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1、桥梁设计规范学习与应用讲评 按新颁布的 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004和 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004编写张树仁2005年6月于哈尔滨 前言 新颁布的 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 以下简称 通用规范JTGD60 和 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD60 2004 以下简称 桥规JTGD62 业经交通部批准 于2004年10月1日开始实施 新颁布的 通用设计规范JTGD62 是在原 公路桥涵设计通用规范 JTJ021 89 的基础上修订而成 在修订过程中 规范修订组会同吉林省交通科学研究所和重庆交通学院等单位进
2、行了有关的科研工作 新颁布的 桥规JTGD62 是在原 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ023 85 的基础上修订而成的 在规范修订过程中 规范修订组会同哈尔滨工业大学 同济大学和湖南大学等单位进行了专题科研 两本规范在修订过程中 还吸取了国内其他单位的研究成果和实际工程设计经验 借鉴了国际先进的标准规范 与国内相关规范作了比较和协调 在规范条文初稿编写完成以后 通过多种方式广泛地征求了有关单位和个人的意见 对规范的主要内容进行了试设计 经反复修改 最后由交通部会同有关部门审查定稿 两本规范修订的主要内容有 按 公路工程结构可靠度设计统一标准 GB T20283 1999 的规
3、定 新规范采用了以概率理论为基础的极限状态设计法 按 工程结构设计基本术语和通用符号 GBJ123 90 的规定 修改了符号 并列出了基本名词术语 增加了结构耐久性设计规定 明确提出了公路桥涵结构设计应按所处的环境进行耐久性设计的概念 在设计荷载标准方面 取消了原标准汽车荷载等级 改为采用公路 级和公路 级标准汽车荷载 取消了挂车和履带车验算荷载 将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中 将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法 改为以结构基频为主要影响因素的计算方法 在材料方面 改变了强度的取值原则 将混凝土的强度等级提高到C80 钢筋品种也随现行国家标准的规定作了调整 全面改进和补充了各种
4、受力构件的正截面 受弯构件的正截面和斜截面承载力计算内容 改善了预应力混凝土受弯构件抗裂限值 裂缝宽度和构件刚度的计算方法 以及预应力钢筋的几项预应力损失 如钢丝和钢绞线的松驰损失 混凝土收缩和徐变损失等 此外 新规范增加了组合式受弯构件 墩台盖梁 桩基承台和箱梁翼缘有效宽度等方面的计算和构造的规定 对桥梁上 下部构造 如钢筋的最小保护层厚度 最小锚固长度 钢筋接头及钢筋最小配筋率等方面也作了较全面的补充和完善 新颁布的 通用设计规范JTGD60 和 桥规JTGD62 是我国桥梁结构理论研究和设计经验的总结 反映了近年来国内外桥梁结构理论方面的新成就 与原规范相比不仅在内容上有较大变化 而且有
5、很多实质性的改进 对提高和保证桥梁结构设计质量 达到技术先进 安全可靠 适用耐久 经济合理的设计要求具有重要意义 了解修改规范的内容和依据 对于正确地掌握和应用新规范是很重要的 这也是广大设计 施工 科研 教学人员十分关心的问题 为了配合新规范的实施 帮助工程技术人员全面深刻理解新规范有关内容 编写了这本 学习与应用讲评 材料 笔者试图以浅显的文字 反应规范有关条文的背景及应用 使读者能够准确了解规范的原意 正确的应用规范进行设计 在本书编写过程中得到了哈尔滨工业大学和中交公路规划设计院领导的关心和支持 人民交通出版社土木与建筑编辑部马玺主任付出了辛勤的劳动 哈尔滨工业大学研究生孙筠 李彦滨和
6、杨帆参与了部分例题计算 绘图 打字及审核工作 在此一并表示谢意 由于笔者水平有限 时间又较为仓促 文中难免有不妥或疏漏之处 敬请读者批评指正 张树仁2005年6月于哈尔滨工业大学 目录 第一章概率极限状态设计法 1 1结构极限状态 1 2概率极限状态设计基本原理 1 3承载能力极限状态设计原则第二章作用 或荷载 及作用 或荷载 效应组合 2 1作用 或荷载 分类及作用 或荷载 效应组合 2 2按承载能力极限状态设计时的作用 或荷载 效应组合 2 3按正常使用极限状态设计时的作用 或荷载 效应组合 2 4汽车荷载计算图式及加载方法 2 5汽车荷载冲击系数第三章混凝土结构材料选择及设计参数 3 1
7、混凝土的强度 3 2钢筋的强度 3 3混凝土及钢筋强度设计参数取值 3 4高强混凝土和中高强钢筋在桥梁结构中的应用 第四章混凝土结构的耐久性设计 4 1混凝土结构损伤与耐久性 4 2提高混凝土桥梁结构耐久性的技术措施 4 3混凝土结构耐久性设计的内容第五章钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算 5 1受弯构件正截面抗弯承载力计算的基本方程 5 2关于公式适用条件的说明 5 3正截面抗弯承载力计算时的荷载效应组合 5 4T形 或箱形 截面梁受压翼缘计算宽度 5 5关于纵向受拉钢筋极限拉应变取为0 01的限制 第六章钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算 6 1斜截面抗
8、剪承载力计算的基本方程式 6 2钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算 6 3预应力混凝土斜截面抗剪承载力计算 6 4变高度梁斜截面抗剪承载力计算 第七章钢筋混凝土轴向受力构件承载力计算 7 1钢筋混凝土轴心受压构件承载力计算 7 2钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件承载力计算 7 3矩形截面偏心受压构件正截面承载力的实用计算方法 7 3圆形截面偏心受压构件正截面承载力实用计算方法第八章钢筋混凝土及预应力混凝土受扭及弯剪扭构件承载力计算 8 1矩形或箱形截面纯扭构件抗扭承载力计算 8 2受弯 剪 扭共同作用的矩形 或箱形 截面构件的承载力计算 8 3复杂形式截面受扭构件的承载力计算第九章钢筋混凝土及预应
9、力混凝土结构持久状况正常使用极限状态计算 9 1预应力损失 9 2预应力混凝土受弯构件抗裂性验算 9 3钢筋混凝土及部分预应力混凝土B类构件的裂缝宽度计算 9 4钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件的变形计算 第十章预应力混凝土结构持久状况和短暂状况构件的应力计算 10 1全预应力混凝土及部分预应力混凝土A类构件使用阶段的应力验算 10 2部分预应力混凝土B类构件使用荷载作用阶段的应力验算 10 3预应力混凝土受弯构件短暂状况应力验算第十一章预应力混凝土简支梁设计 11 1预应力混凝土简支梁设计的主要内容和计算步骤 11 2预应力混凝土梁的截面设计 11 3预应力混凝土梁的配筋设计第十二章钢筋混凝
10、土深受弯构件承载能力极限状态计算 12 1深受弯构件的受力性能 12 2深梁的内力计算 12 3深受弯构件的承载力计算 12 4钢筋混凝土盖梁 短梁 承载力计算参考文献 第一章概率极限状态设计法 以往 我国公路桥梁结构曾采用过多种计算方法 不论它们属于弹性理论还是非弹性理论 都是把影响结构可靠性的各种参数视为确定的量 结构设计的安全系数一般依据经验或主要依据经验来确定 这些方法被称为 定值设计法 然而 影响结构可靠性的诸如荷载 材料性能 结构几何参数等因素 无一不是随机变化的不确定的量 1999年颁布的国家标准 公路工程结构可靠度设计统一标准 GB T50283 1999 以下简称 公路统一标
11、准GB T50283 引入了结构可靠度理论 把影响结构可靠性的各种因素均视为随机变量 以大量调查实测资料和试验数据为基础 运用统计数学的方法 寻求各随机变量的统计规律 确定结构的失效概率 或可靠度 来度量结构的可靠性 这种方法称为 可靠度设计法 用于结构的极限状态设计也可称为 概率极限状态设计法 新颁布的 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004 以下简称 桥规JTGD62 是按概率极限状态设计法编写的 我国公路工程结构设计由长期沿用的 不甚合理的 定值设计法 转变为 概率极限状态设计法 即在度量结构可靠性上由经验方法转变为运用统计数学的方法 这无疑是设计思想和设计理论
12、的一大进步 使结构设计更符合客观实际情况 1 1结构极限状态 所有建筑结构在设计时必须符合技术先进 经济合理 安全适用的要求 结构的可靠性是由结构的安全性 适用性和耐久性决定的 在结构设计中 结构的安全性 适用性和耐久性是采用功能极限状态作为判别条件 所谓功能极限状态 是指整个结构构件的一部分或全部超过某一特定状态 就不能满足某一功能要求 此特定状态称为该功能的极限状态 建筑结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类 1 承载能力极限状态所谓承载能力极限状态 是指结构或构件达到最大承载力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态 它是结构安全性功能极限状态 当结构或构件出现下列状态
13、之一时 应认为超过了承载能力极限状态 1 结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 2 结构 结构构件或其连接因超过材料强度而破坏 或因过度的塑性变形而不能继续承载 3 结构转变为机动体系 4 结构或结构构件丧失稳定 超过结构承载能力极限状态将导致人身伤亡和经济损失 因此任何结构和结构构件均需避免出现这种状态 为此 在设计时应控制出现承载能力极限状态的概率 使其处于很低的水平 2 正常使用极限状态所谓正常使用极限状态是指对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态 它是结构的适用性和耐久性功能极限状态 当结构或结构构件出现下列状态之一 即认为超过了正常使用极限状态 1 影响正常使用或外观
14、的变形 2 影响正常使用或耐久性的局部损坏 例如 钢筋混凝土构件的裂缝宽度超过某个限值 3 影响正常使用的振动 4 影响正常使用的其他特定状态 各种结构或结构构件都有不同程度的结构正常使用极限状态要求 当结构超过正常使用极限状态时 虽然它已不能满足适用性和耐久性功能要求 但结构并没有破坏 不会导致人身伤亡 因此 出现正常使用极限状态的概率允许大于承载能力极限状态出现率的概率 1 2概率极限状态设计基本原理 极限状态设计的基本方程可写为下列形式 1 2 1 式中 作用 或荷载 效应 结构抗力 1 作用 或荷载 效应与结构抗力的随机性 1 作用 或荷载 效应是指作用 或荷载 引起的内力 例如 弯矩
15、 剪力 轴力 扭矩等 对弹性材料构件 作用 或荷载 效应与作用 或荷载 呈线性关系 因此 可用作用 或荷载 的特性来描述作用 或荷载 效应特性 作用 或荷载 的基本特性是随机性 这种随机性表现在两个方面 其一是作用 或荷载 的取值具有随机性 其二是作用 或荷载 随时间的变化 按作用 或荷载 随时间的变化情况可分为永久作用 可变作用和偶然作用三类 永久作用在设计基准期内量值不随时间变化 或其变化值与平均值比较可忽略不计 但是永久作用 或荷载 的取值具有随机性 例如构件自重 由于材料容重的变化和构件尺寸的偏差可能与计算值不符 是随机变量 可变作用在设计基准期内量值随时间变化 且变化值与平均值比较不
16、可忽略 例如 作用于桥梁上的车辆荷载和人群荷载的作用位置和数值大小都是变化的 其随机性是很明显的 偶然作用在设计基准其内出现的概率很小 一旦出现其值很大 且持续时间很短 例如罕遇地震 车辆或船舶撞击力等 2 结构抗力的大小 主要取决于结构所用材料强度和构件的几何尺寸 材料强度是随机变量 无论是钢筋或是混凝土的强度都是有变异的 来自不同钢厂的同一种类的钢筋 其实际强度并不完全相同 即使是同一钢厂 甚至同一炉的钢筋强度抽样试验结果也是有差异的 同一设计强度等级的混凝土 由于材料称量不准 施工条件和技术水平的影响 其实际强度的变化幅度就更为显著 构件几何尺寸也是随机变量 由于制造工艺和操作技术等因素 构件的实际尺寸与设计尺寸不可能完全一致 基于以上各种影响因素的随机性 结构抗力亦具有随机性 2 结构的可靠概率与失效概率由于作用效率与结构抗力都具有随机性 其统计值都可以用概率分布曲线来表示 并用概率来描述结构的可靠和失效 作用效应和结构抗力都可以用内力表示 因此可以将其分布曲线并列于同一坐标内进行分析 现以横坐标表示作用效应 S 和结构抗力 R 纵坐标表示出现的概率密度f 见图1 2 1 结构
