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钢—混凝土叠合梁桥全桥空间网格模型型截取一个节段截面划分混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法原断面传统叠合梁板式构件分离混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法要点1——面内受力和面外受受力要点2——每块板的三层应力力面外（反映局部荷荷载）面内（反映整体荷荷载）混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法箱梁结构应该关注注的9个指标应力混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法一维应力与二维应应力的区别是：一一维应力产生的裂裂缝是从截面边缘缘开始的，并不会会贯穿板厚，剪应应力照样可以传递递；而二维应力产产生的裂缝是全截截面的，是贯穿板板厚的，剪应力无无法传递。空间网格模型可以以得到表中所有需需要关注的一维应应力和二维应力为为代表的指标应力力。应该特别指出出,这些指标应力与桥桥梁结构材料是无无关的，即适用于所有材材料，包括钢结构构、叠合梁结构和和混凝土结构以及及其它形成板式受受力构件的材料。。桥梁结构整体分析析的最终目标是验验证受力的安全性性及配筋。所有一一维应力下需要校校核的应力特征在在二维应力情况下下同样需要校核，，例如钢结构或许许存在主应力方向向上的疲劳。而对对于混凝土结构，，就要针对前述表表中各项指标应力力进行配筋。混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法箱梁应力特征及配配筋方法的适用性性混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法对于剪应力超静定定分布的箱梁截面面，主要关注主轴轴面内受力的传统统方法是将之等效效为I字型截面梁来处理理。箱梁等效为工字梁梁梁与薄膜（Membrane）的转化关系——箱型截面混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法指标内力下箱梁截截面的应力分布箱梁截面在内力计计算效应（六项内内力）的作用下的的实际应力分布如如下：梁与薄膜（Membrane）的转化关系——箱型截面混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法设计方法与规范的的缺失——没有建立针对顶底底板的配筋方法？混凝土结构面向配配筋的精细化整体体分析方法混凝土桥梁结构的的精细化设计方法法1.设计计算方面的不不足：没有解决内内部超静定问题，，即无法算清楚超超静定剪力流的分分布结果：直线或曲线的箱梁梁桥的设计计算的的困难；对结构性性开裂原因分析不不清楚。2.现行配筋方法的不不足：仅针对梁，，缺失针对“薄膜膜”（Membrane）的配筋方法结果：忽略了箱梁顶底底板的剪切配筋筋；箱梁顶底板板、结合梁的桥桥面板配筋方法法缺失小节混凝土结构面向向配筋的精细化化整体分析方法法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法从计算分析到配配筋存在两个关关键问题：分析方法需要面面向配筋，即仍仍然适用梁系本本质，同时需要要解开所有断面面的内部超静定定和空间效应——面向配筋的精细细化整体分析方方法需要克服混凝土土构件剪扭配筋筋设计的症结——混凝土构件剪扭扭配筋的新方法法混凝土结构面向向配筋的精细化化整体分析方法法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法箱梁应力特征及及配筋方法的适适用性混凝土结构面向向配筋的精细化化整体分析方法法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法返回现行规范体系对对于顶板和底板板面内的薄膜（（Membrane）的剪切配筋方方法是缺失的，，而针对腹板配配筋的原苏联脱脱离体理论是有有缺陷的。将混凝土结构的的配筋和计算连连通的基础有两两个：能够完整得到该该表中的所有应应力特征能够建立针对所所有应力特征的的配筋方法剪切配筋新方法法的提出混凝土结构面向向配筋的精细化化整体分析方法法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法梁的设计状态混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法设计方法的矛盾盾之处：——轴力、弯矩：满满足平面假定，，设计方法为针针对“截面”的的方法——剪力、扭矩：不不满足平面假定定，设计方法为为针对“结构””的方法——当弯、剪、扭组组合受力时，配配筋理论难以协协调，只能大量量依赖试验结果果混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土和钢筋的的联合抗剪机制制是目前各国规规范中各种抗剪剪配筋方法的差差异所在，这反反映在三个方面面：混凝土的抗剪贡贡献以及贡献机机制抗剪钢筋的配置置形式及贡献机机制抗剪钢筋的配置置数量（数学学模型）混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法梳齿状结构表示示的抗剪受力机机制认为当箍筋屈服服后，剪力完全全由剪压区混凝凝土承担，即下下半截脱离体或或梳齿状结构中中的“齿”均没没有受剪作用。。脱离体模型的抗抗剪机制混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法腹剪破坏模式极限脱离体的弯弯剪破坏模式（斜截面抗弯存存在吗?)混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法桁架模型以及美美国ACI规范、欧洲规范范桁架模型的平衡衡混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计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：最差的是中中国规范采用的的脱离体理论，，严重高估混凝凝土的抗剪贡献献，造成剪切配配筋不足，一旦旦出现剪切裂缝缝钢筋马上屈服服，引发持续下下挠！混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法抗剪构件的广义义化箱梁顶板、底板板的受力状态是是与箱梁腹板的的受力状态是一一样的，都是均均是承受主拉应应力的构件，所所以剪切配筋方方法实质上就是是针对主拉应力力的配筋方法。。箱梁顶板、底板板与箱梁腹板一一样都是抗剪构构件！混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法抗剪配筋布置形形式“拉应力域”的的抗剪配筋新理理论的实质是采采用“薄膜化””的钢筋来抵抗抗任意位置“拉拉应力域”内的的主拉应力。在工程实践中，，体现为正交双双向网格配筋。。这种抗剪配筋筋形式适用于所所有板式构件，，即不光适用于于传统的承剪构构件—腹板，也适用于于同样为承剪构构件的箱梁顶板板和底板。混凝土构件剪扭扭配筋新方法混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法预防开裂下挠核核心理念：结构计算：三三层应力抗剪配筋：网格格配筋所有二维受力板板式构件均为承承剪构件，均需需要剪切配筋；所有有二维受力构件件的纵横向钢筋筋均是需要设计计算的的抗剪钢筋。分析方法和配筋筋设计总结混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法分析方法和配筋筋设计的总结混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法分析方法和配筋筋设计的总结返回混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术体外预应力技术术在中国的应用用苏通大桥深水区区段预制节段施施工及体外束布布置混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术新滩綦江大桥是是西部开发省际际公路通道重庆庆绕城公路南段段上一座跨越綦綦江的大桥，主主桥为跨径75+130+75米三跨一联的预预应力砼连续刚刚构桥，分左、、右两幅，各宽宽16.75米。大桥左幅为为全体内预应力力体系配置；右右幅为体内、体体外混合的预应应力配置，其Ⅰ期束为体内预应应力体系，Ⅱ期束为体外预应应力体系。混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术应用的目的和解解决的问题钢束体系耐久性性有保证钢束体系的耐久久性有保证是指指体外预应力钢钢束可检测、可可更换的特点使使其“看得见、摸摸得着”。使用用体外预应力钢钢束，实际上将将这些预应力钢钢束的“属性”从“永久””转为“可换””，即与斜拉索索、支座、伸缩缩缝等构件属于于同一范畴，所以其耐久性是是有保障的。混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术施工方便且质量量易保证体内束的管道布布置、穿索等工工序烦杂，在大大跨结构中由于于钢束众多，故故预应力钢束的现现场施工较麻烦烦，同时混凝土土浇筑难度大；；体外束钢束布置置在外，混凝土土浇筑质量易保保证，特别当采采用预制节段施施工时，混凝土施施工基本在预制制场内，质量可可以完全保证。。混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术设计较为自由设计较为“自由由”是指预应力力钢束布置方便便，采用体内体体外混合配束后后，可以去掉为了体体内钢束布置而而增加的结构非非受力构造尺寸寸，可以避免体体内钢束布置时的过分分“拥挤”甚至至“打架”，也也可以避免为了了减少钢束数而而采用过大直径的体内钢束。。体内体外钢束比比例？？？混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术体内体外钢束比比例从国际上的应用用来看，这个比比例并没有一个个确定值，一般般认为结构的自自重由体内钢束承承担，而体系转转换后的恒载以以及活载，则由由体外钢束承担担，这样施工比较方便便。LongKey桥以及世界上许许多城市采用的的干接缝预制节节段逐跨施工桥桥梁，体外钢束用用量为100％，施工更为方方便和快捷。混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术体内体外钢束比比例与桥梁结构的施施工方法和配束束方式密切相关关的逐跨施工桥梁，，施工时简支状状态受力与成桥桥结构受力相差差有限，且大部部分钢束为正弯矩简支支钢束，可采用用完全或较高比比例的体外束；；悬臂施工的桥桥梁，施工时受力与成成桥时受力很不不相同，且体外外预应力钢束用用于负弯矩区域域付出的钢束效率（偏偏心距）代价过过高，采用全体体外配置明显不不合理。体外预应力钢束束的比例≠先进进程度混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术体内体外钢束比比例从属于整个桥梁梁结构的耐久性性设计体外预应力钢束束的属性从“永永久”变化为““可换”，设计计需要为这些钢钢束的可换性预留施工空间和和通道，甚至照照明；而剩下的的体内钢束就需需要与普通钢筋筋一样抵抗外界可能产产生的侵蚀，就就要与整体桥梁梁结构一起进行行耐久性设计和和相关措施保证，以确确保桥梁设计年年限内的安全性性。混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术重庆绕城高速公公路綦江新滩大大桥右幅桥为中中跨130米、悬臂浇注施施工的大跨径预应力混混凝土连续刚构构桥；I期悬臂施工钢束束采用体内预应应力钢束，II期成桥钢束采用用体外预应力钢钢束和体内上弯弯束相结合。尽尽可能多地采用用耐久性更好的体外预预应力钢束时体体内预应力仅克克服悬臂施工恒恒载，并尽量下下弯提供预剪力。最终终墩顶截面处体体内体外预应力力钢束的比例达达到1.47:1。体内体外钢束比比例——西部课题《体外预应力混凝凝土桥梁设计施施工技术研究》依托工程实例应用混凝土桥梁结构构的精细化设计计方法体外预应力技术术辽宁省铁岭至朝朝阳高速公路K240＋550匝道桥为中跨40米的中小跨径连连续梁桥，采用满满堂支架现浇施施工。钢束在施施工时一次上齐齐，故采用同样样设计原则，即尽可能能多地采用耐久久性更好的体外外预应力钢束时时，体外预应力力钢束的比例就会相当当大，该桥体内内体外预应力钢钢束的比例为0.22:1。体内体外钢束比比例——西部课题《体外预应力混凝凝土桥梁设计施施工技术研究》依托工程实例应用悬臂施施工的的大跨跨径预预应力力混凝凝土桥桥梁，，跨径径越大大，悬悬臂施施工部部分的的体内内预应应力钢束束所占占比例例就会会越多多，成成桥体体外预预应力力钢束束所占占的比比例就就会越越小。。混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法对于承承受正正应力力σx，σy和剪应应力τ的构件件，主主拉应应力计计算方方法为为：箱梁抗抗裂减小主主拉应应力增大σx减小τ增大σy竖向预预应力力零弯矩矩法体内体体外混混合配配束混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法“零弯弯矩””法减小的的主拉拉应力力是箱箱梁全全断面面的，而而不仅仅仅是是腹板板的，，对预预防箱梁梁底板板的剪剪切开开裂是是有利利的，，同时时纵向向预应应力施施工可可靠。。但是，，σx和τ相比，，对减减小主主拉应应力的的贡献献“迟迟钝””许多多。需需要更更多的的非结构受受力需需要的的构造造尺寸寸或更更大直直径的的钢束束，耗费材材料。竖向预预应力力的施施工质质量难难以保保证；；同时时只对减减小腹腹板的的主拉拉应力力有用，，而对减减小箱箱梁顶顶底板板的主主拉应应力没没有作作用。。混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法能够结结合箱箱梁结结构的的抗裂裂性需需要是体外外预应应力钢钢束更更需要要关注注的优优点，即即采用用了体体外预预应力力钢束束的情情况下，可可以““腾出出”箱箱梁腹腹板来来布置置一些些上弯的的体内内预应应力钢钢束。。新滩桥桥箱梁梁截面面示意意图混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法新滩桥桥右幅幅桥体体内预预应力力束布布置图图混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法新滩桥桥右幅幅桥体体外预预应力力束布布置图图混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法新滩大大桥的的钢束束设计计基本本特点点为：：墩顶顶及负负弯矩矩区段段由下下弯的的Ⅰ期体内钢钢束与与具有有较大大专项项角度度的体体外束束共同同提供供预剪剪力，，边跨跨和中中跨的的正弯矩矩区段段由II期体内内上弯弯束提提供预预剪力力。这这样，，全桥桥预剪剪力可可以由由可靠的纵纵向预预应力力钢束束提供供，从从而减减小了了全断断面的的剪应应力及及主拉拉应力力，这这种体内内、体体外混混合配配束方方式能能够完完全替替代竖竖向预预应力力筋的的作用用。混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法通过减减小剪剪应力力τ来减小小主拉拉应力力，方方法是是寻找找桥梁梁全长长范围围内最最优的的预剪力分分布，，从而而通过过减少少自重重剪力力、提提高预预应力力钢束束预剪剪力的的方法法将桥桥梁全长长范围围内的的剪应应力降降下来来。如如前所所述，，主拉拉应力力对于于剪应应力τ非常敏感，，采用用这种种新方方法不不会增增加截截面尺尺寸，，也不不用增增加耗耗费预预应力力材，，重点在在于配配束方方式的的优化化，是是更为为合理理的箱箱梁结结构配配束方方法，，并具具有更更为可靠靠的抗抗裂性性。混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法箱梁截截面中中剪应应力关关注位位置为为图中中的A、B、C、D四点。。D点常被忽忽视，，且正正是竖竖向预预应力力照顾顾不到到的““盲区区”，，必须须特别别注意意。箱梁截截面上上剪应应力关关键位位置混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外预预应力力钢束束设计计方法法四点恒恒载剪剪应力力比较较计算算结果果：采采用体体内体体外混混合配配束的的右幅幅桥恒恒载剪剪应力都明明显小小于左左幅全全体内内配束束的恒恒载剪剪应力力。混凝土土桥梁梁结构构的精精细化化设计计方法法体外预预应力力技术术结合箱箱梁抗抗裂性性的体体外