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1、公路桥涵设计规范及设计技术学习总结一、 我国公路桥梁设计标准和设计理论的基本演变1. 我国公路桥梁设计标准的演变20世纪50年代：公路工程设计准则 60年代：公路桥梁设计规范（试行）（1961年9月） 70年代：公路桥涵设计规范（1975年） 公路预应力混凝土桥梁设计规范 （1978年） 80年代：公路桥涵设计通用规范JTJ021-85 公路砖石及混凝土桥涵设计规范JTJ022-85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ023-85 公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ023-86 公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024-86 等进入21世纪：公路桥涵设计通用规范JTG D60-2
2、004 公路圬工桥涵设计规范JTG D61-2005公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004 等2.设计理论的基本演变（1） 容许应力法（构件抗力指标上的代表平均水平） （2） 破损阶段设计法 （定值极限状态设计方法） （荷载强度指标上的同样代表平均水平） （3） 以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法 （显示了结构的可靠程度与拟承担的风险之间的直接关系）标准规范设计理论变化的目的： 寻找更为合理、科学的工程结构安全度、耐久性的评价指标。采用概率极限状态设计方法可明显地体现如下方面的优点： 1 可使工程结构设计规范引入先进的可靠性理论； 2 可更全面地考虑影响结构可靠
3、性诸因素的变异性，使结构设计规范所采用的有关参、系数更趋于反映客观实际，使所设计的结构更趋合理； 3 可变作用按随机过程进行分析，随机过程的时间域可取为结构的设计基准期，从而使结构设计的可靠概率有了一个统一的时间概念； 4 有了具体结构的目标可靠指标，可根据工程结构的不同要求和特点恰当地划分和选择安全等级，以便处理好结构可靠性与经济性之间的矛盾；实用的极限状态设计表达式中的各分项系数，使所设计的同类结构和结构构件在不同的承载情况下具有较佳的可靠度的一致性，使工程结构的极限状态设计方法更加科学、合理； 5 结构的可靠度往往与质量控制联系在一起，为了保证结构设计达到预定的可靠度，可以进一步强调质量
4、控制的重要性，从而使设计规范与施工、验收等标准在结构可靠度上得以互相衔接和配套。二、施加在桥梁上的几种作用及效应组合1.施加在桥涵上的各种作用按照随时间的变化情况可以归纳为永久作用、可变作用和偶然作用。作用分类如下表：编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加应力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度作用）18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船只或漂流物撞击作用21汽车撞击作用（1）.永久作用
5、采用标准值作为代表值。（2）.可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为代表值。承载能力极限状态设计按弹性计算结构强度时应采用标准值作为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。 汽车荷载标准汽车荷载等级（97标准） 新标准汽车超20级、挂车120 -相当于- 公路级 汽车20级、挂车100 -相当于- 公路级 汽车15级、挂车80 汽车10级、履带50公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路汽车荷载等级 公路级公路级二级公路为干线公路且重型车辆多
6、时，其桥涵的设计可采用公路级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计采用的公路级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。标准汽车荷载模式 97标准： 计算荷载（车队荷载） +验算荷载（履带车和挂车）新标准： 车道荷载(均布荷载+集中荷载） +车辆荷载桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。-T梁结构和箱梁结构
7、的横隔梁以及拱桥的横梁等均应采用车辆荷载计算其效应。-取消验算荷载的概念，并不表明同时也允许各类超载超限车辆可以不受限制地在公路上通行。超载、特载车辆在公路上行驶时，仍要对桥涵构造物进行必要的验算，并按有关管理程序取得道路通行证。 设计车道数、横向分布系数的计算、汽车荷载纵向和多车道折减的规定维持97标准的规定。.汽车冲击力汽车的冲击力即为汽车荷载标准值乘以冲击系数。冲击系数的计算采用以结构基频为指标的方法。按结构不同的基频，汽车引起的冲击系数在0.050.45之间变化，其计算方法为当 时，=0.05 当 时，当 时， =0.45 .人群荷载 人群荷载在横向应分布置在人行道的净宽度内，在纵向施
8、加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。1 标准值 97标准： 3.5千牛/平方米 新标准： 3.0千牛/平方米2 纵向折减 L=50米： 3.0千牛/平方米 L=150米： 2.5千牛/平方米 L=50150米： 线性内插.风荷载1 基本风压基本风速 基本风压图基本风速图2 定义：离地20m高离地10m高3 风荷载计算： 基本风压阵风风速（时距1-3s） 结果：风荷载比原规范大2-3倍 风荷载分项系数取为1.1影响：高墩桥梁.温度作用温度作用包括均匀温度和梯度温度两种影响，均匀温度的温变导致桥梁纵向长度的变化，当这种变化受到约束时就会引起温度次内力；梯度温度使结构沿高度方向形成非线性的温度变化
9、，导致截面产生自应力，当这种变化受到约束时同样会引起次内力。温度梯度标准 T1（）T2（）混凝土铺装256.750mm沥青混凝土铺装层206.7100mm沥青混凝土铺装层145.5如严格按规范执行，则一半以上的混凝土结构中的梯度温度应力的效应将达到与汽车荷载效应相同的级别，而按以往的规范，温度梯度的影响有限，或故意不考虑。混凝土梁 A=H-100(H400mm) A=300 (H400mm)组合结构 A=300mm.其他作用a.汽车离心力汽车离心力是弯桥横向受力与抗扭设计计算所要考虑的主要因素，弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，需考虑汽车荷载的离心力作用。离心力标准值为汽车荷载（不计冲击
10、力）标准值乘以离心力系数C。离心力系数按下式计算： C=v2/127Rb.汽车引起的土侧压力汽车引起的土压力采用车辆荷载加载。车辆荷载作用在桥台台背或路堤挡土墙上，将引起台背填土或挡土墙后填土的破坏棱体对桥台或挡土墙的土侧压力，此类土侧压力可按下式换算成等代均布土层厚度h计算 h=G/Bl0rc.汽车制动力汽车制动力作用于桥跨结构上的方向与行车方向一致。汽车制动时，车辆与路面的摩檫系数可达0.5以上，但是刹车常常只限于车队的一部分车辆，所以制动力并不等于摩檫系数乘以全部车辆荷载。一个设计车道上的汽车制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的10%，但公路-I级汽车制动力标准值不得小于165
11、KN，公路-级不得小于90KN。d.流水压力和流冰压力流水压力和流冰压力的大小均与桥墩的形状相关，桥墩的迎水（冰）面宜做成圆弧形或尖端形，以减小流水压力和流冰压力。e.支座摩阻力支座摩阻力标准值可按下式计算 F=uW支座摩檫系数支座种类支摩檫系数滚动支座或摆动支座0.05 板式橡胶支座支座与混凝土面接触0.30 支座与钢板接触0.20 聚四氟乙烯板与不锈钢板接触0.06（加硅脂；温度低于-25时为0.078）0.12（不加硅脂；温度低于-25时为0.1560（3）.偶然作用取其标准值为代表值。a.地震作用地震的水平运动是导致结构破坏的主要因素，在抗震验算中，一般主要考虑水平地震作用。抗震设防要
12、求以地震动峰值加速度确定，地震动峰值加速度为0.10g以上地区的公路桥涵，应进行抗震设计。大于或等于0.40g地区的公路桥涵，应进行专门的抗震研究和设计。b.船只或漂流物撞击力 船舶或漂流物与桥梁结构的碰撞过程十分复杂，其与碰撞时的环境因素（风浪、气候、水流等）、船舶特性（船舶类型、船舶尺寸、行进速度、装载情况以及船首、船壳和甲板室的强度和刚度等）、桥梁结构因素（桥梁构件的尺寸、形状、材料、质量和抗力特性等）及驾驶员的反应时间等因素有关，因此，精确确定船舶或漂流物与桥梁的相互作用力十分困难。 根据通航航道的特点及其通行的船舶的特性，我们可以将需要考虑船舶与桥梁相互作用的河流分为内河和通行海轮的
13、河流（包括海湾）两大类。前者的代表船型主要为内河驳船货船队，通行海轮的航道的代表船型为海轮。两者与桥梁结构发生撞击的机理有所区别，结果也大不一样。 （能量守恒和动量守恒）c.汽车撞击作用 汽车撞击力标准值在行驶方向取1000KN，与之垂直方向取500KN，两个方向不同时考虑。对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞能力予以折减，但折减不应低于上述取值的1/6。2.作用效应组合 公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法设计。该设计体系规定了桥涵结构的两种极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态设计着重体现桥涵结构的安全性，正常使用极限状态设计则体现适用性和耐久性，它们共同反映出设计的基本原则。根据桥涵在施工和使用过程中面临的不同情况，桥涵结构设计分为持久状态、短暂状态和偶然状态三种设计状况。持久状况必须进行承载能力和正常使用两种极限状态设计；短暂状况一般只作承载能力极限状态设计，必要时才做正常使用极限状态设计；偶然状态要求做承载能力极限状态设计，不考虑正常使用极限状态设计。（1）. 按承载能力极限状态设计时的作用效应组合： 基本组合 偶然
