。拉杆(悬臂纵筋）CTT节点CCT节点C拉杆(下缘纵筋）TTCCTCCCCC节点C拉杆(分布箍筋）5

拉压杆模型方法

锚下劈裂力的计算配筋范围

宜在锚前方应力扩散区。偏心锚固时，参照等效棱柱体原则

锚固端剥裂力的计算配筋范围

表层钢筋，锚头之间拉结，不超过2倍锚垫板宽度。

表面拉力计算配筋范围

外缘钢筋

支座处横隔板计算配筋范围

纵桥向取3倍横隔板厚度范围内

齿块计算配筋范围

壁板内锚后拉力与局部弯曲配筋范围，取3倍锚垫板宽度5

拉压杆模型方法

配筋构造要求•

弥散压杆区的最小配筋率•

拉杆端部的最小锚固长度6

算例算例1:

端锚区配筋的抗拉承载力验算6

算例526

算例536

算例546

算例算例2:

三角齿块锚固区配筋的抗拉承载力验算556

算例三角齿块锚固区配筋图B抵抗锚下劈裂效应抵抗悬臂效应16@120抵抗锚下劈裂效应16@120抵抗悬臂效应20@15020@150抵抗锚后牵拉效应抵抗局部弯曲效应抵抗径向力效应抵抗锚后牵拉效应抵抗局部弯曲效应16@120A-AB-BB566

算例算例3:角隅齿块锚固区配筋的抗拉承载力验算576

算例586

算例角隅三角齿块锚固区配筋图16@120抵抗锚下劈裂效应B抵抗锚下劈裂效应抵抗悬臂效应C16@120抵抗悬臂效应抵抗锚后牵拉效应抵抗局部弯曲效应抵抗径向力效应20@150抵抗锚后牵拉效应BCA-A20@15016@120抵抗局部弯曲效应抵抗径向力效应B-BC-C596

算例算例4:支座处横隔梁顶部配筋的抗拉承载力验算1690/280B=720600/2Rd=19900kNs=600Rd=19900kNRd=19900kN606

算例A60

183b16@200AA-A616

算例算例5:

独柱墩顶部配筋的抗拉承载力验算626

算例636

算例646

算例算例6:

桩基承台配筋的极限承载力验算承台基本尺寸图（单位：cm）656

算例666

算例676

算例承台配筋图16251616AACBB1668C25166

算例696

算例707

结语及讨论（1）将混凝土结构划分成B区和D区，分别进行设计，是国际工程界的共识。

AASHTO

LRFDBridgeDesign

Specifications(5th

Edition).

Washington:

AmericanAssociation

ofStateHighwayand

Transportation

Officials,1994-.

ACICommittee

318.BuildingCode

Requirements

for

StructuralConcrete

andCommentary(ACI318M-08).

American

Concrete

Institute,2008.

CSA

International.Canadian

HighwayBridgeDesign

Code,

National

StandardofCanadaCAN/CSA-S6-00.2000.

Eurocode2:Design

ofConcrete

Structures—Part1-1:

General

rulesandrulesfor

buildings.BSEN1992-1-1:

2004.

Eurocode2:Design

ofConcrete

Structures—Part2:Concrete

bridges-Designanddetailingrules.BSEN1992-1-1:

2004.

FibModel

Code

2010.InternationalFederationfor

Structural

Concrete

(fib),

2010.

FIP

Practical

Design

ofStructural

Concrete.

London,

September

1999.

道路桥示方书·同解说,日本道路协会.

2002《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》在我国率先引进D区设计方法，国内混凝土结构设计规范、水工混凝土结构设计规范、铁路桥涵设计规范等，相信一定也会修订的。717结语及讨论（2）发展D区设计方法，旨在改变过去对应力复杂区的“凭经验”配筋，使之奠定在理性的基础上。

比如，以往担心梁端锚固区开裂，“凭感觉”密