中国公路桥梁设计规范部编

中国公路桥梁设计规范部编

1跨径桥梁设计、建造技术中的问题桥梁设计规范是体现国家桥梁施工技术的体现，也是行业技术的公开义务。中国公路桥梁系列规范既包含了国家对交通行业的宏观要求,也体现了交通行业约束自身健康发展的技术法规,同时还是建设成熟经验的总结,一般常说“成熟一条写一条”,就是指成熟的技术进入规范,而相对具有创新、独到且尚有争议、不成熟的技术一般不写进规范。大跨径桥梁却经常具有独特性、创新性,虽然桥梁构件无非受压、受拉、受弯、受剪、受扭或其中两个以上的组合,但也有一些技术措施和构件设计等具有较大的技术领先优势,但又不常用,因而难以体现成熟的概念。大跨径桥梁建设一般都受到高度重视,在许多设计、建造领域需要采用突破现行规范的技术,这些一般都经过严格的评审后才能进入设计和建设环节。在近几年中国设计、建设的许多大桥中,一般都采用多个规范来完成设计和建设,这也成为未来一段时间桥梁设计、建设的客观模式。是尽快建立完善中国的规范以方便实践实用,还是继续延续博采众长的现行模式,对于大跨径桥梁而言,是一个值得研讨的问题。2公路桥梁结构可靠性分析中国公路桥梁规范体系建立主要按照两条技术路线:一是和国标衔接;二是吸纳国内外桥梁建设成熟经验,在总结提炼的基础上编制公路桥梁建设规范。目前对公路桥梁系列规范有指导和约束作用的国标主要为《工程结构可靠度设计统一标准》和《公路工程结构可靠度设计统一标准》,这两者规定了规范理论必须采用极限状态法和分项系数法等,材料强度、作用(荷载)、抗力等分项系数必须通过概率统计以及可靠度分析来确定。在部分条款中还规定了一些分项系数的取值原则或具体取值规定。公路桥梁规范系列是公路工程规范体系的重要内容,具体划分如图1所示。3当前道路桥梁的规范和内容3.1jtg/t标准交通运输部建立了公路行业规范体系,目前包括41本JTG标准和近50多本JTG/T标准。公路桥梁系列标准规范是公路行业标准规范的有机组成部分,目前主要包括14本JTG标准(见表1)和30多本JTG/T标准(见表2)。3.2一些重要的现有桥梁标准的介绍3.2.1设计、管理、运行及安全性评价其内容在原《公路工程技术标准》(JTJ001-97)版的基础上纳入了公路功能、通行能力、服务水平等内容;将“小客车”定为各级公路交通量换算和通行能力分析的标准车型;调整了各级公路的设计速度、路基压实度、特大与大桥的分类、中与短隧道的分类;对公路交叉设计的主要技术指标、交通工程及沿线设施的分级与安全指标以及设施配置等进行了修订;在设计与管理思想上引入了运行速度和安全性评价的概念。现行《公路工程技术标准》在修订过程中充分借鉴和吸收了国外的相关标准和先进技术。进一步明确了各级公路的功能和相应的技术指标,突出实现了公路工程建设中安全、环保以及以人为本的指导思想和建设理念,科学、实用、易于掌握,对加快我国公路建设步伐,促进公路交通事业健康、协调、持续发展,具有重要的指导作用。3.2.2般构造和确定,应注意的其他构《公路工程抗震设计规范》是针对以桥梁、隧道和路基挡土墙为主的公路结构物,在进行抗震设计时规定的相关构造和计算等内容。具体包括路线、桥位和隧道选址及路基的一般规定;路基和挡土墙强度和稳定性验算;桥梁地震荷载和强度及稳定性验算;隧道强度和稳定性验算以及各类结构物的抗震构造措施等。3.2.3设计内容和目标是对《公路工程抗震设计规范》中桥梁部分的修订,在其基础上增加了特殊结构桥梁的抗震设计内容和减隔震桥梁的设计原则和有关规定,增加了抗震分析建模原则和抗震分析方法、桥梁延性抗震设计能力保护原则、延性构造细节和设计的有关规定;修订了相应的设防标准和设防目标;地震作用部分修订了水平设计和加速度反应谱,补充修订了地震土压力计算公式等。3.2.4长期效应组合时准不同现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)对原规范进行了较大的修改,明确了公路桥涵结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计,并引入了结构设计的持久状况、短暂状况和偶然状况三个设计状况;引入了作用的短期效应组合和长期效应组合,并提出了各种可变作用短期效应组合时的频遇值系数和长期效应组合时的准永久值系数;主要对汽车设计荷载进行了修订,取消了原通用规范的验算荷载;修改了冲击系数计算方法;调整了温度梯度曲线的规定;调整了风荷载的计算公式;增加了汽车撞击荷载的计算和设计要求;补充了通航海轮船舶撞击作用的规定;补充了冰压力的计算方法和计算公式等相关内容。3.2.5受弯构件承载能力的改变采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,改变了材料强度的取值原则;在原85版规范基础上改进了各种受力构件的正截面和受弯构件斜截面的承载能力计算内容;改善了预应力混凝土受弯构件的抗裂限值、裂缝宽度和构件刚度的计算方法,以及预应力损失等。对桥梁构造做了补充,增加了有关构件的耐久性规定。3.2.6后压浆结合工程特性的制度设计引入了极限状态设计原则,在原《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)基础上修改了地基土的分类及工程特性的有关规定,补充修订了公路桥涵浅基础设计的有关规定,有关冻土地区的基础设计采用了最新的科研成果;完善了桩基础设计的有关规定,补充了后压浆设计等程序的先进技术;完善了沉井计算的有关规定,新增加了地下连续墙设计内容。3.2.7桥梁结构养护部分在基础上进行修订《桥梁养护规范》是为了适应新形势的要求,在原《公路养护技术规范》中的桥涵养护部分的基础上进行的修订,包括桥梁检查与评定、各种桥型的上部结构养护及下部结构养护、通道和跨线桥与高架桥养护、桥梁抗震加固、超重车过桥措施、漫水桥和漫水路面养护、调治构造物养护、桥梁灾害防治与抢修、涵洞的检查与养护等相关内容。3.2.8加固材料选用原则及安全性能指标在吸收近年来桥梁加固设计经验和研究成果的基础上,给出了桥梁加固设计原则、程序与基本要求,桥梁加固材料的选用原则及主要材料的安全性能指标;给出了常用构件的加固方法,提出了各种桥型及其基础的加固设计计算和构造要求,并对桥梁抗震加固方法、裂缝处理和桥梁支座、伸缩装置更换等明确了处理措施和要求。4中国桥梁规范与内容4.1承载能力极限状态法在我国我国《侵权法》上的改正在修编的《公路钢结构设计规范》是在原《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)中钢结构部分基础上进行的修订,由原规范的容许应力法计算改为采用承载能力极限状态法进行设计,该规范修改过程充分考虑了与现行相关标准的衔接,充分反映当前科学技术的发展水平。编写的重点内容放在设计理论、钢材类型与构件稳定性计算方法、钢桥桥面板的构造和设计计算方法、钢箱梁桥的构造和设计计算方法、组合结构桥梁的构造和设计计算方法、疲劳设计荷载与设计方法等方面。4.2设计和施工技术《钢—混凝土组合结构桥梁设计施工细则》是一本结合设计和施工技术要求的规范,该细则是在近年来我国公路组合结构桥梁发展的基础上,对其设计和施工技术进行的经验总结,以期为今后的组合结构桥梁建设提供指导。编写过程中将针对组合结构桥梁连接件的设计计算方法、负弯矩区裂缝控制、组合桥面板的设计计算、混合结构相关计算以及施工中组合结构桥梁的施工特性进行着重研究。4.3大跨径梁桥设计指南近些年来,大跨径梁桥的建设已经比较普及,但长期运营后,普遍存在主梁开裂、下挠等现象,因此编制《大跨径预应力混凝土梁桥设计施工技术指南》具有很强的针对性,既能填补推荐性标准的空白,又能及时总结成熟的实践经验和先进的科研成果并纳入规范,为桥梁建设提供更多的指导。本指南分为设计篇和施工篇,设计篇主要从大跨径梁桥采用的材料、构造要求及计算分析、耐久性设计、开裂设计、下挠设计等各方面采取措施和手段;施工篇主要提出了关键构件的施工要求和注意事项,从理论和实践两方面保证设计及施工质量,以消除或减轻后期的开裂和下挠问题,解决因此带来的结构安全隐患。4.4汽车荷载标准在超载现象难以杜绝,同时新的计重收费政策实施并开始在各地高速公路及国道公路普及的时候,在前期超载车辆造成的桥梁、道路等基础设施的破坏以及国内专家学者认为我国公路桥梁设计汽车荷载标准偏低的情况下,正在进行修编的《公路桥梁荷载标准》将在完善现有桥梁车辆荷载等级划分标准、提高现有桥梁汽车设计荷载标准的适用性两个方面进行充分深入的研究,对现行公路桥梁汽车设计荷载标准进行补充和完善,以期达到适应交通运输的需求、保证桥梁安全的双重目的。4.5疲劳荷载的确定正在进行编写的《公路钢结构桥梁设计规范》参考欧洲及美国等相关规范内容,对疲劳设计进行了规定,确定了能够适应我国车辆水平的四个代表性的疲劳荷载模型。同时在《公路桥梁荷载标准》中也将对公路桥梁设计中的疲劳荷载开展进一步的研究,并且疲劳设计问题在相关的《钢-混凝土组合结构桥梁设计施工细则》及其他规范中也将涉及到。5目前的桥梁规范与大型跨桥的不适应性分析5.1设计整体规范公路桥梁车辆荷载疲劳问题已经引起了国内的重视,就规范规定而言,相对欧美等国际规范规定的内容有较大差距,设计一般参考欧、美、英规范的做法。近几年,交通行业利用多个已立项的研究课题开展车辆疲劳荷载专题研究,将在疲劳车、疲劳模型荷载、疲劳应力和承载能力等方面有所突破,并能为设计规范采用后进入实际应用领域。5.2主引桥及局部构件折减系数的确定车辆荷载纵横向折减是国际通用的设计方法,主要考虑设计车辆荷载在纵横向满载的出现概率较小,设计时应折减。但折减系数的大小值得研究,尤其是按照出现概率和损失大小综合考虑风险可接受程度因素后,对于大、中、小桥等不同桥梁、长大桥梁的主引桥以及局部构件就应有不同的折减系数,有的可能还需要适当提高。因为在中国,实际运输车辆超载问题非常突出,超载车辆在桥梁上排队的现象发生概率较高,局部路段的大车拥堵还成为常态,单一的以跨径大小确定纵横向折减系数大小的方法应研究改进。5.3期、作用强度问题桥梁抗震、抗风等性能设计是长大桥梁安全设计的核心技术之一,选取什么样的重现期、作用强度既是技术问题,也是政策问题。目前的规范已经着手改进大跨径桥梁的抗震、抗风设计方法,但仍难以满足各种特殊环境下桥梁建设的要求。一些先进的新技术、新设备等还需要在规范中引进并加以推广应用,如减隔震措施、阻尼器的应用等。5.4混合结构的设计钢结构和组合结构设计规范的滞后已经严重影响着两种结构在公路桥梁选型上的应用,而由于这两种结构涉及钢材和混凝土两种材料,目前的实际设计仍存在容许应力法和极限状态法混合并用的现实,即使国际上也是两种方法都有,应用中实际矛盾比较多,而统一编写成规范又缺乏“成熟一条写一条”的基础。5.5混合桥梁作用发挥及其影响效应组合的解决在公路桥梁系列规范中,不涉及公路和铁路、轨道交通等混合建设的桥梁的条文规定,其作用(或荷载)及其效应组合都需要研究解决,而在没有国内现成经验可借鉴和利用的前提下,依托国际上的先进规范也是可行的方法之一。5.6率隐蔽失效理论现行的公路桥梁规范利用概率论、可靠指标研究等推出了极限状态设计法中的分项系数,将超越概率隐含在研究过程中,也就是将失效概率隐含在可靠指标中,而缺少能引起社会和行业重视的比较显性的失效概率,也缺少利用风险事故、倒塌概率以及损失严重程度等综合理论来诠释桥梁结构失效问题,造成了桥梁安全度概念缺失以及难以引起设计、建设、管理单位重视桥梁安全风险等问题。6关于关键技术问题和解决办法6.1关于工程使用期的问题国务院2000年279号令发布的《建设工程质量管理条例》第二十一条规定:“设计文件应当符合国家规定的设计深度要求、注明工程合理使用年限”,工程合理使用年限是指从工程竣工验收合格之日起,工程的地基基础、主体结构能保证在正常情况下安全使用的年限。第四十二条规定:“建设工程在超过合理使用年限后需要继续使用的,产权所有人应委托具有相应资质等级的勘察、设计单位鉴定,并根据鉴定结果采取加固、维修等措施,重新界定使用期”。现行公路工程技术标准和桥梁系列设计规范中仅提出设计基准期的概念,而不提设计使用年限,且明确说明了两者的不同含义。根据国际先进规范均提出使用年限的实际以及国内对设计使用年限的规定和实际需求,下一轮规范修编时,设计使用年限将是一个重要的修订内容。6.2结构体系内的荷载调整系数设计使用年限是确定桥梁结构耐久性设计的基础,在2008年修编报批的国标《工程结构可靠性设计统一标准》中,定义的设计使用年限(designworkinglife)为设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限,并提出了与之配套的“关于结构设计使用年限的荷载调整系数”附加在可变作用效应组合分项系数上。具体取值为:“应按有关规定采用,对设计使用年限与设计基准期相同的结构,应取γL=1.0”。公路行业的具体规定尚未开展研究,建议有关部门尽快立项开展研究,以促使下一轮规范修编时加入。6.3关于车辆荷载现行的设计规范给出了组合作用的效应系数,但其和实际需要的适应性需要进一步研究,尤其是车辆荷载采用了较低的分项系数引起了行业专家的质疑。在车辆荷载超载等作用下,桥梁的安全储备急剧降低,个别地方还导致了桥梁的直接倒塌、倾覆。研究组合作用的效应系数适应性,将对桥梁设计安全产生较大影响。6.4从公路、铁路、轨道交通系统预留缺陷随着跨越大江大河交通通道桥梁等的建成,通道资源越来越少。目前建成或在建的项目多以公路桥梁为主,已经有专家上书国务院,请考虑越江桥梁立项时考虑公路、铁路、轨道交通等相互预留。公路桥梁设计规范中尚未规定汽车荷载和铁路、轨道交通荷载作用的组合问题,这也是需要加快研究立项并争取在未来的规范修编时考虑的问题。7未来，提出了一条标准的大跨径道路桥梁建设方法7.1进一步完善现行规范体系的必要性现行规范体系的补充和完善工作可能会在未来5年左右时间完成,基本能够满足常规桥梁和部分大跨径桥梁的设计需求,但仍有很多复杂的政策、技术问题等难以在本轮规范修编中体现和完成,难以满足社会和行业的实际需求。但加快完善现行规范体系建设,仍是目前的紧迫任务。加快完善需要投入更多的人力、物力,更需要时间和经费,尤其需要得到行业内院士、大师及更多专家的支持,这是编制高水平规范的基础和前提。7.2促进国际桥梁规范的引进与吸纳在国内规范难以满足大跨径桥梁设计需求的前提下,各个建设项目已经采用了国际规范作为补充,并提出了“就高不就低”的原则。中国的桥梁建设要接受国际同行的评审,中国还要走向世界建造更多的桥梁,而现有的规范肯定是不能完全满足所有需求的。