《通用规范讲座》PPT课件.ppt

新桥规讲座,第一部分：公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）,发布公路桥涵设计通用规范的公告,新桥规的背景,公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T 502831999）自1999年10月1日实施。对结构可靠度和结构安全等级，结构极限状态、设计状况、目标可靠指标，作用的分类、统计特征、代表值、效应组合，材料与岩土性能和结构几何参数的统计参数、标准值，结构分析与试验，极限状态设计表达式、分项系数，质量管理和控制等方面作了规定。,新桥规的背景（续）,公路工程技术标准（JTG B012003）自2004年3月1日起实施。标准在修订后分为九章，分别是：1 总则、2 控制要素、3 线路、4 路基路面、5 桥涵、6 汽车及人群荷载、7 隧道、8 路线交叉、9 交通工程及沿线设施。修订内容中与公路桥涵设计密切相关的修订内容有：桥涵分类 调整了特大桥与大桥的分界，将特大桥的单孔跨径起点由100m调整为150m，多孔跨径起点调整为1000m。桥涵设计荷载 对结构设计的标准车辆模式及其分级作了修改，汽车荷载模式由车队荷载变为车道荷载。桥涵净空 以行车速度为基准规定了不同的车道、中间带和路肩等车道要素的宽度。,一、新旧规范章节对比,2004规范1 总则2 术语3 设计要求 3.1 桥涵布置 3.2 桥涵孔径 3.3 桥涵净空 3.4 桥上线形及桥头引道 3.5 构造要求 3.6 桥面铺装、排水和防水层 3.7 养护及其他附属设施4 作用 4.1 作用分类、代表值和作用效应组合 2.2 永久作用 2.3 可变作用 2.4 偶然作用附录A 全国基本风速图及全国各气象台的基本风速和风压附录B 气候分区图,1989规范1 总则 1.1 一般原则 1.2 桥涵布置和桥孔设计 1.3 桥涵跨径 1.4 桥梁净空 1.5 桥上线形及桥头引道 1.6 构造要求 1.7 桥面铺装、排水和防水层 1.8 养护及其他附属设施2 荷载 2.1 荷载分类与组合 2.2 永久荷载 2.3 可变荷载 2.4偶然荷载附录A 主动土压力计算附录B 静土压力计算附录C 全国基本风压分布图及迎风面积计算附录D 船只和漂流物的撞击力,二、主要修订内容,1明确了公路桥涵结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计并引人了结构设计的持久状况、短暂状况和偶然状况三个设计状况；2修改了公路桥涵结构设计的作用效应的组合方式及其组合系数，引人了作用的短期效应组合和长期效应组合，并提出了各种可变作用短期效应组合时的频遇值系数和长期效应组合时的准永久值系数；3引人了公路桥涵设计的安全等级及其重要性系数，以桥涵结构破坏可能产生的后果严重程度的不同采用不同的重要性系数，使结构的设计更趋合理；4开展了“公路桥涵分类标准”专题研究，根据研究成果，适当调整了公路桥涵的分类标准；5进行了“高速公路和一级公路桥涵设计洪水频率标准”专题研究，分析比较了原标准与国内外相关标准间的关系，比较分析了设计洪水的计算分析方法，经综合分析比较，认为可维持原规范的规定；6取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路级和公路级标准汽车荷载；取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中；,二、主要修订内容（续）,7将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法，改为以结构基频为主要影响因素的计算方法；8局部调整了人群荷载的标准值；9调整了风荷载的计算公式及各影响系数，给出了全国基本风速图及全国各气象台站的基本风速和风压值表；10.补充了冰压力的计算方法和计算公式；11.改善了温度作用的规定，完善了体系温度的规定，调整了温度梯度曲线的规定；12.增加了汽车撞击荷载的计算和设计要求；13.补充了通航海轮船舶撞击作用的规定。,三、强制性条文,规范总共规定了六条强制性条文，内容如下：1.0.6 设计基准期 1.0.9 设计安全等级 4.1.2 作用的代表值 4.1.6 承载能力极限状态的作用效应组合 4.3.1 汽车荷载 4.3.2 汽车冲击力 4.3.5 人群荷载,四、总则的修订内容,云南境内某高速公路修建现场,1.0.5 设计原则：安全、适用、经济、美观和有利于环保 公路的可持续发展的基础是在公路的设计、建设和运营过程中考虑环境的保护，实施恰当的土地开发计划来满足社会的需要。,四、总则的修订内容（续）,1.0.7 规定公路桥涵结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形。具体来说可以分成如下几种状态：1整个结构或其一部分作为刚体而失去平衡（如倾覆等）；2结构构件或其连接因达到其极限强度而破坏；3结构转变成机动体系；4结构或构伴丧失稳定性（如柱的压屈失稳等）；5结构或构件由于材料的疲劳而导致破坏；6由于材料的塑性或徐变变形过大，或由于截面开裂而引起过大的几何变形等，致使结构或构件不再能继续承载和使用（例如拱顶严重下挠，引起拱轴线偏离过大等）。,1.0.6 公路桥涵的设计基准期为100年。（强制性条文）设计基准期 在进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数,该基准时间参数不使用“设计寿命”的这一概念。,四、总则的修订内容（续）,1.0.7（续）正常使用极限状态对应于结构或构伴达到正常使用和耐久性的各项规定限值。具体来说可以分成以下几种状态：1影响正常使用或外观变形；2影响正常使用或耐久性的局部损坏（如过大的裂缝宽度）；3影响正常使用的振动；4影响正常使用的其他特定状态（例如未失去平衡的过大位移等）。1.0.8 规定了结构设计的三种状况：持久状况、短暂状况和偶然状况，并规定订了每种状况应进行的设计极限状态。持久状态：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况。该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。短暂状态：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。偶然状态：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计。,四、总则的修订内容（续）,1.0.11 调整了桥涵分类 调高了特大桥的跨径起点，大桥的跨径范围随特大桥指标的调整作了相应调整。,注：重要系指高速公路、一级公路、国防公路及城市附近交通繁忙公路上的桥梁,1.0.9 规定了桥涵结构的设计安全等级。（强制性条文）,五、设计要求的修订内容,鉴于桥梁水毁的原因之一是基础埋置深度不够，因此规定在水势猛急、河床易冲刷的情况下，对于二级公路上的特殊大桥和三、四级公路上的工程艰巨、修复困难的大桥，必要时可选用高一等级的设计洪水频率（即分别为1/300和1/100）验算基础冲刷深度。,3.1.7 以公路桥涵的设计洪水频率，仍采用原规范的规定。,五、设计要求的修订内容（续）,3.3.1 桥面净空 规定桥面净空应符合公路工程技术标准有关公路建筑间限的规定，要求桥涵与桥头引道地行车道、硬路肩、中央分隔带、路缘带等对应地宽度保持一致，以使桥涵与公路更好地衔接，提高服务水平。车道、中间带、路肩宽度等桥宽要素修订为按照设计速度为标准来确定。（原规范按照不同地形为标准）,3.3.4 对互通和分离立交补充了应满足桥下公路视距和前方识别信息地要求；增加了农村道路的农用汽车通道的净空要求。增加了车行天桥的荷载标准和净空要求。,3.2.5 以术语“标准化跨径”取代原规范的“标准跨径”，标准化跨径的上限值由原规范的60m修订为50m。,五、设计要求的修订内容（续）,明确提出高速公路、一级公路和二级公路的桥头宜设置搭板。桥头搭板是处理桥头跳车问题的简捷有效的方法。3.5.8 支座 提出公路桥涵不宜使用带球冠的或坡形的板式橡胶支座。增加规定墩台构造应满足更换支座的要求。美国公路桥梁设计规范（条规定：钢加劲合成橡胶支座应由粘结在一起的钢板和合成橡胶的间隔层组成。除了任何内部钢板以外，支座可有外部钢板与上、下的合成橡胶层二者，或二者之一，粘结在一起。不应使用楔形的合成橡胶层。所有内部合成橡胶层的厚度相同。上、下盖层应不厚于内层的70%。3.6.1 高速公路和一级公路上的特大桥、大桥的桥面铺装面宜采用沥青混凝土铺装。桥铺装应有完善的桥面防水、排水系统。3.6.6 规定了桥梁伸缩缝的一般要求。,五、设计要求的修订内容（续）,公路桥涵构造物应按照规定进行定期检查，掌握其技术状态，发现技术缺陷和相关环境的变化，并采取相应的养护措施。,五、设计要求的修订内容（续）,六、作用的修订内容,作用 施加于结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，也称荷载，后者称间接作用。引入术语“作用”（Action）来概括所有引起结构反应的原因，按其作用的性质分为两类，一类是施加于结构上的外力，如车辆、人群、结构自重等，它们是直接施加于结构上的，可用“荷载”这一术语来概括。另一类不是以外力形式施加于结构，他们产生的效应与结构本身的特征、结构所处的环境等相关，如地震、基础变位、混凝土收缩和徐变、温度变化等，它们是间接作用于结构上的。,六、作用的修订内容（续）,作用的分类基本维持原规范的规定。永久作用 在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。可变作用 在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。偶然作用 在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。,六、作用的修订内容（续）,作用分类,六、作用的修订内容（续）,原规范荷载分类,6.1 永久作用,结构自重预加力 明确提出在连续梁等超静定结构中，需考虑预加力引起的次效应。土的重力土侧压力混凝土收缩及徐变作用 修改了原规范的规定。未作具体的计算规定，指出按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62）的规定计算。水的浮力基础变位作用,6.2 汽车荷载,关于汽车荷载的计算图式、荷载等级及其标准值、加载方法和纵横向折减等的规定（第条）为强制性条文。原规范车队荷载标准的主要不足之处 1.容易让人误认为标准荷载模式所采用的车辆重力即是实际桥梁上可以通行的车辆，造成公路交通管理上的不便；2 原标准的级差不合理，两级标准之间的荷载水平的级差时大时小；3 计算不便；4 标准荷载在结构上产生的效应不连续；5 与国际先进标准不接轨。,6.2 汽车荷载（续）,一、汽车荷载的型式 1 汽车荷载分为公路I级和公路级两个等级。2汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。车辆荷载即为原汽车超20级的重车。二、汽车荷载等级的选用 各级公路桥涵设计的汽车荷载等级按下表的取用。,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I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所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。,6.2 汽车荷载（续）,三、车道荷载的标准值,1.公路-I级车道荷载 均布荷载标准值 qk=10.5kN/m；集中荷载标准值 计算跨径小于或等于5m时，Pk=180kN；计算跨径等于或大于50m时，Pk=360kN；计算跨径在5m50m之间时，PK值采用直线内插求得。计算剪力效应时，集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数。2.公路-级车道荷载 均布荷载标准值qk 和集中荷载标准值PK 按公路-级车道荷载的0.75倍采用。,6.2 汽车荷载（续）,四、汽车荷载的加载方式 1.桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙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。2.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。3.车道荷载横向分布系数应按照设计车道数如下图布置车辆荷载来进行计算。,6.2 汽车荷载（续）,五、汽车荷载效应的横、纵向折减 1.横向折减系数,注：折减后的效应不得不小两设计车道的荷载效应。1.纵向折减系数,注：当为多跨连续结构时，整个结构应按最大计算跨径考虑汽车荷载效应的纵向折减。,6.2 汽车荷载（续）,各类规范汽车荷载的对比 一、城市桥梁设计荷载标准（CJJ7798）1.汽车荷载型式 荷载等级划分为城A级和城B级，汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。2.车道荷载 取值,3.车辆荷载 取值 城A级的车辆荷载为总重700kN的标准车；城B级的车辆荷载为总重300kN的标准车。,6.2 汽车荷载（续）,二、美国公路桥梁设计规范（AASHTO LRFT）1.汽车荷载型式 汽车荷载由设计车道荷载和设计货车或设计双轴两项组成。2.设计车道荷载 设计车道荷载为一个9.3kN/m的纵向均布荷载。设计车道荷载产生的效应不受动荷载增计值的影响。3.设计货车 设计货车为一总重325kN的车辆（中后轴间距可调）。设计货车产生的效应应计入动荷载增计值的影响。4.设计双轴 设计双轴为一对110kN的轴，轴距1.2m。设计双轴产生的效应应计入动荷载增计值的影响。5.汽车荷载的取用 设计货车效应与设计车道荷载效应的叠加值和设计双轴效应与设计车道荷载效应的叠加值的最大者。,6.3 汽车冲击力,关于汽车荷载冲击力的规定（第条）为强制性条文。一、冲击系数的值以结构基频为主要影响因素,结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建造材料等动力特征内容，它直接反应了冲击系数和桥梁结构之间的关系。二、计算方法：当 f1.5Hz时，0.05 当1.5Hzf14Hz时，0.1767lnf 0.0157 当f14Hz时，0.45 式中 f 结构基频（Hz），结构基频的计算宜采用有限元法，对于常规结构，可采用规范条文说明中给出的公式计算。钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部结构和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台，应计入汽车的冲击作用。重力式墩台不计冲击力。填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。支座的冲击力，按相应的桥梁取用。汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。,6.3 汽车冲击力（续）,各类规范冲击系数计算对比,钢桥的冲击系数,1.原公路桥规钢筋混凝土、圬工桥涵的冲击系数,6.3 汽车冲击力（续）,计算结果对比,2.美国AASHTO 1973年公路桥梁设计规范 钢桥、混凝土桥：50/（125+3.3l）3.英国BS5400规范 在制定设计荷载时已包含了25的冲击效应4.日本1972年公路桥梁规范 钢桥：20/(50+l)预应力砼桥：10/(50+l)钢筋砼桥：7/(20+l),6.4 人群荷载,关于人群荷载的规定（第4.3.5条）为强制性条文 一、人群荷载的取值：1.当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为 3.0kN/m2；当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人群荷载标准值为 2.5kN/m2；当桥梁计算跨径在50m150m之间时，可由线性内插得到人群荷载标准值。（注：对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。）2.城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为4kN/m2。二、加载方式 1.人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。2.人行道板（局部构件）可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均布荷载计算。3.计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的小平推力标准值取0.75KN/m;作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m。,6.5 温度作用,均匀温度作用,钢结构：0.000 012；砼结构：0.000 010；砼预制块砌体：0.000 009；石砌体：0.000 008,线膨胀系数,有效温度标准值,6.5 温度作用（续）,梯度温度作用,砼上部结构和带砼桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差的-0.5倍。,竖向日照正温差,6.5 温度作用（续）,其他规范温度梯度的对比（一）,美国公路桥梁设计规范（AASHTO LRFD）,6.5 温度作用（续）,其他规范温度梯度的对比（二）,原公路桥规（JTJ021-89）,新西兰桥梁设计规范,6.5 温度作用（续）,其他规范温度梯度的对比（三）,我国铁路桥规（TB10002.1-99）,英国规范（BS5400）,6.6 其他可变作用,汽车离心力汽车引起的土侧压力汽车制动力 增加了明确的车道折减的规定。风荷载 1、基本风压和风速的计算由离地20米高改为通用的10米高；2、以桥梁所在地区的设计基本风速（m/s)为基本计算依据，其系按平坦空旷地面，离地面10m高，重现期为100年10min平均最大风速计算确定。3、当桥梁所在地区缺乏风速观测资料时，可按附录A“全国基本风速分布图”或表B（全国主要地区的基本风速和基本风压值）的有关数据并经实地调查核实后采用。4、风荷载的计算结构总体上较原规范的计算值大（阵风荷载）。流水压力冰压力 增加了明确的计算公式。,6.6 其他可变作用（续）,支座摩阻力 W 作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应；支座摩擦系数，无实测数据时按下表取用。,6.7 偶然作用,抗震设防要求不再采用地震基本烈度的概念，取而代之为地震峰值加速度。各地地震地震峰值加速度根据中国地震动参数区划图（GB18306）取用。,抗震设防标准不变。船舶和漂流物的撞击作用补充了通航海轮的撞击作用。新增汽车撞击作用。为防止或减少因撞击产生的破坏，对易受到汽车撞击的构件的相关部位应采取相应的构造措施。,地震基本烈度与地震峰值加速度系数的对应关系,6.8 作用效应组合,基本术语 作用代表值 结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，它包括作用标准值、频遇值和准永久值等。作用标准值 结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值，其值可根据作用在设计基准期内最大值概率分布的某一分位值确定。作用效应设计值 作用标准值效应与作用分项系数的乘积。作用效应基本组合 承载能力极限状态设计时，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的组合。作用效应偶然组合 承载能力极限状态设计时，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的组合。作用效应短期效应组合 正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合。作用效应长期效应组合 正常使用极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应的组合。,6.8 作用效应组合（续）,作用代表值的选用（第4.1.2条为强制性条文）。1.永久作用应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其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段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（标准值乘以频遇值系数）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（标准值乘以准永久值系数）作为可变作用的代表值。（频遇值准永久值）3.偶然作用取其标准值作为代表值。,6.8 作用效应组合（续）,承载能力极限状态的两种作用效应组合（第4.1.6条 强制性条文）一、基本组合 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为：,Sud 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；0 结构重要性系数，按照本规范规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取1.1、1.0和0.9；,或,6.8 作用效应组合（续）,1.作用效应的第一部分：永久作用部分 或 Gi 第i个永久作用效应的分项系数;SGik，SGid 第i个永久作用效应的标准值和设计值;,6.8 作用效应组合（续）,Q1 汽车荷载效应(含汽车冲击力、离心力)的分项系数，取1.4。当某个可变作用在效应组合中其值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对专为承受某作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系数取与汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载，其分项系数也与汽车荷载取同值；SQ1k，SQ1d 汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值；,2.作用效应的第二部分：汽车荷载部分(含汽车冲击力、离心力）,或,6.8 作用效应组合（续）,Qj 在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、风荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取1.4，风荷载的分项系数取 1.1；SQjk，SQjd 在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他第j个可变作用效应的标准值和设计值；C 在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的其他可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变作用）的组合系数取0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外尚有三种可变作用参与组合时，其组合系数取0.70；尚有四种及多于四种的可变作用参与组合时，取0.60。设计弯桥时，当离心力与制动力同时参与组合时，制动力标准值或设计值按70取用。,3.作用效应的第三部分：除汽车效应(含汽车冲击力、离心力）外的可变作用效应,或,6.8 作用效应组合（续）,4.基本组合作用效应的组合示例：1.2结构重力1.4汽车荷载 1.2结构重力1.4汽车荷载0.81.4人群荷载 1.2结构重力1.4汽车荷载 0.7（1.4人群荷载1.1风荷载）1.2结构重力1.4汽车荷载 0.6（1.4 人群荷载1.1风荷载1.4温度作用）1.2结构重力1.4汽车荷载 0.5（1.4 人群荷载1.1风荷载1.4温度作用 1.4汽车制动力）,6.8 作用效应组合（续）,二、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。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行公路工程按震设计规范规定采用。,6.8 作用效应组合（续）,正常使用极限状态的两种效应组合 一、作用短期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合。,Ssd 作用短期效应组合设计值；1j 第j个可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）取0.7，人群荷载取1.0，风荷载取0.75，温度梯度作用取0.8。其他作用取1.0；1j SQjk 第j个可变作用效应的频遇值。,6.8 作用效应组合（续）,二、作用长期效应组合 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合。,Sljd 作用短期效应组合设计值；2j 第j个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）取0.4，人群荷载取0.4，风荷载取0.75，温度梯度作用取0.8。其他作用取1.0；2j SQjk 第j个可变作用效应的准永久值。,6.8 作用效应组合（续）,可变作用不同时组合的规定,多个偶然作用不同时参与组合,END,欢迎指正！,