公路桥梁设计规范答疑.ppt

1、公路桥梁设计规范答疑的意见，张，哈尔滨工业大学，2010年3月，公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范答疑的意见，(D62-2004)，1总则，主要与耐久性设计有关的问题将另行说明，3材料，提出的问题主要与新材料的应用有关。参见桥梁设计规范的学习和应用。注释3.4高强度混凝土和中高强度钢筋在桥梁结构中的应用。(1)提高混凝土强度等级是结构工程的一大技术进步。提高混凝土强度等级带来的直接好处是可以减小结构的截面尺寸，减轻结构自重，提高结构在外荷载作用下的承载力，特别是对于主要承受轴向压力的构件。适当提高混凝土的强度等级，有必要提高混凝土结构的耐久性。在耐久性设计中，混凝土强度等级的要求与混凝土

2、的密实度有关。高强度等级混凝土具有良好的密实性和耐久性。建议改变传统的设计习惯，适当提高设计选用混凝土的强度等级：C30C35用于钢筋混凝土受弯构件；C30C40钢筋混凝土受压构件采用。预应力混凝土构件采用C40C60。C50以上高强混凝土的采用应参照高强混凝土结构技术规范(CES104-1999)执行。(2)中高强度钢筋的应用长期以来，我国钢筋混凝土结构的主导钢筋是强度为335兆帕的一级钢筋，强度为235兆帕的一级钢筋被广泛用作辅助钢筋，比国外低一个强度等级。低强度导致的配筋率增加不仅降低了经济效益，而且使钢筋密集设计和施工变得困难。20世纪90年代以来，中国冶金部门引进了国外技术和设备，开

3、始按照国际标准的要求生产新的钢筋。利用我国钒资源，微合金化热轧钢筋生产高质量、低价格的HRB400热轧钢筋(新钢种)。与HRB335钢筋(原级钢筋)相比，其强度提高了20%，并具有较高的延性、锚固性能和焊接性。还增加了许多用于预应力混凝土结构的中高强度低松弛钢丝和钢绞线的新品种。性能优异的螺旋肋钢丝逐渐取代缺口钢丝；两股和三股钢绞线使高效预应力构件小型化成为可能，强度等级基本齐全。然而，这些质优价廉的新品种推广速度太慢。特别是HRB400钢棒(新钢种)早在20世纪80年代就已开发应用，并在90年代得到评价，但至今尚未广泛推广，很少用于桥梁结构。其原因不仅受传统设计习惯的影响，还与过时的设计规范

4、和所谓的“标准图”设计的约束直接相关。混凝土结构设计规范(GB50010-2002)明确提出钢筋混凝土结构中建议采用HRB400钢(新钢种)作为主筋，HRB335钢(原钢种)作为辅助筋；在预应力混凝土结构中，建议采用高强钢绞线作为主筋。虽然新修订的桥梁规范JTG D62没有明确提出将HRB400作为钢筋混凝土结构中的主导钢筋的设计思想，但它已作为钢筋混凝土结构的主要钢材之一被纳入规范。我们相信，随着科学研究和工程实践的进步，HRB400钢筋在桥梁工程中的应用必将有更大的发展。4桥梁计算的一般规定，具有普遍性的问题(第137-138页)，T形梁和箱形梁受压翼缘的有效宽度的应用，T形梁受压翼缘的有

5、效宽度，以及T形梁在荷载作用下发生弯曲变形时翼缘宽度方向上的纵向压应力分布不均匀需要指出的是，上面给出的T梁和箱梁的有效翼缘宽度都是根据弯曲工作状态得到的，不适用于承受轴向力的构件。为此，桥梁规范JTG D62进一步明确规定，在计算预应力引起的混凝土应力时，预应力作为轴向力引起的应力可按翼缘全宽计算；预应力偏心产生的弯矩产生的应力可根据法兰的有效宽度计算。在分析超静定结构的作用(或荷载)效应时，梁的翼缘宽度可视为全宽。5持久条件下承载力极限状态计算、5.2受弯构件正截面承载力计算的基本方程和适用条件5.2.1-5.2.3、预应力混凝土T形截面受弯构件正截面承载力计算图、预应力混凝土T形截面受弯

6、构件正截面承载力计算图、 正截面抗弯承载力计算基本方程JTG D62桥规给出的钢筋混凝土和预应力混凝土T形截面受弯构件正截面抗弯承载力基本方程如下：1中性轴位于翼缘，即xhf，混凝土受压区为矩形，应按bf宽度的矩形截面计算(图5.1-1.a)。 此时应满足以下条件：(5.1-1)正截面承载力计算公式，由内力平衡条件得到：(5.1-2)平衡条件，即所有力在受拉钢筋的合力作用点上产生力矩，即MZ=0，(5.1-3)平衡条件，即所有力在受压区混凝土的合力作用点上产生力矩。应用上述公式时，截面受压区高度应满足以下条件：(5.1-5)当受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋时，x2a (5.1-6)当受压区

7、为正时，只配有纵向普通钢筋或普通钢筋。此时，截面不满足公式(5.1-1)的条件，其正截面承载力的计算公式是从内力平衡条件得到的：从水平力平衡条件，即X=0到(5.1-8)，从所有力在受拉钢筋力的作用点上产生力矩的平衡条件，即从MZ=0到(5.1-9)，应用上述公式时应注意满足xbh0的限值。在xhf的情况下，通常可以满足x2a或x2as的限制条件，因此这种检查计算是不必要的。，公式适用条件的说明，(1)最小配筋率的限值规定了配筋较少的梁与配筋适当的梁之间的边界。根据桥梁规范的JTG D62，矩形和t形截面受弯构件的最小配筋率限值可写成：As/bh0min0.45ftd/fsd，且不小于0.2%

8、，其中：b为矩形截面的梁宽，t形截面的腹板宽度；h0截面的有效高度，即纵向受拉钢筋的结合力点到受压边的距离。根据JTG D62，预应力混凝土受弯构件的最小配筋率应满足以下条件：其中：受弯构件正截面抗弯承载力设计值；受弯构件正截面开裂弯矩。，(2)最大配筋率限值规定了超筋梁与钢筋梁之间的界限。钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件的最大配筋率一般由混凝土受压区的高度控制。在xb h0公式中：xb是相对于边界破坏时混凝土受压区的高度；b相对极限受压高度，又称混凝土受压区高度的极限系数。问题(第148页问题1，第150页问题4):应力验算和承载力计算结果符合规范要求，但不符合xb h0的要求。你能忽略这个

9、要求吗？应该如何解决？xb h0的极限是最大配筋率的极限。如果不满足这一要求，将进行超强化设计，构件将发生脆性破坏，这在设计中是不允许的。承载力计算当xb h0不满足时，如何改进设计？增加梁的高度，梁的有效高度h0是影响梁的正截面工作性能的最重要因素。合理梁高的选择一般由设计x0.7b h0控制，由该控制条件得到的梁高即为合理梁高。钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构设计原则(截面设计、梁高选择)见第99页。通常，根据结构要求，参考现有设计数据和经验数据(高跨比h/L)确定梁高和截面尺寸，然后计算恒载内力，得到弯矩的组合设计值，再根据受力要求调整梁高。从上面给出的计算所有受弯构件正截面受弯承载力的

10、基本方程的公式(5.1-9)中可以看出，如果公式中的x被代入，可以得到一个未知数的二次方程。为了保证梁的塑性破坏性能，混凝土受压区的相对高度应小于相对极限受压高度，如果选择合适的值(当梁的高度有限时，选择较大的值；当梁的高度不受限制时，选择较小的值)，将其代入上述公式，得到系数a、b、c，并求解二次方程，得到梁的有效高度。梁的实际高度为(其中，它是从受拉区中预应力钢筋和普通钢筋的合力点到截面受拉边缘的距离)。如果计算梁高与假定梁高相差较大，应重新计算恒载内力，并根据调整后的内力适当修改梁高。、不符合xb h0的要求，如何解决？增加受压腹板(梁肋)的宽度。连续梁支点附近截面的下缘受压，导致受压区

11、高度过大，可能不满足xb h0。因此，有必要适当增加连续梁支点附近腹板(梁肋)宽度，增加受压钢筋形成双筋截面，降低混凝土受压区高度，提高混凝土设计强度等级，降低混凝土受压区高度。(3)双筋截面受压钢筋应变限值JTG D62在计算双筋截面(或)时引入了混凝土受压区最小高度的限值条件，这一限值的实质是限制受压钢筋在极限状态下的应变，其目的是保证受压钢筋的应力在极限状态下能达到抗压强度的设计值。普通钢筋和预应力钢筋的抗压强度设计值是在受压区混凝土达到极限破坏时受压钢筋的应变(或)=0.002的条件下确定的。如果(或)，则表明受压钢筋太靠近截面的中性轴，当梁损坏时，受压钢筋的应变不能充分发挥，其应力不

12、能达到抗拉强度的设计值。、(5.2-10)当受压区仅设置纵向普通钢筋或普通钢筋与预应力钢筋，且预应力钢筋处于受拉状态时，(5.2-11)近似公式(5.2-10)是取受压区普通钢筋与预应力钢筋共同作用的弯矩。(5.2-11)由受压区普通钢筋合力的取矩平衡条件得到，计算中忽略了混凝土受压区的影响。规范公式5.2.5-1(即本文公式5.2-10)的问题(第152页)不同于钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构的设计原则公式(A或as)，哪一个是正确的，为什么？指出如果：不满足混凝土受压区最小高度()的极限条件，则表明受压钢筋过于靠近截面的中性轴，梁受损伤时受压钢筋的应变不能充分发挥，其应力不能达到抗拉强度

13、的设计值。换句话说，精确确定受压普通钢筋和预应力钢筋在极限状态下的实际应力是非常麻烦的。普通受压钢筋和预应力钢筋的连接受力点到边缘的距离不能准确确定。在这种情况下，不可能准确地区分()的正负。作者建议，在(不区分正、负)情况下，正截面的抗弯承载力可按以下近似公式计算：上述公式是从受压普通钢筋的合力作用点取力矩的平衡条件得到的。公式中忽略了混凝土和预应力钢筋在受压区的影响，因为这两种联合受力在受压普通钢筋(即力臂)的联合受力作用点上的距离很小，它们对正截面抗弯承载力的影响还不够问题(第148页答案1)对规范5.2.4的不同理解。当将公式(5.2.2-3)的条件应用于规范：的受弯构件时，没有必要根

14、据正常极限状态考虑纵向受拉钢筋截面面积的可能增加，也没有必要根据结构要求考虑纵向受拉钢筋截面面积的配置。作者认为以后增加纵向受拉钢筋是客观的。这必然会对混凝土受压区的高度和正截面的抗弯承载力产生影响。如果通过承载力计算得到的混凝土受压区的相对高度很小(B)，那么将后期增加的纵向受拉钢筋的贡献作为承载力储备是无可非议的。但是，如果通过承载力计算计算出的混凝土受压区相对高度接近极限值B，考虑到后期纵向受拉钢筋增加的影响，B可能出现。这在设计中是不允许的。5.2.7斜截面抗剪承载力计算、钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算均基于剪压破坏模式的应力特征。此时，斜截面所受剪力的组合设计值应由斜裂缝顶部的未开裂混凝土、与斜截面相交的箍筋以及普通排架钢筋或预应力排架钢筋承担。计算斜截面抗剪承载力的基本表达式如下：其中：斜截面受压前截面作用(或荷载)产生的最大剪力的组合设计值；斜截面顶部受压区混凝土箍筋的综合抗剪承载力：与斜截面相交的普通排架钢筋的抗剪承载力；与斜截面相交的预应力排架钢筋的抗剪承载力混凝土和箍筋的普通抗剪承载力(KN)普通排架钢筋的抗剪承载力(KN)预应力排架钢筋的抗剪承载力(KN)，不同弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁近支点梁截面的抗剪承载力时间；计算中间支点附近连续梁和悬臂梁的抗剪承载力时；预应力改善系数，对于钢