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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,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,一、桥梁设计规范简介,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）,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,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,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,欧洲结构设计规范构架,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）,中国桥梁规范,对混凝土材料物理力学性能要求,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,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。,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,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线钢筋最小混凝土保护层厚度（mm）,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,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,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,美国桥梁规范,对混凝土材料物理力学性能要求,混凝土等级说明,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：普通混凝土在5.414.410-6/C,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。,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）,二、混凝土材料规范比较,原材料与测试标准,水泥 细骨料（砂） 粗骨料（石） 水,原材料与测试标准-水泥,水泥品种和等级,原材料与测试标准-水泥,国内外水泥品种,原材料与测试标准-水泥,国内外水泥品种,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）,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,原材料与测试标准-水泥,化学组成,原材料与测试标准-水泥,物理性能,原材料与测试标准-水泥,强度,原材料与测试标准-砂,砂（细骨料）,原材料与测试标准-石,石（粗骨料）,原材料与测试标准-水,水,混凝土配合比设计,混凝土配合比设计基本要求 强度标准值和配比强度关系 混凝土试配要求,混凝土配合比设计-混凝土,混凝土配合比设计,混凝土配合比设计-混凝土,强度标准值和配比强度关系,混凝土配合比设计-混凝土,混凝土试配要求,混凝土质量控制,混凝土质量控制,混凝土质量控制,三、混凝土强度换算,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）,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，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,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,k,fc = 0.79 fcu,k,中美混凝土强度值换算,中美规范混凝土试件抗压强度值对比（MPa）,经比对可知：,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。,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，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/ 。,对于各种受力状态， 0.69,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。,中国规范,美国ACI,中美混凝土强度值换算,中美混凝土规范弹性模量（Ec）对比,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,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设计原则、材料选取、构造设计方面的详细规定和说明得以反映。我国规范在此方面尚需进一步完善。 总体上，美国规范中钢筋保护层厚度大于我国规范，而且依据构件类型、暴露环境、钢筋尺寸和制作方式对保护层厚度作出规定。,总 结,整体上，中美规范在混凝土强度计算方面没有显著差异。但是，美国依据结构件受力状态不同而引入不同的名义承载力折减系数，对于混凝土强度设计值取值更为合理。由于中国规范引入了较小的折减系数值，因而混凝土强度设计值取值更为保守。 中、美国规范分别采取原点切线弹性模量和45%强度应力水平的割线弹性模量作为计算依据，因此，中国规范中弹性模量计算值高于美国。,总 结,在混凝土原材料及实验标准、混凝土配合比设计、混凝土质量控制等方面，中美混凝土规范并无显著差别。 在混凝土强度评定方面，中、美规范均采用平均值与最小值的联合评定方法