公路桥涵设计规范应用及设计技术交流-鲍卫刚.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,公路桥涵设计规范应用及设计技术交流,2009,年,12,月,18-20,日，广东深圳,公路桥涵设计规范应用及设计技术交流,2009,年,11,月,7-8,日，江苏南京,报告安排：,1 ,公路桥涵设计通用规范,JTG D60-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,JTG D62-2004,公路圬工桥涵设计规范,JTG D61-2005,应用释疑,2 ,公路桥梁上部结构通用图,3,大跨径预应力混凝土梁式桥设计技术,一、规范应用释疑,标准规范的定位,作用：行为的基本规范、依据，但不是法律,两个主要误区：一是唯标准规范为上，二是不把标准规范当正事。,规范是以往工程实践的总结，不可能完全适用各种情况。计划经济年代养成技术人员过分依赖规范的习惯并一切唯规范是从的行动准则，使他们的设计行为变成只对规范负责，而不是首先对工程质量负责规范的错误定位，束缚了技术人员的创造性，阻碍了技术进步。,市场经济条件下，规范的作用只建立在业主与设计、施工企业之间的合同或契约基础上，作为共同认可的进行工程的一种规则，如果牵涉到违法，也只反映在是否存在背约的行为上。对于特别复杂的工程，可以对特殊内容制定专门设计、施工、质量评定标准。,一、规范应用释疑,标准规范的定位,技术标准规范中的要求只是最低要求,英国土建工程设计与施工的各种标准的第一页，都写有：遵守英国规范（标准）本身，并不给予豁免法律责任 美国,ACI,混凝土结构设计规范的第一章、第一句话：“本规范提供设计与施工,的最低要求”。,美国公路部门,ASSHTO,桥梁设计规程的第一章第一节中写道：“本规程无意取代设计人所具有的专门教育和工程判断的训练，仅在规程中规定为保证公共安全的最低要求。业主或设计人可能需要在设计中采用新的先进技术，或需对材料及施工质量提出更高的要求”。,与此相反，我国现行规范带着短缺计划经济年代的深刻烙印，回避最低要求的提法，并时常在客观上暗示标准规范要求的唯一性。,一、规范应用释疑,2,设计标准的演变,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 D60-2004,、,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,一、规范应用释疑,3.,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）以往的容许应力设计方法也具有一定的概率的含义。,概率极限状态设计方法的水准；,水准,I,半概率设计法；,水准,II,近似概率设计方法；,水准,III,全概率设计法。,一、规范应用释疑,结构可靠度的定义：结构在,规定的时间,内，在,规定的条件,下，,完成,预定功能,的概率。,规定条件,-,正常设计、正常施工和正常使用规定时间,-,设计基准期 预定功能,-,安全性、适用性、耐久性 （总称为结构的可靠性）,结构功能函数,:,，结构功能函数是用来描述结构完成功能状况的，以基本变量为自变量的函数。,结构处于可靠状态；,结构已失效或破坏；,结构处于极限状态。,结构的,失效概率,与,可靠指标,极限状态方程,可靠指标,与平均值,mZ,关系,可靠指标,及相应的失效概率,P,f,的关系,1.0,1.64,2.00,3.00,3.71,4.00,4.50,P,f,5.8710,-2,5.0510,-2,2.27,10,-2,1.35,10,-3,1.0410,-4,3.17,10,-5,3.40,10,-6,公路桥梁结构构件的目标可靠指标,结构安全等级,一级,二级,三级,构件破坏类型,延性破坏,4.7,4.2,3.7,脆性破坏,5.2,4.7,4.2,设计安全等级,特大桥、重要大桥,大桥、中桥、重要小桥,小桥、涵洞,重要性系数,1.1,1.0,0.9,一、规范应用释疑,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。,一、规范应用释疑,耐久性设计,全寿命周期评估与设计,（规划、社会、业主、设计、施工、管理、使用、维护等）,-,风险评估,（耐久性、地震、风、施工过程、管理、撞击、火、恐怖）,事故模型、风险损失、风险概率、风险评估,工程保险,在桥梁规划、设计、施工、使用、维修、拆除等与桥梁结构,相关的各个过程中出现的，对相关利益团体的某种既定目标造成,影响的不确定事态，可称为桥梁风险。,-,基于风险的设计理论,一、规范应用释疑,基于（单一）性能（指标）的设计,抗震,可持续桥梁设计理论,可持续发展是指既满足现代人的需求且不损害满足后代人需求的能力。,设计需考虑各代决策人之间的决策权的平等问题和价值不变的原则。,和谐桥梁设计理论,？！,-,脚踩在地上才能踏实！,一、规范应用释疑,4.,设计原则,公路桥涵设计规范,（试行）（,1975,年）第,1.3,条：,适用、经济、安全、适当照顾美观,1985,版规范：,安全、适用、经济、美观,2004,年版规范（第,1.0.1,、,1.0.5,条）：,技术先进、安全可靠、适用耐久、经济适用,安全、适用、,经济、美观,和有利环保,（,美观、经济,）,-,地标,一、规范应用释疑,5.,设计基准期与设计寿命,通用规范,第,1.0.6,条,:,公路桥涵结构的设计基准期为,100,年,。,通过结构构件、结构的可靠度将规划、勘察、设计、施工、监理、养护维修、运营管理等各个环节串连起来，建立全寿命周期成本的概念，在保证前期建设费用的基础上进一步加强和重视管理和养护的投入，才能保证结构整体的使用寿命。,建筑结构设计统一标准,GB50068-2001,规定纪念性或特别重要的建筑结构，,100,年。欧洲规范（,Eurocode,）规定：房屋建筑及其他普通结构,50,年，纪念性建筑、桥梁和其他土木结构，,100,年。,结构可靠性总原则,ISO/DIS2394:1998,规定：设计工作期较长的结构（如大桥）,50-150,年。美国对桥梁的设计使用年限为不小于,75,100,年。英国规定各类结构物设计寿命为：桥梁、隧道等交通运输结构，,120,年。,一、规范应用释疑,要确保结构或结构构件的可靠度，其,安全性、适用性和耐久性,指标均需满足，缺一不可。在考虑了环境因素和预期的维护水平后，结构的设计应使结构在其设计工作年限内的劣化不影响对结构期望的功能。为此，需考虑如下因素：,(1),预期或可预见的使用目的；,(2),要求的设计准则；,(3),预期的环境条件；,(4),材料和制品的组成、特性和性能；,(5),结构体系的选择；,(6),构件形状和结构细部构造；,(7),制作质量和控制水平；,(8),特别的保护措施；,(9),设计工作寿命期内要进行的维护。,设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。,设计使用年限（寿命）为设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。,用以作为结构耐久性设计的依据并具有规定裕度或保证率的目标使用年限。设计使用年限由业主或用户与设计人员共同确定，并满足有关法规的最低要求。,因此：,设计使用年限在考虑结构重要性及其上述需要考虑的因素后，一般取值可低于或等值于设计基准期。,一、规范应用释疑,设计理念的调整,1.0.10,特殊大桥宜进行景观设计；上跨高速公路、一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调。,3.3.1-2,高速公路、一级公路的特殊大桥为整体式上部结构时，其中央分隔带和路肩的宽度可根据具体情况适当减小，但减窄后的宽度不应小于表,3.3.1-2,和表,3.3.1-3,规定的“最小值”。,原标准的规定为：特大桥及大桥的侧向宽度可适当减小，中小桥和涵洞宜与路基同宽。提出了应该保持和提高一条线路整体的通行能力和服务水平的桥涵方面要求。,一、规范应用释疑,设计理念的调整,3.5.8,弯、坡、斜、宽桥梁宜选用圆形板式橡胶支座。公路桥涵不宜使用带球冠或坡型的橡胶支座。墩台构造应满足更换支座的要求。,强调应该采用合理、科学的先进技术，包括产品，但必须首先满足结构的功能要求和安全度要求。,采用合理、科学的先进技术和产品，满足结构的功能要求和安全度要求：公路桥涵不宜使用带球冠或坡型的橡胶支座；,（建议压力,300,吨及以下，优先考虑板式支座，,300-800,吨优先考虑球形支座，,600,吨以上可考虑盆式支座）。,（板梁下的,4,支座或,3,支座；,T,梁连续的单支承或双支承）,一、规范应用释疑,设计理念的调整,3.4.4,高速公路、一级公路和二级公路的桥头应设置搭板。搭板厚度不宜小于,250mm,，长度不宜小于,5m,。第,3.5.3,条：高速公路、一级公路上的多孔梁（板）桥宜采用连续桥面简支结构，或采用整体连续结构。,总结、推荐成功的设计、构造方法，引导设计、施工走向标准化和节约型发展。标准化技术和产品的广泛应用是最大的资源的节约。,一、规范应用释疑,6.,设计理念的调整,3.4.1,桥上及桥头引道的线形应与路线布设相互协调,各项技术指标应符合路线布设的规定。桥上纵坡不宜大于,4%,，桥头引道纵坡不宜大于,5%,。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。,根据,新理念公路设计指南,P47,：从能源消耗和环境保护角度来考虑，发达国家当采用大于,3%,纵坡时，需要进行环保论证。根据我国油耗与道路纵坡关系的研究成果，纵坡每增加,1%,，每吨公里的油耗急剧增加。统计表明，坡度大于,3%,路段的事故率是平缓路段事故率的,2-3,倍，且随着坡度的增大，油耗急剧增加，环境污染随之加重。,一、规范应用释疑,6.,设计理念的调整,3.6.1,桥面铺装的结构型式宜与所在位置的公路路面相协调。桥面铺装应有完善的桥面防水、排水系统。,特大桥、大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装。,3.6.2,桥面铺装应设防水层。,圬工桥台背面及拱桥拱圈与填料间应设置防水层，并设盲沟排水。,3.6.3,高速公路、一级公路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不应小于,70mm,；二级及二级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不应小于,50mm,。,3.6.4,水泥混凝土桥面铺装面层（不含整平层和垫层）的厚度不应小于,80mm,，混凝土强度等级不应低于,C40,。水泥混凝土桥面铺装层内应配置钢筋网，并设置锚固钢筋。钢筋直径不应小于,8mm,，间距不宜大于,100mm,。,一、规范应用释疑,6.,设计理念的调整,3.6.5,正交异性板钢桥面沥青混凝土铺装结构可根据当地具体环境条件和桥梁结构及其桥面系的实际情况选用。,钢桥面铺装一般采用沥青混凝土体系，其涉及到对正交异性钢桥面板的受力分析、铺装材料的基本强度、变形性能、抗腐蚀性、水稳性、高温稳定性、低温抗裂性、粘结性、抗滑性、施工工艺，等等。,目前，钢桥面铺装主要有以德国、日本为代表的高温拌和浇筑式沥青混凝土（,Gussasphalt,），以英国为代表的沥青玛蹄脂混合料（,Masticasphalt,），德国和日本等国近期采用的改性沥青,SMA,（,Stone Mastic Asphalt,），和以美国为代表的环氧树脂沥青混凝土（,Epoxy Asphalt),等几类。,1.0.11,公路桥涵分类标准,桥涵分类,多孔跨径总长,L,（,m,）,单孔跨径,L,0,（,m,）,特大桥,L,500,(1000),L,0,100,(150),大桥,100,L500,(1000),40,L,0,100,(150),中桥,30,L100,20,L,0,40,小桥,8L30,5L,0,20,涵洞,L,0,5,一、规范应用释疑,7.,公路桥涵分类标准,构造物名称,公 路 等 级,高速公路,一,二,三,四,特大桥,1/300,1/300,1/100,1/100,1/100,大、中桥,1/100,1/100,1/100,1/50,1/50,小桥,1/100,1/100,1/50,1/25,1/25,涵洞及小型排水构造物,1/100,1/100,1/50,1/25,不作规定,3.1.7,桥涵设计洪水频率标准,高速公路、一级公路的,指标间接下调。,一、规范应用释疑,8.,洪水频率,标准,一、规范应用释疑,6.,设计理念的调整,3.1.3,桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，交角不宜大于,5,；当交角大于,5,时，宜增加通航孔净宽。,3.1.4,桥涵水文、水力的计算应符合,公路工程地质勘察规范,JTJ064,和,公路工程水文勘测设计规范,JTG C30,的规定。,一、规范应用释疑,6.,设计理念的调整,3.4.1,桥上线形应与路线布设相互协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。桥上纵坡不宜大于,4%,，桥头引道纵坡不宜大于,5%,；位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于,3%,。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。,3.7.1,特大、大桥上部构造宜设置检查平台、通道、扶梯、箱内照明、入口井盖等专门供检查和养护用的设施，保证工作人员的正常工作和安全。条件许可时，特大、大桥应设置检修通道。,特大桥和大桥的墩台宜根据需要设置测量标志，测量标志的设置应符合有关规范的规定。,一、规范应用释疑,7,.,设计表达式,结构设计需考虑的极限状态：承载能力极限状态 正常使用极限状态设计 结构设计需考虑的设计状况：持久状况 短暂状况 偶然状况,按承载能力极限状态设计时的作用效应组合：,1,基本组合,2,偶然组合。永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。,一、规范应用释疑,1.2*,恒荷载,+1.4*,汽车荷载,1.2*,恒荷载,+1.4*,汽车荷载,+0.8*1.4*,人群荷载,1.2*,恒荷载,+1.4*,汽车荷载,+,0.7*,（,1.4*,人群荷载,+1.1*,风荷载）,1.2*,恒荷载,+1.4*,汽车荷载,+0.6*,（,1.4*,人群荷载,+1.1*,风荷载,+1.4*,土压力）,1.2*,恒荷载,+1.4*,汽车荷载,+0.5*,（,1.4*,人群荷载,+1.1*,风荷载,+1.4*,土压力,+1.4*,汽车制动力）,一、规范应用释疑,按正常使用极限状态设计时的作用效应组合：,1,作用短期效应组合,作用长期效应组合,一、规范应用释疑,一、规范应用释疑,8,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,50,二级公路为干线公路且重型车辆多时，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。,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,一、规范应用释疑,8,汽车荷载标准,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。,-T,梁结构和箱梁结构的横隔梁以及,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。,一、规范应用释疑,8,汽车荷载标准,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。,问题：,(1),均布荷载的加载，影响线和影响面加载；,(2),集中荷载的加载方式；,(3),桥墩和桥台的加载方式，上部结构与下部结构的加载的区别；,(4),超载,。,公路圬工桥涵设计规范,JTG D61-2005,：,5.1.1,当采用公路,级、公路,车道荷载计算拱的正弯矩时，自拱顶至拱跨,1/4,各截面应乘以,0.7,折减系数；拱脚截面乘以,0.9,折减系数；拱跨,1/4,至拱脚各截面，其折减系数按直线插入法确定。,-,数学问题,4.3.2,冲击系数,可按下式计算：,当 时，,=0.05,当 时，,当 时，,=0.45,一、规范应用释疑,一、规范应用释疑,9,人群标准,4.3.5,人群荷载,1,标准值,97,标准：,3.5,千牛,/,平方米,新标准：,3.0,千牛,/,平方米,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=50-150,米：线性内插,一、规范应用释疑,10,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,一、规范应用释疑,11,温度梯度标准,T,1,（）,T,2,（）,混凝土铺装,25,6.7,50mm,沥青混凝土铺装层,20,6.7,100mm,沥青混凝土铺装层,14,5.5,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。,一、规范应用释疑,11,温度梯度标准,铁路,公路（,04,）,英国,新西兰,美国,公路（,85,）,顶板上缘,-7.87,-8.13,-4.33,-9.75,-9.76,-1.40,顶板下缘,-1.81,-3.86,-2.03,-4.18,-4.64,-0.49,1,箱梁无铺装纵向应力的计算,升温梯度,降温梯度,规范,公路（,04,）,英国,美国,顶板上缘,4.06,2.29,4.89,顶板下缘,1.93,0.86,2.32,腹板中部,-0.75,-0.87,-0.88,底板上缘,-1.07,0.20,-1.27,底板下缘,-1.18,1.18,-1.40,12,船舶与漂流物撞击力,4.4.2-2,海轮撞击作用的标准值,船舶装载量,DWT(t),3000,5000,7500,10000,20000,30000,横桥向撞击作用,(kN,）,19600,25400,31000,35800,50700,62100,顺桥向撞击作用,(kN,）,9800,12700,15500,17900,25350,31050,一、规范应用释疑,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）,一、规范应用释疑,世界上最诡异的桥梁排行榜,（奇异、独特）,半坡大桥,(,韩国,),：会喷泉的的大桥,2008,年,9,月,9,日，韩国首都首尔的半坡大桥完成扩建,在桥身两侧安装了,10000,个喷泉口。改建后，吸引了众多游客前来观看这座每秒喷出数万吨水流的喷泉大桥。,一、规范应用释疑,米卢大桥,(,法国,),：,世界最高的运输大桥,在法国南部的小湖山谷上空,342,米,(1125,英尺,),处，建有一座好似飞过谷底的大桥,米卢大桥。这座旷世大桥比埃菲尔铁塔还要高，花费了,3,年时间修建，于,2004,年正式通车。站在桥上俯瞰河谷别有一番情趣，当有雾气在桥下山谷萦绕时，会让你感到一阵炫目。,一、规范应用释疑,哈德森波纹,(,新加坡,),：,最动感人行天桥,一、规范应用释疑,翻滚桥,(,英国,),：,会打卷的桥,一、规范应用释疑,奥利维尔大桥,(,巴西,),：,世界首座,X,型双道索桥,一、规范应用释疑,风雨桥,(,中国,),：侗族特有的建筑,一、规范应用释疑,千年桥,(,英国,),：世界最有名塔桥,一、规范应用释疑,马格德堡桥,(,德国,),：可以行船的水桥,旧桥,(,意大利,),：大杂烩的集市,United,We,Rebuild Our Home,13,混凝土结构的耐久性,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,混凝土结构的耐久性是指结构对气候、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。,混凝土结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤（裂缝、破碎、磨损等）；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面。,主要影响因素：,材料的自身特性、设计与施工质量、环境条件、使用条件和防护措施。,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,混凝土结构性能劣化（环境因素）,钢筋锈蚀,氯离子引起,水 氧,近海环境、除冰盐环境，氯离子从外表侵入,海砂、防冻盐用于混凝土，氯离子拌入,碳化引起,二氧化碳 水 氧,冻融破坏 水饱和程度 冻融循环次数,混凝土损伤剥落,硫酸盐、酸、软水侵蚀,碱骨料反应,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,耐久性设计：,传统的经验方法,：将环境作用按其严重程度定性地划分成几个等级，在工程类比的基础上，对于不同环境作用等级下的 混凝土结构构件，由规范直接规定材料的耐久性要求（通常用混凝土的强度、水胶比、胶凝材料用量指标等表示）和钢筋保护层厚度等构造要求，以满足结构的耐久性需要。,定量计算方法,：环境作用（大体可为一般作用、冻融作用、氯化物环境和化学腐蚀环境四大类）需要定量表示，选用适当的材料劣化模型求出环境作用效应，列出环境作用效应与耐久性抗力之间的定量关系式，就可以求出与所考虑的极限状态对应的使用年限。,新版桥涵设计标准,提高了混凝土结构的耐久性要求（环境类别划分、耐久性要求和混凝土保护层厚度规定等），并推荐：,淘汰低性能低质建筑材料，提倡使用高强高性能的钢材和混凝土材料；,提高桥涵结构的最低用材标准（混凝土的最低强度指标有所提高）；,提高了混凝土结构的最低配筋率要求。,-,属于传统的经验方法为主的设计方法。,（注意,点：以往的设计标准和设计并不是没有考虑耐久性问题。）,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,一、规范应用释疑,1,耐久性经验设计方法,材料劣化（环境类别与等级）,结构结构使用年限（经济合理年限）,-,耐久性设计的基本方法,-,材料种类与组成,耐久性防护措施,构件耐久性构造,耐久性施工方法,2,定量方法,13,混凝土结构的耐久性,一、规范应用释疑,耐久性设计内容：,1.,结构总体选型与布置（概念设计）,2.,基于耐久性的材料选取（材料设计）,3.,基于耐久性的结构构造（结构设计）,4.,严酷环境的附加措施（防腐设计）,5.,基于耐久性的施工质量要求（施工控制）,6.,使用阶段的维护与检测（运营控制）,13,混凝土结构的耐久性,国家标准,混凝土结构耐久性规范,中规定：,混凝土结构的耐久性设计一般应包括：,1,）确定结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级,2,）概念设计,有利于减轻环境因素对结构作用结构的结构选,型、布置和构造；,3,）混凝土材料和钢筋的选用,按结构耐久性需要对材料提出质,量要求；,4,）根据耐久性要求确定混凝土保护层厚度；,5,）防水、排水等构造措施；,6,）混凝土裂缝控制要求；,7,）严重环境作用下需要采取的多重防护措施与防腐蚀附加措施；,8,）基于耐久性的施工工艺与质量验收要求；,9,）结构使用阶段的维护与检测要求。,耐久性设计？,目前，国际上对环境作用下的耐久性设计的定量计算方法尚未达到能在工程中普遍适用的程度。在各种劣化机理的计算模型中，真正可供应用的还只局限在定量估算钢筋开始发生锈蚀的年限。,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,应综合控制混凝土的最低强度等级、最大水胶比和在限定范围内选择混凝土原材料的品种、用量和质量，就能满足不同类别环境作用下的耐久性质量要求。,限定范围：主要指硅酸盐水泥和矿物掺和料等胶凝材料的用量范围（如上下限值）、化学外加剂的选用（如高效减水剂和引气剂）、水泥中的铝酸三钙含量限制、原材料中的有害成分总量限制（如氯离子、硫酸根离子、可熔碱等）、粗骨料的最大粒径与吸水率等。,-,水泥的品行,-,骨料,-,化学外加剂,-,粉煤灰,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,结构混凝土耐久性的基本要求,环境,类别,环境条件,最大,水灰比,最小水泥用量,最低混凝土强度等级,最大氯离子含量,(%,）,最大含碱量,温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境,0.55,275,C25,0.30,3.0,严寒地区的大气环境、使用除冰盐环境；滨海环境,0.50,300,C30,0.15,3.0,海水环境,0.45,300,C35,0.10,3.0,受侵蚀性物质影响的环境,0.40,325,C35,0.10,3.0,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,序号,构 件 类 别,环 境 条 件,、,1,基础、桩基承台 基坑底面有垫层或侧面有模板,（受力钢筋）基坑底面无垫层或侧面无模板,40,60,50,75,60,85,2,墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）,30,40,45,3,人行道构件、栏杆（受力主筋）,20,25,30,4,箍筋,20,25,30,5,缘石、中央分隔带、护栏等行车道构件,30,40,45,6,收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋,15,20,25,通用图？,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,北美（加拿大安大略省）公路桥面板耐久性设计要求,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,工程施工进度的不适当追求,养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低，使钢筋开始锈蚀的年限成倍缩少,1,天养护与,7,天养护，可使碳化引起锈蚀年限缩减为原来的,1/4,抢工省略必要检验工序，使钢筋位置出现偏差钢筋的保护层厚度如在施工中缩减一半，出现锈蚀年限将缩减为原来的,1/4,保护层厚度的,5,10mm,施工允差，甚至能使钢筋锈蚀的年限发生成倍差别,结构各种施工、连接缝和防水层是影响耐久性的薄弱环节，其质量在快速施工中最不易保证。,中国土木工程学会标准,CCES 01,2004,混凝土结构耐久性设计与施工指南,国家标准,混凝土结构耐久性设计规范,（,GB/T50476-2008,）,一、规范应用释疑,13,混凝土结构的耐久性,混凝土结构耐久性设计的基本措施,1,采用高耐久性混凝土，,增强混凝土的密实度,，提高混凝土自身的抗破损能力,2,加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境作用条件,3,改进桥梁结构设计，包括,加大混凝土保护层厚度,；加强构造钢筋，防止裂缝发展；采用具有防腐保护的钢筋,一、规范应用释疑,14,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,JTG D62-2004,的基本变化,1),设计理论变化带来的直接或间接的变化,2),安全度调整带来的变化,3),公式、构造等的完善修改,4),新增内容,(1),组合式受弯构件,(2),橡胶支座,(3),桩基承台的“撑杆,系杆体系”,(4),伸缩装置,一、规范应用释疑,15,混凝土结构设计的基本计算内容,1),持久状况承载能力极限状态,（第,5,章）,（受压区高度系数,x,限制、正截面和斜截面承载能力）,2,持久状况正常使用极限状态,抗裂,（,6.3.1,条）,（正截面,-,正应力；斜截面,-,主拉应力）,裂缝计算,（,6.4.3,条）,变形（挠度）计算,（,6.5,节）,3,持久状况应力计算（弹性阶段）,（法向压应力、钢筋拉应力和斜截面上混凝土的主压应力）,（,7.1.5,条）,4,短暂状况应力计算,一、规范应用释疑,16,预应力混凝土结构设计计算的关键点,6.1.2,预应力混凝土构件可根据桥梁使用和所处环境的要求，进行下列构件设计：,1,全预应力混凝土构件。此类构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘不允许出现拉应力（不得消压）；,2,部分预应力混凝土构件。此类构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘可出现拉应力：当拉应力加以限制时，为,A,类预应力混凝土构件；当拉应力超过限值时，为,B,类预应力混凝土构件。,跨径大于,100m,桥梁的主要受力构件，不宜进行部分预应力混凝土设计。,一、规范应用释疑,计算内容：,1,持久状况承载能力极限状态,（第,5,章）,（受压区高度系数,x,限制、正截面和斜截面承载能力）,2,持久状况正常使用极限状态,抗裂,（,6.3.1,条）,（正截面,-,正应力；斜截面,-,主拉应力）,裂缝计算,（,6.4.3,条）,变形（挠度）计算,（,6.5,节）,3,持久状况应力计算（弹性阶段）,（法向压应力、钢筋拉应力和斜截面上混凝土的主压应力）,（,7.1.5,条）,-,构件强度的补充计算,4,短暂状况应力计算,一、规范应用释疑,16,预应力混凝土结构设计计算的关键点,6.3,抗裂验算,6.3.1,预应力混凝土受弯构件应按下列规定进行正截面和斜截面抗裂验算：,1,正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列要求：,1),全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下,预制构件,分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件,作用短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力小于扣除全部预应力,损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力。,一、规范应用释疑,16,预应力混凝土结构设计计算的关键点,2)A,类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下,但在荷载长期效应组合下,作用长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力小于扣除全部预应力,损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力。,一、规范应用释疑,16,预应力混凝土结构设计计算的关键点,2,斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算，并应符合下列要求：,（严格了！,）,1),全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下,预制构件,现场浇筑（包括预制拼装）构件,（对工地现浇的全预应力混凝土桥梁，基本目标是将主拉应力控制在,1MPa,左右。）,一、规范应用释疑,16,预应力混凝土结构设计计算的关键点,2)A,类和,B,类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下,预制构件,现场浇筑（包括预制拼装）构件,近年来大量修建的,T,形截面预应力混凝土预制梁，并未发现有规律的斜裂缝。因此，这些构件的主拉应力限值仍可维持较高的水平。,一、规范应用释疑,16,预应力混凝土结构设计计算的关键点,6.3.3,预应力混凝土受弯构件由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力和主压应力应按下列公式计算：,一、规范应用释疑,第,3,章 材料,混凝土标准试件尺寸由原规范以边长为,200mm,的立方体改为以边长为,150mm,的立方体,。其标准值前者称为,“,混凝土标号,”,保证率为,85%,；后者称为,“,混凝土强度等级，保证率为,95%,。表明在同一批混凝土中，,本规范混凝土强度标准值比原规范的低（,C28,30,号）,。所以作这样的变化，目的在于与国际标准接轨，也与国内规范统一。此外，,混凝土强度等级增加到,C80,，,C50,以下为普通强度混凝土，,C50,及以上为高强度混凝土。,材料分项系数：,新规范,1.45,（国标,1.4,）,旧规范 约,1.5,（设计强度为标准强度的,0.83,，安全系数为,1.25,）,预应力混凝土构件：,新规范 不小于,C40,旧规范 不小于,30,号,一、规范应用释疑,17,混凝土材料,4.2.2,详细提供了箱形截面梁翼缘有效宽度的计算方法（参考德国规范）。,预应力混凝土梁在计算预加力引起的混凝土应力时，预加力作为轴向力产生的应力可按实际翼缘全宽计算；由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按翼缘有效宽度计算。,-,正常使用极限状态,对超静定结构进行作用（或荷载）效应分析时，,T,形、箱形截面梁的翼缘宽度可取实际全宽。,-,承载能力极限状态,一、规范应用释疑,18,翼缘有效宽度,5.2.7,受弯构件斜截面抗剪强度计算，将原两项和（混凝土和箍筋分别抗剪）公式改为两项积（混凝土和箍筋共同抗剪）公式，以便与钢筋混凝土的计算公式统一：,(a),考虑纵向钢筋的抗剪作用但适当降低，将公式中的,(2+p),改为（,2+0.6p,）；,(b),采用提高系数考虑梁受压翼缘对抗剪承载力的有利因素；,(c),增加了连续梁正负弯矩区段的抗剪计算规定；,(d),考虑预应力对抗剪承载力的提高，按原苏联,建筑法规,取,1.25;,(e),考虑了竖向预应力钢筋应力不均匀分布影响系数,0.75,。,一、规范应用释疑,19,抗剪承载能力计算,5.2.11,本条规定了钢筋混凝土简支梁、等高度和变高度（承托）连续梁的抗剪配筋设计方法。基本思路与原规范相同。但在梁的最大设计剪力分配上，对原规范作了修改。原规范规定混凝土和箍筋共同承担最大设计剪力的,60%,，弯起钢筋则承担,40%,；本规范改为前者承担不少于,60%,，后者承担不超过,40%,。,一、规范应用释疑,19,抗剪承载能力计算,一、规范应用释疑,钢筋混凝土梁的斜截面剪切破坏主要模式：,斜拉破坏、,剪压破坏,、斜压破坏,5.2.9,矩形、,T,形和,I,形截面的受弯构件，其抗剪截面应符合下列要求：,对变高度（承托）连续梁，除验算近边支点梁段的截面尺寸外，尚应验算截面急剧变化处的截面尺寸。,-,抗剪上限值,5.2.10,矩形、,T,形和,I,形截面的受弯构件，当符合下列条件时,可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按本规范第,9.3.13,条构造要求配置箍筋。,-,抗剪下限值,19,抗剪承载能力计算,9.1.12,钢筋混凝土构件中纵向受力钢筋的最小配筋百分率应符合下列要求：,1,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋百分率不应小于,0.5,，当混凝土强度等级