公路桥梁设计规范实用问题探究

１４４　桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１２年６月第６期　公路桥梁设计规范实用问题探究　潘怡宏　（中国市政工程中南设计研究院，湖北武汉４３００１０）　摘要：该文阐述了对公路桥梁设计规范若干问题的研究、探讨。现行公路桥规自２００４年起至今已使用多年，但在工程设计　中，尤其在图纸审查过程中，发现部分设计人员尚未完全领会现行桥规的主旨，对此，提出问题，予以探讨，供设计人员参考。　关键词：公路桥梁；设计规范；设计基准期；新材料；混凝土耐久性　中图分类号：Ｕ４４２．５　１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—７７１６（２０１２）０６—０１４４—０３　０前言　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）（以下简称《公预　规》）等相继出台，标志着我国公路桥梁设计标准　进入一个新的时代。结合规范及近年来使用心得，　将笔者对规范的理解小结如下，供同行探讨。　１规范的基本定位　（１）技术标准规范中的要求只是最低要求。这　点上与国际逐渐一致，应理解为规范规定为保证　公共安全的最低要求。　（２）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　强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，一般取值应等　于设计基准期。　２　２００４版《公预规》较８５规范在设计理念　上的调整　２．１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）；　０４新标准：车道荷载（均布荷载＋集中荷载）　＋车辆荷载。　收稿日期：２０１２—０３—０１　作者简介：潘怡宏（１９７０一），男，湖北武汉人，高级工程师，从　事城市道路与桥梁工程设计工作。　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。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。　２．２桥梁与路基宽度的关系　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。现行桥　规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，其明确：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《公路桥涵设计通用　规范》（ＪＴＧＤ６０—２００４）表３．３．１—２和表３．３．１—３规　定的“最小值”，受地形限制时桥宽仍应保证右侧　路缘带０．５　ｍ宽。　２．３材料等级的提高　（１）改变传统的设计习惯，规范要求适当提高　设计时选用的混凝土强度等级。提高混凝土强度　等级是结构工程的重大技术进步，提高混凝土强　度等级带来的直接效益是可以减小结构截面尺　寸，减轻结构自重，提高结构承受外荷的承载力，　特别是对于承受轴向压力为主的构件，效果更为　明显。　适当地提高混凝土的强度等级是提高混凝土　结构耐久性的需要。在耐久性设计中，对混凝土强　度等级的要求是由于其与混凝土的密实性有关，　强度等级高的混凝土其密实性好，耐久性好。现行　公预规ＪＴＧＤ６２—２００４明确：钢筋混凝土受弯构件　采用Ｃ３０～Ｃ３５；钢筋混凝土受压构件采用Ｃ３０～　Ｃ４０；预应力混凝土构件采用Ｃ４０一Ｃ６０。　（２）中、高强钢筋的推广应用。长期以来，我国　钢筋混凝土结构的主导钢筋是强度为３３５　ＭＰａ的　２０１２年６月第６期　城市道桥与防洪　桥梁结构　１４５　Ⅱ级钢筋，强度为２３５　ＭＰａ的Ｉ级钢筋大量用作　辅助配筋，比国外低了一个强度等级。低强度带来　的配筋率增加，不仅经济效益降低，还造成配筋密　集难以设计，给施工带来困难。　新修订的《桥规ＪＴＧ　Ｄ６２｝虽然没有明确提出　钢筋混凝土结构以ＨＲＢ４００为主导钢筋的设计思　想，但已将其作为钢筋混凝土结构主要用钢之一　列入规范。　实际上，我国冶金部门在近１０　ａ来已经开始　按国际标准的要求生产新型钢筋：对热轧钢筋微　合金化而生产出质高价低的ＨＲＢ４００热轧钢筋　（新Ⅲ级钢筋）。其强度较ＨＲＢ３３５钢筋（原Ⅱ级钢　筋）提高了２０％，且具有较高的延性和锚固性能　及可焊性。同时，用于预应力混凝土结构的中、高　强度低松弛钢丝、钢绞线也增加了许多新品种；性　能优良的螺旋肋钢丝逐渐取代刻痕钢丝；二股、三　股钢绞线使高效预应力构件小型化成为可能，强　度等级也基本齐全。　但是，所有这些质优价低的新钢筋品种推广　速度太迟缓。究其原因除设计人员受传统设计习　惯的影响外，与旧设计规范和所谓“标准图”设计　的约束有直接的关系。相信未来随着科研和工程　实践的进展，ＨＲＢ４００钢筋在桥梁工程中的应用，　必然会有更大的发展。　２．４明确桥头纵坡及线形。适应环保需求　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。　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。　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。　２．５提高混凝土桥梁结构耐久性的技术措施　现行规范是从以下五个方面解决混凝土桥梁　结构的耐久性问题：　（１）加大钢筋的混凝土保护层厚度是提高混凝　土耐久性的重要措施。混凝土保护层碳化是钢筋　锈蚀的前提。就一般情况而言，只有保护层混凝土　碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。　因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋　免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措　施之一。　（２）改进桥面铺装设计的建议。采用高密实度　具有良好防水性能桥面铺装混凝土是提高结构耐　久性的重要措施。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７０　ｍｍ；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５０　ｍｍ。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８０　ｍｍ，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８　ｍｍ，间距不宜大于１００　ｍｍ。　（３）改进伸缩缝设计，提高伸缩缝的止水性，　必要时在伸缩缝下面设置引水板，将漏水引到盖　梁和墩柱的外面。对可能遭受水份侵蚀的混凝土　表面，涂刷水泥基渗透结晶型防水材料，靠防水材　料渗透结晶作用，形成自密的混凝土保护层，提高　混凝土自身的抗破损能力。　（４）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。　规范建议压力３００　ｔ及以下者，优先考虑板式　支座；３００—８００　ｔ者，优先考虑球形支座；６００　ｔ以　上者可考虑盆式支座。　（５）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２５０　ｍｍ，长度不宜　小于５　ｍ。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。　３桥梁结构计算方面的问题　３．１斜截面抗剪承载力计算中ｈ。取值　《公预规》明确指出了斜截面抗剪承载力计算　及抗剪强度上、下限复核时，梁的有效高度为纵向　受拉钢筋截面重心至截面受压边缘的距离，即在　计算ｈ。时不应考虑弯起钢筋的影响。　ｈ。是反映梁高对抗剪承载力的影响。对于在　支点处所有预应力筋均弯起的情况，验算支点的　１４６　桥梁结构　城市道桥与防洪　所提高。　３．４预防温度裂缝的措施　２０１２年６月第６期　附近斜截面抗剪承载力和复核抗剪强度上、下限　值时，ｈ。可从跨中截面钢筋重心或底排纵向普通　钢筋重心算起。　３．２设有竖向预应力筋时抗剪承载力的计算　对于配有竖向预应力筋的预应力混凝土梁进　行斜截面抗剪承载力复核时，《公预规》规定　（５．２．７条注１），可将计算公式（５．２．７－２）中的箍　筋配筋率和抗拉强度设计值，以竖向预应力筋　配筋率和抗拉强度设计值代替。这样规定的实　质是将竖向预应力钢筋的作用视为箍筋一样处　理。　但在实际工程中，采用竖向预应力钢筋时，也　还要配置一定数量的箍筋。箍筋按构造配筋。　３．３持久状况正常使用极限状态——抗裂性验算　的内容及控制条件　问题：新规范与老规范相比在抗裂性验算控　制条件是不同的。　新规范的正截面抗裂验算是通过在作用（或　计算结果表明，按《公路桥涵设计通用规范》　（ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４）４．３．１０给出的竖向梯度温度（上、　下温差）曲线计算出的温度应力，对结构的承载力　的抗裂性计算结果有显著影响。在实际工程中为　了减少箱形梁温度应力的不利影响，在不影响结　构承载力的前提下，可在两侧腹板上设置通风孔　（孔的直径可取１００—２００　ｍｍ，间距为５～１０　ｍ），　使箱内空气流通，以减少箱梁的内、外温差。　预防温度裂缝的主要措施是合理设置温度伸　缩缝、在混凝土组成材料中掺人适量的磨细粉煤　灰减少水化热、加强混凝土养护、严格控制升温和　降温速度。　预防大体积混凝土截面内外温差裂缝的基本　思路是减少水化热和降低内外温差。　４结语　・　荷载）短期效应组合下，构件抗裂性验算截面边缘　混凝土的法向拉应力来控制的；　老规范的正截面抗裂验算是通过在使用荷载　（计人冲击系数　作用下，构件抗裂性验算截面边　缘混凝土的法向拉应力盯　来控制的。　因为　＜盯　，为了保持新老规范的抗裂验　算的可靠度基本相等，采用０．８～０．８５的系数对　盯　值进行了调整。　斜截面抗裂性主拉应力控制指标较老规范有　现行桥规在桥梁使用的安全性、耐久性等方　面较８５规范有了很大的变化，领会桥规精髓，是　每一位桥梁设计师的首要任务。未来高强钢筋及　二股、三股钢绞线的应用将会逐渐增多，对创建节　约型社会意义重大。　参考文献　［１］ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４，公路桥涵设计通用规范［ｓ］．　［２］ＪＴＧＤ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵地基与　基础设计规范［ｓ］．　（上接第１４３页）　性不利。　桥，需要中修。　参考文献　６　结语　通过对该桥进行外观和荷载试验检测分析．桥　梁结构未发现由于爆炸（振动和冲击波）作用下构件　【１】徐日昶．钴构振动测试【Ｍ】．啥尔滨：东北林业大学出版社，１９９３．　【２林鸣，苏龙．２］贵州某Ｔ型梁旧桥的静动载荷载试验分析［ＪＪ．山西科　技．２００８，（６）：１１０—１１２．　产生的新病害或位移．仅发现了该桥既有的一些病　害。检测结构表明：该桥在试验荷载作用下主要截　面的挠度校验系数和应变校验系数均小于１，整体　工作性能好，结构刚度、承载能力满足公路一Ｉ级荷　［３】ＪＴＧ／ＴＪ２１—２０１１，公路桥梁承载能力检测评定规程［ｓ】．　［４】ＪＴＧ／ＴＨ２１－２０１　１，公路桥梁技术状况评定标准【Ｓ］．　【５】苏龙，肖池，等．六盘水市白鹤高架桥荷载试验及分析［Ｊ】．公路Ｔ　程．２０１０，（１０）．　载标准要求。根据《公路桥梁技术状况评定标准》　（ＪＴＧ／ＴＨ２１—２０１１１中桥梁技术状况评定方法和标　准，左幅桥属于二类桥，需要小修；右幅桥属于三类　［６】姜增国，瞿伟廉．跑车试验测定桥梁结构冲击系数的理论和应用　［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００２，２４（８）．　Ｉ７】苏龙，胡章立，杨絮．贵阳市某匝道桥横梁开裂原因分析及处理方　案【Ｊ】．城市道桥与防洪，２０１１，（１１）：５１—５３．