第十一章混凝土結(jié)構(gòu)按《公路橋規(guī)》的設計原理

1、混凝土結(jié)構(gòu)設計原理混凝土結(jié)構(gòu)設計原理Design Principle for Concrete Structure引 言規(guī)規(guī)范范公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準GB/T 50283-1999公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范設計規(guī)范JTG D62-2004第七章第七章 混凝土結(jié)構(gòu)按混凝土結(jié)構(gòu)按公路鋼筋混凝土及公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范預應力混凝土橋涵設計規(guī)范的設計原理的設計原理第十一章第十一章 混凝土結(jié)構(gòu)按混凝土結(jié)構(gòu)按公路鋼筋混公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范計規(guī)范的設計原理的設計原

2、理公路橋涵設計通用規(guī)范公路橋涵設計通用規(guī)范 JTG D60-2004公路工程技術標準公路工程技術標準JTG B01主要內(nèi)容主要內(nèi)容l11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用概率極限狀態(tài)設計法及其應用l11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算l11.3 受壓構(gòu)件正截面承載力計算受壓構(gòu)件正截面承載力計算l11.4 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應力、裂縫與變形驗算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應力、裂縫與變形驗算主要內(nèi)容11 混凝土結(jié)構(gòu)按公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范的設計原理11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用概率極限狀態(tài)設計法及其應用極限狀態(tài)二、極限狀態(tài)表達式二、極限狀態(tài)表

3、達式一、極限狀態(tài)的分類一、極限狀態(tài)的分類公路橋梁結(jié)構(gòu)按公路橋梁結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)極限狀態(tài)進行設計進行設計極限狀態(tài)分為極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)和和正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài)1. 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)0SR),(ddafRR 式中式中 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對于公路橋梁，安全等級結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對于公路橋梁，安全等級為一級、二級、三級為一級、二級、三級 時，分別取時，分別取1.1、1.0、0.9；橋梁的抗震設計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；橋梁的抗震設計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)； 作用（或荷載）效應（其中汽車荷載應計入作用（或荷載）效應（其中汽車荷載應計入沖擊系數(shù)）的組合設計值

4、；當進行預應力混凝土沖擊系數(shù)）的組合設計值；當進行預應力混凝土連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)計算時，連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)計算時，應加上預應力（扣除全部預應力損失）引起的次應加上預應力（扣除全部預應力損失）引起的次效應；效應； 構(gòu)件承載力設計值；構(gòu)件承載力設計值； 材料強度設計值；材料強度設計值； 幾何參數(shù)設計值，當無可靠數(shù)據(jù)時，可采用幾幾何參數(shù)設計值，當無可靠數(shù)據(jù)時，可采用幾何參數(shù)標準值，即設計文件規(guī)定值。何參數(shù)標準值，即設計文件規(guī)定值。 0SRdfda11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用極限狀態(tài)11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用極限狀態(tài) 對于正常極限狀態(tài)，采用荷載的對

5、于正常極限狀態(tài)，采用荷載的短期效應組合短期效應組合、長長期效應組合期效應組合或或短期效應組合并考慮長期效應組合的影短期效應組合并考慮長期效應組合的影響響，對構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進行驗算，并使，對構(gòu)件的抗裂、裂縫寬度和撓度進行驗算，并使各項計算值不超過規(guī)范規(guī)定的各相應限值。各項計算值不超過規(guī)范規(guī)定的各相應限值。 在上述各種組合中，汽車荷載效應在上述各種組合中，汽車荷載效應不計沖擊作用不計沖擊作用的的影響。影響。 在預應力混凝土構(gòu)件中，在預應力混凝土構(gòu)件中，預應力應作為荷載考慮預應力應作為荷載考慮，荷載分項系數(shù)取為荷載分項系數(shù)取為1.0。 對連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)，尚應計入由對連續(xù)梁等超靜定結(jié)構(gòu)

6、，尚應計入由預應力預應力、溫度溫度作用等作用等引起的次效應。引起的次效應。 2. 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用材料分項系數(shù)三、材料三、材料混凝土的材料分項系數(shù)為混凝土的材料分項系數(shù)為1.45。 鋼筋的材料分項系數(shù)：鋼筋的材料分項系數(shù)： 普通鋼筋為普通鋼筋為1.2 鋼絞線為鋼絞線為1.4711.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用作用效應作用按作用按隨時間變化隨時間變化可分為如下幾類：可分為如下幾類： 永久作用永久作用 在設計基準期內(nèi)量值不隨時間變化，在設計基準期內(nèi)量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用。或其變化與平均值相比可忽略不計的作用。 可

7、變作用可變作用 在設計基準期內(nèi)量值隨時間變化，在設計基準期內(nèi)量值隨時間變化，或其變化與平均值相比不可忽略的作用。按其對或其變化與平均值相比不可忽略的作用。按其對橋涵結(jié)構(gòu)的影響程度，又分為基本可變作用和其橋涵結(jié)構(gòu)的影響程度，又分為基本可變作用和其他可變作用。他可變作用。 偶然作用偶然作用 在設計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一在設計基準期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的作用。四、作用效應組合四、作用效應組合11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用作用效應 在進行承載能力極限狀態(tài)設計時，根據(jù)在進行承載能力極限狀態(tài)設計時，根據(jù)可能出現(xiàn)的作用，應采用以下兩種

8、作用效應可能出現(xiàn)的作用，應采用以下兩種作用效應組合，即組合，即基本組合基本組合和和偶然組合偶然組合?；窘M合基本組合 永久作用設計值效應與可變作永久作用設計值效應與可變作用設計值效應相組合，其效應組合表達式為：用設計值效應相組合，其效應組合表達式為： 作用效應組合作用效應組合或或minjQjkQjckQQGikGiudSSSS121100)(minjQjdcdQGidudSSSS12100)(式中式中 承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合設計值；承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合設計值； 第第i個永久荷載的分項系數(shù)；個永久荷載的分項系數(shù)； 除汽車荷載、風荷載外的其他第除汽車荷載、風荷

9、載外的其他第i個其他可變荷載的分項個其他可變荷載的分項系數(shù)，取系數(shù)，取1.4，但風荷載外的分項系數(shù)取，但風荷載外的分項系數(shù)取1.1； 、 第第i個永久荷載標準值和設計值的效應；個永久荷載標準值和設計值的效應； 、 汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的標準值和設汽車荷載效應（含汽車沖擊力、離心力）的標準值和設計值；計值； 、 除汽車荷載（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第除汽車荷載（含汽車沖擊力、離心力）外的其他第i個可個可變作用效應的標準值和設計值；變作用效應的標準值和設計值； udSGiQjGikSGidSkQS1dQS1QjkSQjdS11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用作用效應 除汽車荷

10、載（含汽車沖擊力、離心力）除汽車荷載（含汽車沖擊力、離心力）外其他可變荷載效應的組合系數(shù)，當永久作用與汽外其他可變荷載效應的組合系數(shù)，當永久作用與汽車荷載和人群荷載車荷載和人群荷載(或其他一種可變作用或其他一種可變作用)組合時，人組合時，人群荷載群荷載(或其他一種可變作用或其他一種可變作用)的組合系數(shù)取為的組合系數(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，其組合系數(shù)取為兩種可變荷載參與組合時，其組合系數(shù)取為0.70；尚有三種可變荷載參與組合時，其組合系數(shù)取為尚有三種可變荷載參與組合時，其組合系數(shù)取為0.60；尚

11、有四種可變荷載參與組合時，其組合系數(shù)；尚有四種可變荷載參與組合時，其組合系數(shù)取為取為0.50； 設計彎橋時，當離心力與制動力同時參與組合設計彎橋時，當離心力與制動力同時參與組合時，制動力標準值或設計值按時，制動力標準值或設計值按70%取用。取用。 c11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用作用效應11.1 概率極限狀態(tài)設計法及其應用永久作用標準值效應與可變作用某種代表值永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相組合。偶效應、一種偶然作用標準值效應相組合。偶然作用的分項系數(shù)取然作用的分項系數(shù)取1.0；與偶然作用同時；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)出現(xiàn)的

12、可變作用，可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗取用適當?shù)拇碇?。地震作用標準值及其驗取用適當?shù)拇碇?。地震作用標準值及其表達式按現(xiàn)行表達式按現(xiàn)行公路工程抗震設計規(guī)范公路工程抗震設計規(guī)范規(guī)規(guī)定采用。定采用。偶然組合偶然組合 作用效應11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算正截面受彎一、正截面受彎承載力計算一、正截面受彎承載力計算1. 基本假定基本假定構(gòu)件彎曲后，其構(gòu)件彎曲后，其截面仍保持為平面截面仍保持為平面；截面受壓區(qū)混凝土的截面受壓區(qū)混凝土的應力圖形簡化為矩形應力圖形簡化為矩形,其壓其壓力強度取混凝土的軸心抗壓強度設計值；力強度取混凝土的軸心抗壓強度設計值；截面受拉區(qū)混

13、凝土的截面受拉區(qū)混凝土的抗拉強度不予考慮抗拉強度不予考慮；鋼筋應力等于鋼筋應變與其彈性模量的乘積鋼筋應力等于鋼筋應變與其彈性模量的乘積,但但不大于其強度設計值。受拉鋼筋的不大于其強度設計值。受拉鋼筋的極限應變?nèi)O限應變?nèi)?.01。受拉鋼筋的應力取其抗拉強度設計值；受。受拉鋼筋的應力取其抗拉強度設計值；受壓區(qū)鋼筋的應力取其抗壓強度設計值。壓區(qū)鋼筋的應力取其抗壓強度設計值。11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算2. 單筋截面承載力計單筋截面承載力計算算h。has圖11-1 單筋矩形截面梁強度計算圖式Asr0MdfcdbxfsdAsfcdho-基本計算公式 0XssdcdAfbxf 0M)2/(

14、00 xhbxfMcdd正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算2. 單筋截面單筋截面承載力計算承載力計算適用條件為了防止出現(xiàn)超筋梁情況為了防止出現(xiàn)超筋梁情況min為了防止出現(xiàn)少筋梁情況為了防止出現(xiàn)少筋梁情況b200bhfMacddssa211sdcdsffbhA0200bhfMacdds2211ssa00hfMAssdds正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算3. 雙筋截面雙筋截面承載力計算承載力計算fcdfsdAsfcdbxfsdAsxAsr0MdAsashoas圖11-2 雙筋矩形截面梁正截面強度計算圖式基本計算公式 0X 0MssdssdcdAfAfbxf)(

15、) 2/(000sssdcddahAfxhbxfM正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算適用條件3. 雙筋截面雙筋截面承載力計算承載力計算為了防止出現(xiàn)超筋梁情況為了防止出現(xiàn)超筋梁情況b若若2sax 2sax 為保證受壓鋼筋達到抗壓設計強度，應滿足為保證受壓鋼筋達到抗壓設計強度，應滿足取取2sax 對受壓鋼筋合理作用點取矩，得：對受壓鋼筋合理作用點取矩，得：)(0sssduahAfM經(jīng)濟和施工的要求：經(jīng)濟和施工的要求：0SfMcdd正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算3. T形截面形截面承載力計算承載力計算兩類形截面判別hhohfbf(b)hfhohbf(a),Tf

16、x h第二類 形截面梁,Tfxh第一類 形截面梁正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算hhohfbf(b)hfhohbf(a)3. T形截面形截面承載力計算承載力計算ffcdssdhbfAf) 2/(00fffcddhhhbfM當當或或時，時，為為第一類第一類形截面形截面；否則為；否則為第二類第二類形截面形截面。正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算基本計算公式及適用條件3. T形截面形截面承載力計算承載力計算第一類形截面fcdho-x2fcdbfxfsdAshfhoroMdAsbf圖11-4 第一類T形截面 as正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算

17、fcdho-x2fcdbfxfsdAshfhoroMdAsbf圖11-4 第一類T形截面 asssdfcdAfxbf)2/(00 xhxbfMfcdd3. T形截面形截面承載力計算承載力計算bmin基本計算公式適用條件正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算基本計算公式及適用條件3. T形截面形截面承載力計算承載力計算第二類形截面fcd fcdbx(bf-b)hffcdr0MdfsdAshfhoAsbfas圖11-5 第二類T形截面正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算fcd fcdbx(bf-b)hffcdr0MdfsdAshfhoAsbfas圖11-5 第二類T形

18、截面3. T形截面形截面承載力計算承載力計算基本計算公式適用條件ssdffcdAfbxhbbf)()2()2()(000 xhbxhhhbbfMfffcdd0hxbmaxmin正截面受彎11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算二、斜截面受剪承載力計算二、斜截面受剪承載力計算Zsb圖11-6 斜截面抗剪強度計算fsvAsvVc(b) 連續(xù)梁和懸臂梁近中間支點梁段CZsvfsdAsbxDZsfsdAssZsbfsdAs(a) 簡支梁和連續(xù)梁近邊支點梁段fsvAsvZsvChDsfsdAsbZsVc斜截面受剪11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算矩形、矩形、T形和形和I字形截面的鋼筋混凝土受彎

19、構(gòu)件，字形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，當當配置箍筋配置箍筋和和彎起鋼筋彎起鋼筋時，其斜截面抗剪強度應按時，其斜截面抗剪強度應按下列公式進行驗算：下列公式進行驗算：sbcsdVVV0kcusvsvcsffPbhaaaV,03321)6 . 02(1045. 0ssbsdsbAfVsin1075. 03斜截面受剪11.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面承載力計算矩形、矩形、T形和形和I字形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，字形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，當當僅配箍筋僅配箍筋時，其斜截面抗剪承載力應按下列公式時，其斜截面抗剪承載力應按下列公式進行驗算：進行驗算：csdVV 0kcusvsvcsffPbhaaaV,033

20、21)6 . 02(1045. 0斜截面受剪11.3 受壓構(gòu)件正截面承載力計算受壓構(gòu)件正截面承載力計算一、軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算一、軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算SAsAsoldcordAsAb(b)(a)圖11-7 軸心受壓構(gòu)件截面圖h軸心受壓11.3 受壓構(gòu)件正截面承載力計算1. 普通箍筋普通箍筋柱柱)(90. 00ssdcddAfAfNSAsAsoldcordAsAb(b)(a)圖11-7 軸心受壓構(gòu)件截面圖h當縱向鋼筋配筋率大于當縱向鋼筋配筋率大于3時，上式時，上式中中A A應改為應改為A An n， 。nsAAA軸心受壓11.3 受壓構(gòu)件正截面承載力計算2. 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱

21、鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件，當配置鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件，當配置螺旋箍筋或焊接環(huán)式間接鋼筋時螺旋箍筋或焊接環(huán)式間接鋼筋時其間接鋼筋的換算截面積其間接鋼筋的換算截面積Aso不小于不小于全部縱向鋼筋截面積的全部縱向鋼筋截面積的25% 間距不大于間距不大于80mm或或dcor/5 ，構(gòu)件長，構(gòu)件長細比小于細比小于48其正截面抗壓承載力按下列公式計其正截面抗壓承載力按下列公式計算：算：SAsAsoldcordAsAb(b)(a)圖11-7 軸心受壓構(gòu)件截面圖h)(90. 00sosdssdcorcddAkfAfAfNSAdAscors010軸心受壓11.3 受壓構(gòu)件正截面承載力計算二、偏心受壓構(gòu)件正截面承

22、載力計二、偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算算Asaas(fpd-p0)Ap afsdAsfcdApApbsAsasapApaAsfcdbxhxh0h0apepees0Ndepeseap圖11-8 矩形截面偏心受壓構(gòu)件抗壓承載力計算ssssdcddAAfbxfN0)()2(000sssdcdsdahAfxhbxfeN基本計算公式偏心受壓11.3 受壓構(gòu)件正截面承載力計算ssahee20ssssdcddAAfbxfN0)()2(000sssdcdsdahAfxhbxfeN212000)(/140011hlhe0 . 17 . 22 . 0001he0.101.015.102hl偏心受壓對于鋼筋混凝土受

23、彎構(gòu)件按對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件按短暫狀況短暫狀況設計時，應計算其在制作、設計時，應計算其在制作、運輸及安裝等施工階段，由構(gòu)件自重等施工荷載引起的應力，并運輸及安裝等施工階段，由構(gòu)件自重等施工荷載引起的應力，并不得超過不得超過橋規(guī)橋規(guī)（JTG D62）規(guī)定的限值。施工荷載采用）規(guī)定的限值。施工荷載采用標準標準值值，當有組合時，當有組合時不考慮荷載組合系數(shù)不考慮荷載組合系數(shù)。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面應力按下列公式計算，并應符合下鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面應力按下列公式計算，并應符合下列規(guī)定：列規(guī)定：受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應力受壓區(qū)混凝土邊緣的壓應力 受拉鋼筋的應力受拉鋼筋的應力 00.8ttkccck

24、crM xfI00()0.75ttkisiEsskcrMhxfI11.4 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應力、裂縫與變形驗算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應力、裂縫與變形驗算一、一、 施工階段的應力驗算施工階段的應力驗算施工階段驗算鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度，應按作用（或荷載）短期效應組合并考寬度，應按作用（或荷載）短期效應組合并考慮長期效應影響進行驗算，并規(guī)定鋼筋混凝土慮長期效應影響進行驗算，并規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度不應超過下列規(guī)定限值：構(gòu)件的最大裂縫寬度不應超過下列規(guī)定限值： 類和類和類環(huán)境類環(huán)境 0.2mm 類和類和類環(huán)境類環(huán)境 0.15mm二、二、 受彎構(gòu)件的裂縫寬度驗算受彎構(gòu)件的裂縫寬度驗算11.4 鋼筋混凝土受