公路桥梁设计规范实用问题探究

2012-04-01潘怡宏

城市道桥与防洪 2012年6期

潘怡宏

（中国市政工程中南设计研究院，湖北武汉 430010）

0 前言

进入21世纪，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（以下简称《公预规》）等相继出台，标志着我国公路桥梁设计标准进入一个新的时代。结合规范及近年来使用心得，将笔者对规范的理解小结如下，供同行探讨。

1 规范的基本定位

（1）技术标准规范中的要求只是最低要求。这点上与国际逐渐一致，应理解为规范规定为保证公共安全的最低要求。

（2）设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。

设计使用年限（寿命）为设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。用以作为结构耐久性设计的依据并具有规定强度或保证率的目标使用年限。设计使用年限由业主或用户与设计人员共同确定，并满足有关法规的最低要求。因此：设计使用年限在考虑结构重要性及其上述需要考虑的因素后，一般取值应等于设计基准期。

2 2004版《公预规》较85规范在设计理念上的调整

2.1 汽车荷载标准

标准汽车荷载模式：

97标准：计算荷载（车队荷载）+验算荷载（履带车和挂车）；

04新标准：车道荷载(均布荷载+集中荷载）+车辆荷载。

桥涵结构的整体计算采用车道荷载，局部加载、横向桥面板、涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的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。取消验算荷载的概念，并不表明同时也允许各类超载超限车辆可以不受限制地在公路上通行。超载、特载车辆在公路上行驶时，仍要对桥涵构造物进行必要的验算。

2.2 桥梁与路基宽度的关系

原标准的规定为：特大桥及大桥的侧向宽度可适当减小，中小桥和涵洞宜与路基同宽。现行桥规提出了应该保持和提高一条线路整体的通行能力和服务水平的桥涵方面要求，其明确：高速公路、一级公路的特殊大桥为整体式上部结构时，其中央分隔带和路肩的宽度可根据具体情况适当减小，但减窄后的宽度不应小于《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）表3.3.1-2和表3.3.1-3规定的“最小值”，受地形限制时桥宽仍应保证右侧路缘带0.5 m宽。

2.3 材料等级的提高

（1）改变传统的设计习惯，规范要求适当提高设计时选用的混凝土强度等级。提高混凝土强度等级是结构工程的重大技术进步，提高混凝土强度等级带来的直接效益是可以减小结构截面尺寸，减轻结构自重，提高结构承受外荷的承载力，特别是对于承受轴向压力为主的构件，效果更为明显。

适当地提高混凝土的强度等级是提高混凝土结构耐久性的需要。在耐久性设计中，对混凝土强度等级的要求是由于其与混凝土的密实性有关，强度等级高的混凝土其密实性好，耐久性好。现行公预规JTGD62-2004明确：钢筋混凝土受弯构件采用C30～C35；钢筋混凝土受压构件采用C30～C40；预应力混凝土构件采用C40～C60。

（2）中、高强钢筋的推广应用。长期以来，我国钢筋混凝土结构的主导钢筋是强度为335 MPa的Ⅱ级钢筋，强度为235 MPa的I级钢筋大量用作辅助配筋，比国外低了一个强度等级。低强度带来的配筋率增加，不仅经济效益降低，还造成配筋密集难以设计，给施工带来困难。

新修订的《桥规JTG D62》虽然没有明确提出钢筋混凝土结构以HRB400为主导钢筋的设计思想，但已将其作为钢筋混凝土结构主要用钢之一列入规范。

实际上，我国冶金部门在近10 a来已经开始按国际标准的要求生产新型钢筋：对热轧钢筋微合金化而生产出质高价低的HRB400热轧钢筋（新Ⅲ级钢筋）。其强度较HRB335钢筋（原Ⅱ级钢筋）提高了20%，且具有较高的延性和锚固性能及可焊性。同时，用于预应力混凝土结构的中、高强度低松弛钢丝、钢绞线也增加了许多新品种；性能优良的螺旋肋钢丝逐渐取代刻痕钢丝；二股、三股钢绞线使高效预应力构件小型化成为可能，强度等级也基本齐全。

但是，所有这些质优价低的新钢筋品种推广速度太迟缓。究其原因除设计人员受传统设计习惯的影响外，与旧设计规范和所谓“标准图”设计的约束有直接的关系。相信未来随着科研和工程实践的进展，HRB400钢筋在桥梁工程中的应用，必然会有更大的发展。

2.4 明确桥头纵坡及线形，适应环保需求

桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，交角不宜大于5°；当交角大于5°时，宜增加通航孔净宽。

桥上及桥头引道的线形应与路线布设相互协调,各项技术指标应符合路线布设的规定。桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。

从能源消耗和环境保护角度来考虑，发达国家当采用大于3%纵坡时，需要进行环保论证。根据我国油耗与道路纵坡关系的研究成果，纵坡每增加1%，每吨公里的油耗急剧增加。统计表明，坡度大于3%路段的事故率是平缓路段事故率的2～3倍，且随着坡度的增大，油耗急剧增加，环境污染随之加重。

2.5 提高混凝土桥梁结构耐久性的技术措施

现行规范是从以下五个方面解决混凝土桥梁结构的耐久性问题：

（1）加大钢筋的混凝土保护层厚度是提高混凝土耐久性的重要措施。混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。

（2）改进桥面铺装设计的建议。采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝土是提高结构耐久性的重要措施。高速公路、一级公路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不应小于70 mm；二级及二级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不应小于50 mm。水泥混凝土桥面铺装面层（不含整平层和垫层）的厚度不应小于80 mm，混凝土强度等级不应低于C40。水泥混凝土桥面铺装层内应配置钢筋网，并设置锚固钢筋。钢筋直径不应小于8 mm，间距不宜大于100 mm。

（3）改进伸缩缝设计，提高伸缩缝的止水性，必要时在伸缩缝下面设置引水板，将漏水引到盖梁和墩柱的外面。对可能遭受水份侵蚀的混凝土表面，涂刷水泥基渗透结晶型防水材料，靠防水材料渗透结晶作用，形成自密的混凝土保护层，提高混凝土自身的抗破损能力。

（4）弯、坡、斜、宽桥梁宜选用圆形板式橡胶支座。公路桥涵不宜使用带球冠或坡型的橡胶支座。墩台构造应满足更换支座的要求。强调应该采用合理、科学的先进技术，包括产品，但必须首先满足结构的功能要求和安全度要求。

规范建议压力300 t及以下者，优先考虑板式支座；300～800 t者，优先考虑球形支座；600 t以上者可考虑盆式支座。

（5）高速公路、一级公路和二级公路的桥头应设置搭板。搭板厚度不宜小于250 mm，长度不宜小于5 m。第3.5.3条：高速公路、一级公路上的多孔梁（板）桥宜采用连续桥面简支结构，或采用整体连续结构。

总结、推荐成功的设计、构造方法，引导设计、施工走向标准化和节约型发展。标准化技术和产品的广泛应用是最大的资源的节约。

3 桥梁结构计算方面的问题

3.1 斜截面抗剪承载力计算中h0取值

《公预规》明确指出了斜截面抗剪承载力计算及抗剪强度上、下限复核时，梁的有效高度为纵向受拉钢筋截面重心至截面受压边缘的距离，即在计算h0时不应考虑弯起钢筋的影响。

h0是反映梁高对抗剪承载力的影响。对于在支点处所有预应力筋均弯起的情况，验算支点的附近斜截面抗剪承载力和复核抗剪强度上、下限值时，h0可从跨中截面钢筋重心或底排纵向普通钢筋重心算起。

3.2 设有竖向预应力筋时抗剪承载力的计算

对于配有竖向预应力筋的预应力混凝土梁进行斜截面抗剪承载力复核时，《公预规》规定(5.2.7条注 1)，可将计算公式（5.2.7-2）中的箍筋配筋率和抗拉强度设计值，以竖向预应力筋配筋率和抗拉强度设计值代替。这样规定的实质是将竖向预应力钢筋的作用视为箍筋一样处理。

但在实际工程中，采用竖向预应力钢筋时，也还要配置一定数量的箍筋。箍筋按构造配筋。

3.3 持久状况正常使用极限状态——抗裂性验算的内容及控制条件

问题:新规范与老规范相比在抗裂性验算控制条件是不同的。

新规范的正截面抗裂验算是通过在作用（或荷载）短期效应组合下，构件抗裂性验算截面边缘混凝土的法向拉应力来控制的；

老规范的正截面抗裂验算是通过在使用荷载(计入冲击系数)作用下，构件抗裂性验算截面边缘混凝土的法向拉应力σwt来控制的。

因为σst＜σwt,为了保持新老规范的抗裂验算的可靠度基本相等,采用0.8～0.85的系数对σpc值进行了调整。

斜截面抗裂性主拉应力控制指标较老规范有所提高。

3.4 预防温度裂缝的措施

计算结果表明，按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.10给出的竖向梯度温度（上、下温差）曲线计算出的温度应力，对结构的承载力的抗裂性计算结果有显著影响。在实际工程中为了减少箱形梁温度应力的不利影响，在不影响结构承载力的前提下，可在两侧腹板上设置通风孔（孔的直径可取100～200 mm，间距为5～10 m），使箱内空气流通，以减少箱梁的内、外温差。

预防温度裂缝的主要措施是合理设置温度伸缩缝、在混凝土组成材料中掺入适量的磨细粉煤灰减少水化热、加强混凝土养护、严格控制升温和降温速度。

预防大体积混凝土截面内外温差裂缝的基本思路是减少水化热和降低内外温差。