1、II橋 梁 設(shè) 計 理 論 作 業(yè)新舊橋梁規(guī)范設(shè)計計算比較的研究 姓 名： 孫艷 專 業(yè)： 道路與鐵道工程 學 號： 1120131370 日 期： 2013年 1月 1日 大連海事大學Dalian Maritime University摘 要隨著科學理論與技術(shù)的進步，橋涵設(shè)計理論有了較大發(fā)展，橋涵設(shè)計規(guī)范于2004年在車輛布載模式和配筋方面做了很大的調(diào)整，并且開始頒布執(zhí)行。新規(guī)范在內(nèi)力計算方面更加簡單、合理與安全。新規(guī)范較以往的舊規(guī)范主要區(qū)別在于：材料的強度取值，汽車荷載布置模式、沖擊系數(shù)、設(shè)計荷載組合方式、配筋、預應(yīng)力損失、撓度、裂縫等都發(fā)生了明顯的變化舊規(guī)范將汽車荷載劃分為汽車超20級、

2、汽車-20級、汽車-15級、汽車-10級共四個等級，并且每個等級規(guī)定了驗算荷載-掛車和履帶車荷載；而新規(guī)范只將汽車荷載分為公路I級和公路一II級兩個等級，取消了舊規(guī)范規(guī)定的汽車-15級和汽車-10級汽車荷載，并且不考慮驗算荷載。公路I級相當于舊規(guī)范的汽車超20級別，公路II級相當于舊規(guī)范的汽車-20級。結(jié)構(gòu)整體計算采用車道荷載模式，局部分析計算采用車輛荷載模式。 同時，將汽車沖擊系數(shù)，以跨徑為主要影響因素的計算方法，修訂為以結(jié)構(gòu)基頻為主要因素的計算方法。對汽車沖擊系數(shù)，舊規(guī)范近似地認定沖擊力與計算跨徑成反比，計算簡便但不能反映其本質(zhì)，更重要的是系數(shù)偏小。新規(guī)范采用與橋梁結(jié)構(gòu)基頻相關(guān)的沖擊數(shù)，綜

3、合反映了結(jié)構(gòu)的尺寸、類型、建筑材料等動力特性。從對比中看出，舊規(guī)范在跨徑大于45m時就不考慮沖擊系數(shù)了，而新規(guī)范仍要考慮，客觀上新規(guī)范對于汽車荷載及沖擊系數(shù)要求更為嚴格。新舊規(guī)范汽車荷載的計算圖式不同。舊規(guī)范汽車荷載的計算圖式是以一輛加重車和具有規(guī)定間距的若干輛標準車組成的車隊表示的，計算比較麻煩，且計算效應(yīng)隨橋梁跨徑的變化是不連續(xù)的。新規(guī)范采用車道荷載即由均布荷載和集中荷載組成的圖式，只要知道梁的影響線面積和最大豎標值，荷載效應(yīng)即可計算出來，較為方便。橋梁設(shè)計理論作業(yè)橋梁設(shè)計理論作業(yè)1 沖擊系數(shù)的不同舊規(guī)范對于鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土構(gòu)件沖擊系數(shù)的求法規(guī)定如下：跨徑L5 m時，=0.30；跨

4、徑L45 m時，=0。當L值在所列數(shù)值范圍內(nèi)時，沖擊系數(shù)可以用直線內(nèi)插值求得。對于20m板梁，1+1.118。新規(guī)范對于鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土構(gòu)件沖擊系數(shù)的求法以20m板梁計算為例。沖擊系數(shù)為：1+=1+0.25=1.25。16m板梁、20m T梁、16m T梁的沖擊系數(shù)可同理計算，對比見表l。舊規(guī)范的求法僅僅局限于橋梁跨徑或者荷載長度的影響。新規(guī)范的沖擊系數(shù)反映了橋梁結(jié)構(gòu)動力特征，通過橋梁的結(jié)構(gòu)基頻求法，計算的沖擊系數(shù)較舊規(guī)范計算值偏大，新規(guī)范從橋梁結(jié)構(gòu)自身的截面、材料特征出發(fā)，更符合橋梁在汽車荷載的沖擊作用下的受力特征，求出的汽車沖擊力更加合理。2 內(nèi)力的比較下面按新、舊規(guī)范分別計算20

5、 m，16 m板梁和20m，16 m T梁對應(yīng)的公路-I級、公路-級和汽車-20級、汽車-20級的車道荷載組合邊梁彎矩，如表2所示。按新、舊規(guī)范分別計算20m，16 m板梁和20 m，16 m T梁對應(yīng)的公路一l級、級和汽車-20級、汽車-20級的汽車活載彎矩(計算沖擊)表中的數(shù)據(jù)可以明顯地看出：新規(guī)范所規(guī)定的車道荷載組合與舊規(guī)范所規(guī)定的車輛荷載級比汽車-20級偏大；對于汽車活載(計算沖擊)，密集運行狀態(tài)即公路一I級荷載比原規(guī)范汽車-超20級小416；一般運行狀態(tài)即公路-級比原規(guī)范汽車-20級小918。3 配筋的比較31預應(yīng)力鋼筋面積不同新舊規(guī)范對于預應(yīng)力鋼筋的計算首先是預應(yīng)力鋼筋的估算方法不

6、同，舊規(guī)范采用的是容許預應(yīng)力法估算預應(yīng)力鋼筋截面積，而新規(guī)范采用了名義預應(yīng)力法估算預應(yīng)力鋼筋面積。在同一座橋梁配筋設(shè)計中，根據(jù)新規(guī)范估算的預應(yīng)力鋼筋截面積較舊規(guī)范估算的要小，在配同樣的預應(yīng)力鋼筋截面積的條件下，新規(guī)范設(shè)計的非預應(yīng)力鋼筋要少刪，主要，由于舊規(guī)范的I，容許預，應(yīng)力，估算的方法偏于保守。因此可以得出按舊規(guī)范設(shè)計的預應(yīng)力梁可以繼續(xù)使用。32非預應(yīng)力配筋面積不同可知，對于T梁的非預應(yīng)力配筋，舊規(guī)范明顯比新規(guī)范要少得多，新規(guī)范所需要的非預廊力鋼筋較多。根據(jù)上面板梁的預應(yīng)力鋼筋和T梁的非預應(yīng)力鋼筋的對比，我們可以清楚地看出：在一般跨度的橋梁設(shè)計之中，舊規(guī)范設(shè)計的預應(yīng)力板梁可以繼續(xù)使用，但新規(guī)

7、范能更充分地利用預應(yīng)力，宜加以推廣與應(yīng)用。4 預應(yīng)力損失的比較我們就預應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的損失田5及混凝土的收縮、徐變引起的損失d，6來分析新、舊規(guī)范的不同。 由表5我們可以明顯地看出：對傳力錨固時的損失，新、舊規(guī)范相差很??；傳力錨固后的損失，根據(jù)新規(guī)范所計算的預應(yīng)力損失較大。5 抗裂驗算要求和裂縫計算不同新規(guī)范正截面抗裂驗算按作用(或荷載)短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合進行，使用新規(guī)范設(shè)計的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件較舊規(guī)范不過多的降低預應(yīng)力度，新規(guī)范將預制的全預應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預應(yīng)力降低15，即舊規(guī)范pcst(相當于h)改為st-0.85pcO；分段澆筑或砂漿接縫的縱向分塊構(gòu)件降低20%，改為st-

8、0.80pc0。將預應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件也由舊規(guī)范st-pc0.8ftk改為st-pc0.7ftk從表6中我們可以看出，舊規(guī)范設(shè)計的預應(yīng)力板梁產(chǎn)生的裂縫寬度較新規(guī)范設(shè)計的板梁寬度較大。新、舊規(guī)范對于非預應(yīng)力構(gòu)件計算的裂縫寬度相差不大。裂縫寬度受鋼筋的折算直徑、配筋率等因素的影響較大，不易比較。6 撓度和持久狀況預應(yīng)力混凝土應(yīng)力計算下面我們就預應(yīng)力板梁，非預應(yīng)力T形梁的撓度進行比較。對于非預應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，新規(guī)范設(shè)計的恒藏引起的撓度較舊規(guī)范的小，主要由于新規(guī)范中的鋼筋混凝土構(gòu)件等效截面的抗彎剛度B偏大導致；根據(jù)新規(guī)范計算活載引起的撓度值相對偏大，主要由于活載內(nèi)力偏大導致；對于總的撓度，新規(guī)范的

9、較大。新、舊規(guī)范的相同點就是，一般的預應(yīng)力板梁結(jié)構(gòu)不設(shè)預拱度，非頇應(yīng)力結(jié)構(gòu)要設(shè)置預拱度，新、舊規(guī)范計算的總撓度差別不是很明顯。在使用舊規(guī)范期間設(shè)計的全預應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在新規(guī)范的標準下有町能從全預應(yīng)力構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)轭A應(yīng)力A類構(gòu)件。A類預應(yīng)力混凝土構(gòu)件在長期荷載下的抗裂性驗算，舊規(guī)范規(guī)定在結(jié)構(gòu)自重作用下不得消壓，而新規(guī)范規(guī)定為0，其中，乳為荷載長期效應(yīng)組合下產(chǎn)生的構(gòu)件混凝土邊緣法向拉應(yīng)力，不但包括結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)，也包括部分活荷載效應(yīng)。7 算例分析7. 1計算軟件及方法 大橋縱向計算采用同濟大學開發(fā)的橋梁博士V 3. 1專業(yè)訓一算軟件。在橋梁的結(jié)構(gòu)訓一算中全而模擬了箱梁梁體在各施土階段的受力特征及不同齡

10、期混凝土的收縮徐變影響，并按照梁段懸臂施工順序分成25個施工階段和運營階段。全橋共劃分114個單元箱梁單元68個，橋墩單元46個).4個永久支承元，訓一算模型見圖L在新、舊規(guī)范計算模擬過程中，所有施工階段的劃分及各階段施工天數(shù)和施工臨時荷載及永久荷載完全一致。計算對比時，橋梁上部結(jié)構(gòu)箱梁按照新、舊橋梁規(guī)范相關(guān)參數(shù)取值對比，見表17. 2計算結(jié)果按舊規(guī)范(JTJ021-89進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗算，計算結(jié)果見圖2. 3;按新規(guī)范(JTG D60-2004 )進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗算，訓一算結(jié)果見圖4.5.承載能力極限狀態(tài)新、舊規(guī)范箱梁控制截面計算結(jié)果對比見表計

11、算結(jié)果對比見表3. 4. 5. 67. 3計算結(jié)果分析計算結(jié)果表明，在新舊兩種規(guī)范下，承載能力極限狀態(tài)單元截而抗力、抗剪計算均能滿足規(guī)范要求;正常使用極限狀態(tài)下，在舊規(guī)范的汽一20級和掛一100兩種活載、溫度、制動力和支座強迫位移最不利荷載組合下，最大正應(yīng)力為12 1 MPa、最小正應(yīng)力為0. 62 MPa最大主拉應(yīng)力為一1. 23 MPa最大主壓應(yīng)力為15. 57 MPa箱梁全截而受壓，各截而正應(yīng)力和主應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。在新規(guī)范的公路-II級活載、溫度、制動力和支座強迫位移最不利荷載組合下，最大正應(yīng)力為20.7 MPa、最小正應(yīng)力為一201MPa最大主壓應(yīng)力為20.7 MPa最大主拉應(yīng)力為

12、-2. 1 MPa截面正應(yīng)力和主應(yīng)力均超過規(guī)范容許值。7. 4新舊規(guī)范對比新公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004)與舊公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTJ 021-89)相比，梯度溫度對截而應(yīng)力的影響差別較大，新規(guī)范梯度溫度產(chǎn)生的壓應(yīng)力值為8. 2 MPG拉應(yīng)力值為一4. 1 MPa舊規(guī)范梯度溫度產(chǎn)生的壓應(yīng)力值為2. 5MPa拉應(yīng)力值為一1. 2 MPa兩規(guī)范下，活載影響值相差不到5%;同時由于新規(guī)范的各項容許值相對舊規(guī)范而言均要嚴格，因此，按照舊規(guī)范設(shè)計的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)部分截面的應(yīng)力在新規(guī)范下不滿足容許值要求。結(jié)語經(jīng)過新、舊規(guī)范在動力特性、配筋、預應(yīng)力損失、裂縫、撓度等方面的不同比較，我們可以了解到，新規(guī)范較以往的規(guī)范要求充分發(fā)揮預應(yīng)力鋼筋的承載能力，節(jié)約鋼筋用量，降低