基于新旧桥规的预应力混凝土空心板梁桥对比设计文献综述

 2022-11-01 13:45:05

文献综述(或调研报告):

预应力混凝土空心板桥构造简单、工艺成熟,可以工厂化预制、现场装配,施工简便迅速,便于质量控制和降低成本,并且具有建筑高度小的优点。因此,预应力混凝土空心板桥在一般公路、高等级公路和城市道路的中小跨径桥梁中广泛采用。尤其在平原地区,由于受净空和桥台填土高度的限制,采用预应力混凝土空心板桥可以降低桥梁上部结构的建筑高度,以减小纵坡、降低路基填土高度,节省土方工程量,易于满足通航、通车净空的要求。

《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)于2015年9月9日发布,自2015年12月1日起施行。新的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-201X)尚未发布,但可以依托报批稿设计计算。近几年的实践应用表明,规范总体上能够满足我国公路桥涵建设的需要,但随着我国公路运营状况、桥涵设计理念和方法的发展变化,也有一些需要完善的内容:公路桥梁设计汽车荷载标准的适应性问题日渐突出;设计使用年限、耐久性设计、全寿命设计、风险评估、桥梁运营期结构安全监测等新方法、新理念逐渐得到广泛应用和发展;环境保护和可持续发展也成为工程设计中需考虑的重要因素。

因此,修订新桥规的过程中,规范修订组进行大量科研工作,吸取了国内其他单位的研究成果和实际工程设计经验;参考、借鉴了国际先进的标准规范。

《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)修订的主要内容包括:补充了有关桥涵总体设计的要求;增加了桥涵设计使用年限、交通安全、环境保护、耐久性、桥梁结构监测和风险评估等的相关规定;增加了桥涵养护设施的设计要求;调整了作用组合分类及计算方法、汽车荷载标准的规定;增加了汽车疲劳荷载等标准值的规定;补充了地震设计状况的规定。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-201X)报批稿新增了结构设计的一般规定、后张预应力构件的锚固区、支座处横隔梁等内容。

根据新旧桥规的对比,在预应力混凝土空心板桥的的设计计算中,需要注意的变化主要包括:

1、改进了作用组合分类及计算方法。这一改进与现行《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153-2008)和正在修编的《公路工程结构可靠性设计统一标准》的作用组合分类及计算方法一致。修改后,承载能力极限状态包括基本组合、偶然组合和地震组合;正常使用极限状态包括频遇组合和准永久组合。

在新规范的基本组合中,汽车荷载(含汽车冲击力、离心力)的分项系数不再笼统地规定为1.4,而是改为:采用车道荷载计算时取,采用车辆荷载计算时取。正常使用极限状态设计采用的频遇组合和准永久组合分别对应与旧规范中的作用短期效应组合和作用长期效应组合。

2、将原规范组合系数改为组合值系数,并统一取为0.75。根据Turkstra 组合规则,按设计值法确定的组合值系数与可变荷载的数目无关。而现行规范的组合系数随可变荷载数目的增多而减小,计算发现按现行规范作用效应的组合系数计算的可靠指标随可变荷载数目的增加而减小,不符合其定义的初衷。现行《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153-2008)、正在修编的《公路工程结构可靠性设计统一标准》以及国内外相关规范均采用作用的组合值系数,并取为固定值。试算表明,当2、3、4、5个可变荷载组合的组合系数均取0.74时,随可变荷载数目的增加,所有钢筋混凝土构件的可靠指标增大,但变化不大。因此,为了保持不同可变荷载组合数目时构件的可靠指标不变,并与上位规范一致,本次修订将现行规范中“作用效应的组合系数”改为“作用的组合值系数”,并统一取为0.75,这样可保证结构可靠指标不会随可变荷载数目的增加而降低,保证桥梁结构构件在多重荷载作用下具有比较一致的可靠度。

3、新增了后张预应力混凝土锚固区构造要求、计算内容及计算方法。后张预应力混凝土端部锚固区受到预应力锚固集中力的作用,存在局部承压和应力扩散问题,是混凝土桥梁中典型的局部承压区。在这一部分参照美国AASHTO桥梁设计规范,进一步将后张锚固区划分为局部区和总体区两个区域,以便根据其各自的受力特点分别进行计算。局部区为锚具周围较小的区域,其主要矛盾是三向受压,应进行锚下局部承压验算;总体区的范围为局部区之外的整个锚固区,其主要矛盾是预应力扩散引起的拉应力,应进行相关抗裂钢筋的设计。

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