JTG33622018钢筋混凝土设计规范培训课件公路桥梁混凝土桥梁结构发展与理论完善

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018宣贯修订内容详解：公路桥梁混凝土桥梁结构发展与理论完善同济大学徐栋教授2018年9月~10月北京、广州、南京、武汉、西安2宣贯提纲一、公路桥梁近年来的一些热点及规范响应二、未来规范需要解决完善的几个设计计算问题工业化/装配式桥梁/体外预应力技术大跨预应力混凝土梁式桥的发展/开裂下挠问题/剪切配筋方法组合结构及波形钢腹板桥3一、公路桥梁近年来的热点及规范响应工业化/装配式桥梁苏通大桥深水区段引桥(国内首次大规模采用）应用于跨海长桥或大桥引桥：上海长江大桥、厦漳跨海大桥、厦门集美大桥、江苏崇启大桥、南京四桥引桥、安徽芜湖长江大桥引桥等等应用于市政桥梁：上海（下部结构墩柱、盖梁）、南昌、郑州等4一、公路桥梁近年来的热点及规范响应工业化/装配式桥梁特点：承包商工程，设计服务于施工需要综合考虑：预制场地、预制件存放、运输、安装等因素环保、现代化快速（当直线作业且有足够长度时）经济性：与设备投入量（或拥有量）有关我国地域辽阔，各方面有很大差异，故需要因地制宜！市政桥梁建设由于对预制场地、存放、运输、环保等有更高要求规范响应：体外预应力技术及一些构造细节和要求5一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术6一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术5.2.5（新增）——正截面抗弯sdspdppe,exexcdsdspdp0p()fAfAAfbxfAfA根据我国体外预应力钢束类型及参考国外其他规范，体外预应力钢束的极限应力取为使用阶段体外预应力钢筋扣除预应力损失后的有效应力，按第6.1.6条计算pe,ex5.2.9（新增）——斜截面抗剪γ0Vd≤Vcs＋Vsb＋Vpb＋Vpb,expe,exAexsinθexVpb,ex＝0.75×10－3∑规范抗弯承载力的基本方法：截面法（平面假定、不考虑内力重分布）7一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术6.1.4——张拉控制应力体外预应力σcon≤0.70fpkpe,exconpe,exconll6.1.6——体外预应力钢束的有效预应力体外预应力钢绞线的张拉控制应力与其预应力损失、活载应力增量和使用阶段拉应力限值密切相关。以30m、50m和75m梁桥为样本，控制使用阶段体外预应力钢筋的应力不超过0.60fpk，推算得到体外预应力钢筋的张拉控制应力取0.68fpk~0.71fpk。因此，本规范规定体外预应力钢绞线的张拉控制应力取0.70fpk8一、公路桥梁近年来的热点及规范响应规范响应——体外预应力技术预应力钢筋类型管道种类kμ钢绞线、钢丝束预应力螺纹钢筋体内预应力钢筋预埋金属波纹管0.00150.20~0.250.50预埋塑料波纹管0.00150.15~0.20—预埋铁皮管0.00300.350.40预埋钢管0.00100.25—抽芯成型0.00150.550.60体外预应力钢筋钢管00.20~0.30（0.08~0.10）—高密度聚乙烯管00.12~0.15—6.2.2——体外预应力钢束的摩阻损失注：对于系数u，光面钢绞线取括号外数值；体外预应力钢束由单根无粘结钢绞线组成时取括号内数值。9一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术7.1.5——使用阶段预应力限值体外预应力σpe,ex≤0.60fpk规范美国日本德国法国拉应力限值0.72fpk0.70fpk0.70fpk0.60fpk在本次修订中，补充了体外预应力钢绞线的应力限值，体外预应力体系的疲劳性能是决定体外预应力钢绞线在使用阶段应力限值的主要因素，不仅要考虑体外预应力钢绞线在汽车荷载作用下的疲劳应力幅，还要考虑锚具、转向器处等局部受力的不确定性，世界各国规范对此应力限值的规定有较大的不同，如表7-1所示，参考体内预应力钢绞线的拉应力限值，考虑体外预应力钢绞线体系疲劳性能，规定其限值为0.60fpk表7-1国际主要规范对持久状况体外预应力钢绞线拉应力限值的规定10一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术9.4.17——预制节段拼装结构的构造1预制节段端部应配置直径不小于10mm的钢筋网2预制节段接缝间宜采用胶接缝或现浇湿接缝，胶接缝可采用环氧树脂粘结，现浇湿接缝可采用细石混凝土填充。环氧树脂接缝的涂层厚度应均匀，接缝应进行挤压直至环氧树脂胶体固化。细石混凝土接缝的缝宽不应小于60mm，混凝土强度等级不应低于预制节段的混凝土强度等级。3预制节段接缝处应设置剪力键，剪力键宜按图9.4.17-1采用腹板剪力键、顶板剪力键、底板剪力键和加腋区剪力键。11一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术复合剪力键的尺寸应满足下列规定(图9.4.17-2)1)腹板剪力键的布置范围不宜小于梁高的75%，剪力键横向宽度宜为腹板宽度的75%。2)剪力键应采用梯形（倾角接近45°）或圆角梯形截面；剪力键的高度应大于混凝土昀大骨料粒径的2倍，不应小于35mm；剪力键的高度与其平均宽度比取为1:2。9.4.17——预制节段拼装结构的构造12一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术9.4.21体外预应力混凝土桥梁应留有供体外预应力系统维护、更换的空间和设备进出的通道。（新增）9.4.22体外预应力混凝土桥梁应根据施工方法、结构的设计使用年限、所处的环境类别，选定体内、体外预应力钢束的比例，选用体外预应力钢索的防腐蚀措施。（新增）9.4.23体外预应力钢绞线的昀小转向半径应符合第9.4.10条的要求。（新增）13一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术9.4.24体外预应力钢筋的转向构造，宜根据受力要求，按图9.4.24选取块式、横肋式、竖肋式和横梁式转向块。（新增）常用：竖肋式、横梁式块式主要用于固定直线钢束位置、减短自由长度，以及转向角度极小的体外束横肋式可用于弯桥14一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术9.4.25块式转向构造应设置内环箍筋和外环箍筋，前者围住单个转向器，后者沿转向构造周边围住所有转向器。（新增）内环箍筋直径不宜小于20mm；内环箍筋和外环箍筋沿转向器纵向布置，纵向间距不宜大于100mm。15一、公路桥梁近年来的热点及规范响应体外预应力技术9.4.26体外预应力钢筋的自由长度不宜大于8.0m，自由段与相接锚固段宜设置转角。（新增）体外预应力钢筋在锚固位置、转向构造、定位构造和减震装置之间自由长度取用8m以上长度时应根据计算确定，并应考虑对结构受力的影响。体外预应力钢筋进入锚固构造后宜适当转向（如图9-5），避免预应力钢筋应力波动直接传递至锚具夹片。图9-5体外预应力钢筋在锚固构造处适当转向示意16一、公路桥梁近年来的热点及规范响应预制节段施工结构的设计计算预应力筋类型接缝类型全粘结体内预应力筋A类接缝0.950.85B类接缝0.900.80无粘结或部分粘结体外力筋A类接缝0.900.80B类接缝0.850.75fv接缝的考虑方法：美国州际公路和运输工作者协会出版的《节段混凝土桥梁设计和施工指导性规范》1989（其中，A类接缝指预制节段之间的湿接缝和胶接缝；B类接缝为预制节段之间的干接缝）特点：截面法，与现行规范协调！17一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害混凝土徐变研究:调整参数考虑箱梁各板件的混凝土龄期的差异新的混凝土徐变模型一些解决方案1822)2(2yxyxz抗裂能力主拉应力σxτσy竖向预应力“零弯矩法”体内体外混合预应力配束预应力束产生的弯矩用以平衡自重受压构件一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害19更大的偏心距更大的自重更多预应力“零弯矩法”——压梁成柱一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害20体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害21体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害新滩桥右幅桥体内预应力钢束布置22体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害新滩桥右幅桥体外预应力钢束布置23体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害新滩大桥的钢束设计基本特点为：墩顶及负弯矩区段由下弯的Ⅰ期体内钢束与具有较大转向角度的体外束共同提供预剪力，边跨和中跨的正弯矩区段由II期体内上弯束提供预剪力。这样，全桥预剪力可以由可靠的纵向预应力钢束提供，从而减小了全断面的剪应力及主拉应力，这种体内、体外混合配束方式能够完全替代竖向预应力筋的作用。24体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害通过减小剪应力τ来减小主拉应力，方法是寻找桥梁全长范围内昀优的预剪力分布，从而通过减少自重剪力、提高预应力钢束预剪力的方法将桥梁全长范围内的剪应力降下来。如前所述，主拉应力对于剪应力τ非常敏感，采用这种新方法不会增加截面尺寸，也不用增加耗费预应力材，重点在于配束方式的优化，是更为合理的箱梁结构配束方法，并具有更为可靠的抗裂性。25体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害箱梁截面中剪应力关注位置为图中的A、B、C、D四点。D点常被忽视，且正是竖向预应力照顾不到的“盲区”，需要特别注意。箱梁截面上剪应力关键位置26体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害右幅桥恒载剪应力明显小于左幅全体内配束的恒载剪应力27体内体外混合配束——较为“密集”下弯体内束和体外束一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害右幅桥主拉应力均控制在1.0MPa以内28与剪切配筋的联系挠度由两部分构成:混凝土徐变导致的下挠，在工程精度内可预测由裂缝开展和钢筋作用失效带来的不可预测的下挠“过度”下挠的部分原因在于剪切裂缝一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害29混凝土和钢筋的联合抗剪机制是目前各国规范中各种抗剪配筋方法的差异所在，这反映在三个方面：混凝土的抗剪贡献以及贡献机制抗剪钢筋的配置形式及贡献机制抗剪钢筋的配置数量（数学模型）箱梁截面腹板的剪切配筋一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害30西方规范：反映腹剪破坏模式的桁架模型我国规范：极限脱离体的弯剪破坏模式——实质上的斜截面抗弯破坏一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害我国规范采用的脱离体理论，高估了混凝土的抗剪贡献，造成剪切配筋不足，一旦出现剪切裂缝钢筋马上屈服！31国际主要规范比较抗剪钢筋图示美国ACI、中国（只有箍筋）欧洲规范、美国AASHTO（箍筋+主纵筋）提出的网格抗剪配筋方法一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害32一、公路桥梁近年来的热点及规范响应大跨径梁桥的发展——克服开裂下挠病害苏通长江公路大桥辅航道桥的研究成果苏通大桥辅航道桥主跨268米，至今仍然是我国第二大跨径混凝土箱梁断面梁式桥。建设之时，我国大跨径连续刚构桥不时出现开裂下挠病害，尚未得到妥善解决。在辅航道桥“连续刚构桥箱梁截面抗剪设计方法和空间受力特性研究”课题研究中，针对开裂问题采用更精细化的七自由度分析方法，解析箱梁顶板、底板和腹板等各板件的薄壁效应，避免结构受力开裂；课题针对下挠问题首次将其与混凝土结构抗剪配筋基础理论建立联系，发展了全新的基于应