橋梁設(shè)計(jì)小論文

1、II橋 梁 設(shè) 計(jì) 理 論 作 業(yè)新舊橋梁規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算比較的研究 姓 名： 孫艷 專 業(yè)： 道路與鐵道工程 學(xué) 號(hào)： 1120131370 日 期： 2013年 1月 1日 大連海事大學(xué)Dalian Maritime University摘 要隨著科學(xué)理論與技術(shù)的進(jìn)步，橋涵設(shè)計(jì)理論有了較大發(fā)展，橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范于2004年在車(chē)輛布載模式和配筋方面做了很大的調(diào)整，并且開(kāi)始頒布執(zhí)行。新規(guī)范在內(nèi)力計(jì)算方面更加簡(jiǎn)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(qiáng)度取值，汽車(chē)荷載布置模式、沖擊系數(shù)、設(shè)計(jì)荷載組合方式、配筋、預(yù)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(chē)荷載劃分為汽車(chē)超20級(jí)、

2、汽車(chē)-20級(jí)、汽車(chē)-15級(jí)、汽車(chē)-10級(jí)共四個(gè)等級(jí)，并且每個(gè)等級(jí)規(guī)定了驗(yàn)算荷載-掛車(chē)和履帶車(chē)荷載；而新規(guī)范只將汽車(chē)荷載分為公路I級(jí)和公路一II級(jí)兩個(gè)等級(jí)，取消了舊規(guī)范規(guī)定的汽車(chē)-15級(jí)和汽車(chē)-10級(jí)汽車(chē)荷載，并且不考慮驗(yàn)算荷載。公路I級(jí)相當(dāng)于舊規(guī)范的汽車(chē)超20級(jí)別，公路II級(jí)相當(dāng)于舊規(guī)范的汽車(chē)-20級(jí)。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用車(chē)道荷載模式，局部分析計(jì)算采用車(chē)輛荷載模式。 同時(shí)，將汽車(chē)沖擊系數(shù)，以跨徑為主要影響因素的計(jì)算方法，修訂為以結(jié)構(gòu)基頻為主要因素的計(jì)算方法。對(duì)汽車(chē)沖擊系數(shù)，舊規(guī)范近似地認(rèn)定沖擊力與計(jì)算跨徑成反比，計(jì)算簡(jiǎn)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(lèi)型、建筑材料等動(dòng)力特性。從對(duì)比中看出，舊規(guī)范在跨徑大于45m時(shí)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(duì)于汽車(chē)荷載及沖擊系數(shù)要求更為嚴(yán)格。新舊規(guī)范汽車(chē)荷載的計(jì)算圖式不同。舊規(guī)范汽車(chē)荷載的計(jì)算圖式是以一輛加重車(chē)和具有規(guī)定間距的若干輛標(biāo)準(zhǔn)車(chē)組成的車(chē)隊(duì)表示的，計(jì)算比較麻煩，且計(jì)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(chē)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(biāo)值，荷載效應(yīng)即可計(jì)算出來(lái)，較為方便。橋梁設(shè)計(jì)理論作業(yè)橋梁設(shè)計(jì)理論作業(yè)1 沖擊系數(shù)的不同舊規(guī)范對(duì)于鋼筋混凝土及預(yù)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(shí)，=0.30；跨

4、徑L45 m時(shí)，=0。當(dāng)L值在所列數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，沖擊系數(shù)可以用直線內(nèi)插值求得。對(duì)于20m板梁，1+1.118。新規(guī)范對(duì)于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件沖擊系數(shù)的求法以20m板梁計(jì)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(jì)算，對(duì)比見(jiàn)表l。舊規(guī)范的求法僅僅局限于橋梁跨徑或者荷載長(zhǎng)度的影響。新規(guī)范的沖擊系數(shù)反映了橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征，通過(guò)橋梁的結(jié)構(gòu)基頻求法，計(jì)算的沖擊系數(shù)較舊規(guī)范計(jì)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(chē)荷載的沖擊作用下的受力特征，求出的汽車(chē)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(jì)算20

5、 m，16 m板梁和20m，16 m T梁對(duì)應(yīng)的公路-I級(jí)、公路-級(jí)和汽車(chē)-20級(jí)、汽車(chē)-20級(jí)的車(chē)道荷載組合邊梁彎矩，如表2所示。按新、舊規(guī)范分別計(jì)算20m，16 m板梁和20 m，16 m T梁對(duì)應(yīng)的公路一l級(jí)、級(jí)和汽車(chē)-20級(jí)、汽車(chē)-20級(jí)的汽車(chē)活載彎矩(計(jì)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(chē)道荷載組合與舊規(guī)范所規(guī)定的車(chē)輛荷載級(jí)比汽車(chē)-20級(jí)偏大；對(duì)于汽車(chē)活載(計(jì)算沖擊)，密集運(yùn)行狀態(tài)即公路一I級(jí)荷載比原規(guī)范汽車(chē)-超20級(jí)小416；一般運(yùn)行狀態(tài)即公路-級(jí)比原規(guī)范汽車(chē)-20級(jí)小918。3 配筋的比較31預(yù)應(yīng)力鋼筋面積不同新舊規(guī)范對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋的計(jì)算首先是預(yù)應(yīng)力鋼筋的估算方法不

6、同，舊規(guī)范采用的是容許預(yù)應(yīng)力法估算預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積，而新規(guī)范采用了名義預(yù)應(yīng)力法估算預(yù)應(yīng)力鋼筋面積。在同一座橋梁配筋設(shè)計(jì)中，根據(jù)新規(guī)范估算的預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積較舊規(guī)范估算的要小，在配同樣的預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積的條件下，新規(guī)范設(shè)計(jì)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋要少刪，主要，由于舊規(guī)范的I，容許預(yù)，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(jì)的預(yù)應(yīng)力梁可以繼續(xù)使用。32非預(yù)應(yīng)力配筋面積不同可知，對(duì)于T梁的非預(yù)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(yù)廊力鋼筋較多。根據(jù)上面板梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋和T梁的非預(yù)應(yīng)力鋼筋的對(duì)比，我們可以清楚地看出：在一般跨度的橋梁設(shè)計(jì)之中，舊規(guī)范設(shè)計(jì)的預(yù)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(yù)應(yīng)力，宜加以推廣與應(yīng)用。4 預(yù)應(yīng)力損失的比較我們就預(yù)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(lái)分析新、舊規(guī)范的不同。 由表5我們可以明顯地看出：對(duì)傳力錨固時(shí)的損失，新、舊規(guī)范相差很?。粋髁﹀^固后的損失，根據(jù)新規(guī)范所計(jì)算的預(yù)應(yīng)力損失較大。5 抗裂驗(yàn)算要求和裂縫計(jì)算不同新規(guī)范正截面抗裂驗(yàn)算按作用(或荷載)短期效應(yīng)組合和長(zhǎng)期效應(yīng)組合進(jìn)行，使用新規(guī)范設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件較舊規(guī)范不過(guò)多的降低預(yù)應(yīng)力度，新規(guī)范將預(yù)制的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力降低15，即舊規(guī)范pcst(相當(dāng)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(yù)應(yīng)力混凝土A類(lèi)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(jì)的預(yù)應(yīng)力板梁產(chǎn)生的裂縫寬度較新規(guī)范設(shè)計(jì)的板梁寬度較大。新、舊規(guī)范對(duì)于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件計(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)力計(jì)算下面我們就預(yù)應(yīng)力板梁，非預(yù)應(yīng)力T形梁的撓度進(jìn)行比較。對(duì)于非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，新規(guī)范設(shè)計(jì)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(dǎo)致；根據(jù)新規(guī)范計(jì)算活載引起的撓度值相對(duì)偏大，主要由于活載內(nèi)力偏大導(dǎo)致；對(duì)于總的撓度，新規(guī)范的

9、較大。新、舊規(guī)范的相同點(diǎn)就是，一般的預(yù)應(yīng)力板梁結(jié)構(gòu)不設(shè)預(yù)拱度，非頇應(yīng)力結(jié)構(gòu)要設(shè)置預(yù)拱度，新、舊規(guī)范計(jì)算的總撓度差別不是很明顯。在使用舊規(guī)范期間設(shè)計(jì)的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在新規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)下有町能從全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)應(yīng)力A類(lèi)構(gòu)件。A類(lèi)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載下的抗裂性驗(yàn)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(zhǎng)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(jì)算軟件及方法 大橋縱向計(jì)算采用同濟(jì)大學(xué)開(kāi)發(fā)的橋梁博士V 3. 1專業(yè)訓(xùn)一算軟件。在橋梁的結(jié)構(gòu)訓(xùn)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(gè)施工階段和運(yùn)營(yíng)階段。全橋共劃分114個(gè)單元箱梁?jiǎn)卧?8個(gè)，橋墩單元46個(gè)).4個(gè)永久支承元，訓(xùn)一算模型見(jiàn)圖L在新、舊規(guī)范計(jì)算模擬過(guò)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(shí)荷載及永久荷載完全一致。計(jì)算對(duì)比時(shí)，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(duì)比，見(jiàn)表17. 2計(jì)算結(jié)果按舊規(guī)范(JTJ021-89進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2. 3;按新規(guī)范(JTG D60-2004 )進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，訓(xùn)一算結(jié)果見(jiàn)圖4.5.承載能力極限狀態(tài)新、舊規(guī)范箱梁控制截面計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表計(jì)

11、算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3. 4. 5. 67. 3計(jì)算結(jié)果分析計(jì)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(jì)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(jí)和掛一100兩種活載、溫度、制動(dòng)力和支座強(qiáng)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(jí)活載、溫度、制動(dòng)力和支座強(qiáng)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(guò)規(guī)范容許值。7. 4新舊規(guī)范對(duì)比新公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)與舊公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTJ 021-89)相比，梯度溫度對(duì)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(shí)由于新規(guī)范的各項(xiàng)容許值相對(duì)舊規(guī)范而言均要嚴(yán)格，因此，按照舊規(guī)范設(shè)計(jì)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(yǔ)經(jīng)過(guò)新、舊規(guī)范在動(dòng)力特性、配筋、預(yù)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(yù)應(yīng)力鋼筋的承載能力，節(jié)約鋼筋用量，降低