第11章混凝土結(jié)構(gòu)按橋涵規(guī)范設(shè)計(jì)原理

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第十一章混凝土結(jié)構(gòu)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)原理1.《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD62-20042.《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTGD60-20043.《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTGB014.《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50283-1999 11.1概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法及其在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的應(yīng)用11.1.1極限狀態(tài)表達(dá)式公路橋梁結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)表達(dá)式如下:承載能力極限狀態(tài)橋梁構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算,采用下列表達(dá)式: 式中——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)于公路橋梁，安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)時(shí)，分別取1.1、1.0、0.9；橋梁的抗震設(shè)計(jì)不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；——作用（或荷載）效應(yīng)（其中汽車荷載應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù)）的組合設(shè)計(jì)值；當(dāng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，應(yīng)加上預(yù)應(yīng)力（扣除全部預(yù)應(yīng)力損失）引起的次效應(yīng)；——構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值；——材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——幾何參數(shù)設(shè)計(jì)值，當(dāng)無(wú)可靠數(shù)據(jù)時(shí)，可采用幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，即設(shè)計(jì)文件規(guī)定值?；炷恋牟牧戏猪?xiàng)系數(shù)為1.45，而建筑工程為1.4鋼筋的材料分項(xiàng)系數(shù)：普通鋼筋為1.2，而建筑工程為1.1鋼絞線為1.47，而建筑工程為1.2 公路橋涵設(shè)計(jì)：技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理。公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級(jí)設(shè)計(jì)安全等級(jí)橋涵結(jié)構(gòu)一級(jí)特大橋、重要大橋二級(jí)大橋、中橋、重要小橋三級(jí)小橋、涵洞“重要”的大橋、小橋是指高速公路和一級(jí)公路、國(guó)防公路上及城市附近交通繁忙公路上的橋梁。 橋涵涵洞的分類橋涵分類多孔跨徑總長(zhǎng)(m)單孔跨徑(m)特大橋大于1000大于150大橋100-100040-150中橋30-10020-40小橋8-305-20涵洞--小于5 正常使用極限狀態(tài)對(duì)于正常極限狀態(tài),采用荷載的短期效應(yīng)組合、長(zhǎng)期效應(yīng)組合或短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響，對(duì)構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，并使各項(xiàng)計(jì)算值不超過(guò)規(guī)范規(guī)定的各相應(yīng)限值。在上述各種組合中，汽車荷載效應(yīng)不計(jì)沖擊作用的影響。在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中,預(yù)應(yīng)力應(yīng)作為荷載考慮,荷載分項(xiàng)系數(shù)取為1.0。對(duì)連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)計(jì)入由預(yù)應(yīng)力、溫度作用等引起的次效應(yīng)。 11.1.4作用效應(yīng)組合作用的分類作用按隨時(shí)間變化可分為如下幾類：（1）永久作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)量值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的作用。（2）可變作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)量值隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比不可忽略的作用。按其對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)的影響程度，又分為基本可變作用和其他可變作用。（3）偶然作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的作用。 作用效應(yīng)組合在進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)可能出現(xiàn)的作用，應(yīng)采用以下兩種作用效應(yīng)組合，即基本組合和偶然組合。（1）基本組合永久作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為：或 式中——承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；——第i個(gè)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)；——除汽車荷載、風(fēng)荷載外的其他第i個(gè)其他可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.4，但風(fēng)荷載外的分項(xiàng)系數(shù)取1.1；、——第i個(gè)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值的效應(yīng)；、——汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力、離心力）的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值；、——除汽車荷載（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第i個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值； ——除汽車荷載（含汽車沖擊力、離心力）外其他可變荷載效應(yīng)的組合系數(shù)，當(dāng)永久作用與汽車荷載和人群荷載(或其他一種可變作用)組合時(shí)，人群荷載(或其他一種可變作用)的組合系數(shù)取為0.80；除汽車荷載（含汽車沖擊力、離心力）外尚有其他兩種可變荷載參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取為0.70；尚有三種可變荷載參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取為0.60；尚有四種可變荷載參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取為0.50；設(shè)計(jì)彎橋時(shí)，當(dāng)離心力與制動(dòng)力同時(shí)參與組合時(shí)，制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計(jì)值按70%取用。 偶然組合永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相組合。偶然作用的分項(xiàng)系數(shù)取1.0；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)取用適當(dāng)?shù)拇碇怠５卣鹱饔脴?biāo)準(zhǔn)值及其表達(dá)式按現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用。 11.2受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力的計(jì)算11.2.1正截面受彎承載力計(jì)算1、正截面受彎承載力計(jì)算的基本假定1)構(gòu)件彎曲后，其截面仍保持為平面；2)截面受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形簡(jiǎn)化為矩形,其壓力強(qiáng)度取混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；截面受拉區(qū)混凝土的抗拉強(qiáng)度不予考慮；3)鋼筋應(yīng)力等于鋼筋應(yīng)變與其彈性模量的乘積,但不大于其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。受拉鋼筋的極限應(yīng)變?nèi)?.01。受拉鋼筋的應(yīng)力取其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；受壓區(qū)鋼筋的應(yīng)力取其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 2、單筋矩形截面正截面承載力計(jì)算(1)基本計(jì)算公式根據(jù)上述基本假定,單筋矩形截面正截面承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖11-1,由平衡條件可得： 式中：——橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)的橋（特大橋、重要大橋），=1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)的橋（大橋、中橋、重要小橋），=1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)的橋（小橋、涵洞），=0.9；——彎矩組合設(shè)計(jì)值；——混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——縱向普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——縱向受拉鋼筋截面面積；——矩形截面寬度；——截面有效高度，，此處為截面全高，為從截面受拉邊緣至縱向受力鋼筋重心的距離；——截面受壓區(qū)高度。 (2)基本計(jì)算公式的適用條件1)為了防止出現(xiàn)超筋梁情況，要求相對(duì)受壓區(qū)高度不超過(guò)相對(duì)界限受壓區(qū)高度,即≤與建筑工程的相對(duì)界限受壓區(qū)高度進(jìn)行比較。P62 2)為了防止出現(xiàn)少筋梁情況，計(jì)算的配筋率不得小于最小配筋率，即≥。P64按照單筋矩形截面受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力計(jì)算方法，可得橋涵工程單筋矩形截面受彎構(gòu)件的計(jì)算流程如下圖所示： 3、雙筋矩形截面正截面承載力計(jì)算(1)基本計(jì)算公式根據(jù)基本假定,雙筋矩形截面正截面承載力的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖11-2,由靜力平衡條件可得： 式中——縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——受壓鋼筋的截面面積；——受壓鋼筋截面重心至受壓邊緣的距離。其他符號(hào)同單筋矩形截面。 (2)基本計(jì)算公式的適用條件1)為防止超筋破壞，應(yīng)滿足。2)為保證受壓鋼筋達(dá)到抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，應(yīng)滿足若，則說(shuō)明受壓鋼筋不能達(dá)到其抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度?！豆窐蛞?guī)》規(guī)定這時(shí)取，即假設(shè)受壓區(qū)混凝土合力作用點(diǎn)與受壓鋼筋合力作用點(diǎn)重合。對(duì)受壓鋼筋合理作用點(diǎn)取矩，可得： 同時(shí)還應(yīng)按單筋矩形截面計(jì)算其強(qiáng)度，若按單筋截面計(jì)算的強(qiáng)度比按上式計(jì)算的強(qiáng)度大，則取其較大者。3）為限制鋼筋的總用量以滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，同時(shí)為避免鋼筋布置過(guò)多而造成施工困難，還應(yīng)滿足： 式中??為混凝土有效截面面積對(duì)受拉鋼筋合力作用點(diǎn)的靜力矩，對(duì)矩形截面，。4、Τ形截面正截面承載力計(jì)算(1)兩類Τ形截面及判別方法按受壓區(qū)高度的不同分為兩類：①第一類Τ形截面，受壓區(qū)高度在翼板內(nèi)，即圖11-3a）；②第二類Τ形截面。受壓區(qū)高度進(jìn)入梁肋內(nèi)，即（圖11-3b）。 圖11-3兩類T形截面 參照建筑工程中Τ形截面類型判別方法，可得出公路橋涵工程中Τ形截面類型的判別方法，即當(dāng)或時(shí)為第一類Τ形截面；否則為第二類Τ形截面。式中——截面受壓翼緣的高度；——翼緣有效寬度。 (2)基本計(jì)算公式及適用條件1)第一類Τ形截面第一類Τ形截面，中性軸在翼板內(nèi)，即，受壓區(qū)為矩形圖11-4，截面可按的矩形截面計(jì)算。 由平衡條件得基本計(jì)算公式：基本公式的適用條件為：①，。注意，這里的，b為Τ形截面的肋寬。 2)第二類Τ形截面第二類Τ形截面，中性軸在梁肋內(nèi)，即，受壓區(qū)為Τ形（見(jiàn)圖11-5）。 由平衡條件得基本計(jì)算公式：基本公式的適用條件為：①，；②。 11.2.2斜截面受剪承載力的計(jì)算基本計(jì)算公式及適用條件：矩形、T形和I字形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，當(dāng)配置箍筋和彎起鋼筋時(shí)，其斜截面抗剪強(qiáng)度應(yīng)按下列公式進(jìn)行驗(yàn)算(見(jiàn)圖11-6) 當(dāng)僅配箍筋時(shí)，其斜截面抗剪承載力應(yīng)按下列公式進(jìn)行驗(yàn)算(見(jiàn)圖11-6)P317 式中——斜截面受壓端正截面上由作用（或荷載）產(chǎn)生的最大剪力組合設(shè)計(jì)值(kN)，對(duì)變高度（承托）的連續(xù)梁和懸臂梁，當(dāng)該截面處于變高度梁段時(shí)，則應(yīng)考慮作用于截面的彎矩引起的附加剪應(yīng)力的影響；——斜截面內(nèi)混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設(shè)計(jì)值(kN)；——與斜截面相交的彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計(jì)值(kN)；——異號(hào)彎矩影響系數(shù)，計(jì)算簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁近邊支點(diǎn)梁段的抗剪承載力時(shí)，取1.0，計(jì)算連續(xù)梁和懸臂梁近中間 支點(diǎn)梁段的抗剪承載力時(shí)，=0.9；——預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，=1.0；對(duì)預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件取1.25——受壓翼緣的影響系數(shù)，取=1.1；b——斜截面受壓端正截面處，矩形截面寬度（mm)，或T形或I字形截面腹板寬度（mm)；——斜截面受壓端正截面的有效高度，自縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至受壓邊緣的距離（mm)；P——斜截面內(nèi)縱向受拉主筋的配筋率，，當(dāng)取 ——邊長(zhǎng)為150mm的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)，即為混凝土強(qiáng)度等級(jí)；——箍筋配筋率，　?。弧拷羁估瓘?qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa)；——斜截面內(nèi)配置在同一截面的箍筋各肢總截面面積(mm2)；——斜截面內(nèi)箍筋的間距(mm)；——斜截面內(nèi)在一個(gè)彎起鋼筋平面內(nèi)的彎起鋼筋總截面面積(mm2)；——彎起鋼筋的切線與水平線的夾角。 11.3受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算11.3.1軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算1、軸心受壓普通箍筋柱的計(jì)算鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)配有普通箍筋（或螺旋筋或在縱向鋼筋上焊有橫向鋼筋）時(shí)（見(jiàn)圖11-7a），其正截面抗壓承載力按下列公式計(jì)算： 式中——軸向力組合設(shè)計(jì)值；——鋼筋混凝土軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；A——構(gòu)件毛截面面積；——縱向鋼筋截面面積； 當(dāng)縱向鋼筋配筋率時(shí)，上式中A應(yīng)改為An，。2、軸心受壓螺旋箍筋柱的計(jì)算鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)配置螺旋箍筋或焊接環(huán)式間接鋼筋時(shí)（見(jiàn)圖11-7b），其間接鋼筋的換算截面積不小于全部縱向鋼筋截面積的25%；間距不大于80mm或，構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，其正截面抗壓承載力按下列公式計(jì)算： 式中——構(gòu)件的核心截面面積；——螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的換算截面面積；——構(gòu)件截面的核心直徑；——間接鋼筋的影響系數(shù)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50及以下時(shí)取=2.0；C50~C80取=2.0~1.70，中間直接插入取用；——單根間接鋼筋（即螺旋箍筋）的截面面積；——沿構(gòu)件軸線方向間接鋼筋的螺距或間距； 11.3.2矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算1、基本計(jì)算公式矩形截面偏心受壓構(gòu)件的正截面抗壓承載力按下列公式計(jì)算（見(jiàn)圖11-8）： 式中——軸向力作用點(diǎn)至截面受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋合力點(diǎn)的距離，，為軸向力對(duì)截面重心軸的偏心距，；、——軸向力及彎矩組合設(shè)計(jì)值；——截面受壓較大邊邊緣至受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋合力點(diǎn)的距離，； ——偏心受壓構(gòu)件軸向力偏心矩增大系數(shù)，按下式計(jì)算： 2、截面配筋計(jì)算在進(jìn)行偏心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)時(shí)，一般是已知截面作用效應(yīng)，偏心距，材料強(qiáng)度，截面尺寸及構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，求截面縱筋數(shù)量。P328 11.5鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力、裂縫與變形驗(yàn)算11.5.1施工階段的應(yīng)力驗(yàn)算對(duì)于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件按短暫狀況設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)算其在制作、運(yùn)輸及安裝等施工階段，由構(gòu)件自重等施工荷載引起的應(yīng)力，并不得超過(guò)《橋規(guī)》（JTGD62）規(guī)定的限值。施工荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)有組合時(shí)不考慮荷載組合系數(shù)。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力按下列公式計(jì)算，并應(yīng)符合下列規(guī)定：受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應(yīng)力≤受拉鋼筋的應(yīng)力≤ 11.5.2受彎構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度，應(yīng)按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)影響進(jìn)行驗(yàn)算，并規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過(guò)下列規(guī)定限值：Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境0.2mmⅢ類和Ⅳ類環(huán)境0.15mm11.5.3受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算1)．受彎構(gòu)件的剛度和撓度鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可根據(jù)給定的構(gòu)件剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的剛度可按下列公式計(jì)算：P338 受彎構(gòu)件的長(zhǎng)期撓度值，在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后不應(yīng)超過(guò)下列規(guī)定的限值（在上述各組合中，汽車荷載應(yīng)不計(jì)沖擊系數(shù)）：梁式橋主梁的最大撓度處梁式橋主梁的懸臂端l此處為計(jì)算跨徑，l1為懸臂長(zhǎng)度。2)．預(yù)拱度的設(shè)置當(dāng)由荷載短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)影響產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度不超過(guò)計(jì)算跨徑的1／1600時(shí)，可不設(shè)預(yù)拱度；否則，應(yīng)設(shè)預(yù)拱度。預(yù)拱度值等于結(jié)構(gòu)自重和1/2可變荷載頻遇值計(jì)算的長(zhǎng)期撓度值之和，汽車荷載頻遇值為汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值的0.7倍，人群荷載頻遇值等于其標(biāo)準(zhǔn)值。預(yù)拱度的設(shè)置應(yīng)按最大的預(yù)拱度值沿順橋向作成平順的曲線，如拋物線等。