中英桥梁设计规范的异同点比较

周志星

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都 610000)

斯里兰卡某项目设计工作为一个平台式转运站，转运站大部分采用桥梁架空设计，桥梁结构类型有普通钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁。本项目设计规范采用的是英国规范BS5400系列，该系列共有10篇，本文将其中的第2篇“荷载规范”和第4篇“混凝土桥梁设计规范”与国标JTGD60-2015《公路桥梁设计通用规范》和JTG3362-2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的部分内容进行了对比，从材料参数、活载加载及荷载分项系数、预应力计算和限值要求以及构造要求等方面进行了论述。

1 材料强度参数

1.1 混凝土

英标[1]和国标[2]中规定的混凝土抗压强度设计值以及混凝土的弹性模量见表1、表2。

表1 混凝土抗压强度设计值 MPa

表2 混凝土弹性模量 ×104MPa

从表1、表2结果对比可知中国规范规定的混凝土强度以及弹性模量略高于英国规范。

1.2 普通钢筋

英国规范规定的普通钢筋等级有三种，分别是Grade250;Grade460;Coldreducedsteelwire(Grade485)，工程中较常用的是前两者。中国规范规定的普通钢筋等级也分为三类五种，分别是HPB300；HRB400,HRBF400,RRB400；HRB500。普通钢筋抗拉、抗压强度设计值见表3。

从表3中数据可知，虽然两本规范规定的钢筋种类不同，但总体上英标BS5400规定的钢筋抗拉强度高于国标的规定。并且英标钢筋的抗拉强度要大于其抗压强度，而国标则相同。

表3 普通钢筋抗拉、抗压强度设计值 MPa

1.3 预应力钢筋

英标BS5896对预应力钢筋材料进行了表述，对于桥梁工程中常用的7股钢绞线按抗拉强度标准值可以分为5类，抗拉强度范围是1 570～1 860MPa，中国规范则分为3类，抗拉强度分别为1 720MPa、1 860MPa、1 960MPa。每一类钢绞线又根据公称直径的不同划分为许多种，英标和国标设计常用的都是公称直径为15.2mm的钢绞线，两种规范规定的钢绞线参数基本相同，比如横截面面积均为139mm2，最大张拉力259kN,弹性模量1.95×105MPa。

2 汽车荷载及荷载效应组合

2.1 荷载效应组合

英标BS5400[3]和国标[4]对结构极限状态都分为两类，分别是承载能力极限状态(ULS)和正常使用极限状态(SLS)，荷载组合以及荷载组合系数两者有较大的区别，英标BS5400规定了五种荷载组合。

(1)荷载组合1：恒载+土压力+不均匀沉降+汽车荷载+人行道/非机动车道荷载。

(2)荷载组合2：恒载+土压力+不均匀沉降+汽车荷载+人行道/非机动车道荷载+风荷载+临时施工荷载。

(3)荷载组合3：恒载+土压力+不均匀沉降+汽车荷载+人行道/非机动车道荷载+温度荷载。

(4)荷载组合4：恒载+土压力+不均匀沉降+汽车荷载引起的荷载(离心力、制动力、碰撞护栏等)。

(5)荷载组合5：恒载+土压力+不均匀沉降+支座摩阻力。

每种组合的分项系数详见英标BS5400第2篇[3]中的Table1,不再赘述。

我国规范规定的桥梁结构按承载能力极限状态设计时应采用基本组合和偶然组合两种作用效应组合，按正常使用极限状态设计时应采用频遇组合和准永久组合两种作用效应组合，每种组合的分项系数详见JTGD60-2015《公路桥梁设计通用规范》第4章[4]相关内容。表4列出的内容是系数差异较大的几种荷载类型。

表4 荷载分项系数对比

通过比较主要的荷载分项系数可知英国标准比中国规范规定的分项系数要大，特别是二期荷载的分项系数。总的来说英标规定的荷载作用总效应比中国规范的规定要大，设计更加偏保守。

2.2 汽车荷载

英标BS5400规定公路桥梁标准荷载包括HA和HB荷载，HA荷载由均布荷载和一个集中荷载组成，与国标车道荷载类似。HB荷载是用若干个单位荷载表示大小的特种车辆荷载，与国标车辆荷载类似。英标HA和HB荷载效应可以叠加，国标车道荷载和车辆荷载不能叠加。

2.2.1 HA荷载与国标车道荷载对比

英标BS5400-2中规定HA荷载由均布荷载(UDL)和一个集中荷载(KEL)组成(图1、表5)，当加载长度不大于50m时，均布荷载由下式得出：

当加在长度大于50m时，均布荷载由下式得出英标规定HA荷载中的集中荷载按每车道120kN取值。

图1 HA荷载均布荷载曲线

表5 HA荷载均布荷载值

中国规范规定的公路I级车道荷载的均布荷载值为10.5kN/m，集中荷载标准值为180～360kN，具体值与跨径有关。公路II级车道荷载按公路I级车道荷载的0.75倍采用。

英标BS5400的HA荷载的均布荷载值随着加载长度的增加而减少，取值范围是17.2～211.2kN/m；中国规范规定车道荷载为固定值10.5kN/m,通过对比可知英标的均布荷载大于国标，对于短跨径桥梁差异更加明显。根据参考文献[5]里20m简支T梁的计算结果可知跨中弯矩和梁端剪力都比中国规范大50 %左右，其主要原因是英标20mHA荷载的均布荷载值为45.1kN/m,约为中国荷载标准的4倍。

2.2.2HB荷载与国标车辆荷载对比

英标BS5400第2篇规定的HB荷载主要描述如下：对于公路桥梁，通常考虑的HB荷载的最小单元是30个，如果有特殊要求，单元数可以增加到45个；一个单元额定荷载为每轴10kN即每个轮2.5kN(图2)。

图2 HB荷载布置图示

HB车辆是四轴，轴距是1.8m+(6.0～26.0)m+1.8m=9.6～29.6m，中间两轴间隔设计时按最不利影响线位置进行调整。根据图示，考虑30个单元，每个轴重量是300～450kN，一个车总重就是1 200～1 800kN。

我国规范规定的公路I级和公路II级车辆荷载相同，共有5个轴，一辆车总重550kN。通过对比可知英标规定的HB荷载比我国车辆荷载大，采用英标HB荷载设计结构偏保守。

目前国内桥梁病害产生的主要原因之一是超载车辆引起的结构损坏，也可以认为中国规范汽车荷载效应值偏低，若能参照英标规范，适当提高汽车荷载效应值则可以减少桥梁病害及事故的产生。

3 预应力计算要求

3.1 预应力构件限值对比

3.1.1 英标

英标BS5400对预应力混凝土构件的分类与国标基本相同，BS5400将其分为三类,荷载均为正常使用极限状态荷载组合情况下：

第1类：不允许出现拉应力(对于施工阶段，允许在恒荷载、预应力荷载以及施工临时荷载共同作用下产生小于1MPa的拉应力)。

第2类：允许产生拉应力，无可见裂缝，且拉应力不能超过规定值，限值见表6。

表6 英标第2类预应力构件拉应力限值要求

第3类：拉应力超过规定的限值，但裂缝宽度不得超过规范的要求。

3.1.2 国标

我国规范对预应力构件也分为三类：

第1类：全预应力构件，此类构件在作用频遇组合下控制的正截面受拉边缘不允许出现拉应力。

第2类：部分预应力A类构件，此类构件在作用频遇组合下控制的正截面受拉边缘可出现拉应力，但不能超过限值，限值见表7。

表7 国标部分A类预应力构件拉应力限值要求

第3类：部分预应力B类构件，此类构件在作用频遇组合下控制的正截面受拉边缘可出现拉应力，且拉应力超过限值。

按照以往设计惯例，对于大跨径桥梁通常要求设计为第1类构件，中小跨径桥梁设计为第2类构件。通过第2类构件拉应力限值对比可知，英标拉应力限值大于中国标准，但需注意的是，英标正常使用极限状态的组合效应也是大于国标的，所以不能简单地判断国标限值偏安全，设计时需根据实际的荷载情况及计算结果进行判断。

3.2 预应力张拉初始应力要求

英标BS5400第4篇的6.7.1条规定了最大初始应力值要求：对于后张法构件预应力张拉初始应力不应大于70 %，对于先张法构件不应大于75 %。在张拉千斤顶时可以超张拉到80 %以提供额外的安全富裕。国标规定的预应力钢绞线张拉控制应力为75 %抗拉强度标准值，也可以超张拉至80 %以提供额外的安全富余。

4 构造要求

4.1 钢筋间距要求

英标规定纵向钢筋为一排时钢筋的最小净距不应小于hagg+5mm，hagg是粗骨料的最大尺寸。当纵筋有两排或者多排时，每排钢筋之间的竖向间隔不应小于2/3hagg，施工时可在两排钢筋之间放置直径25mm的钢筋，间隔1～2m，以满足间隔要求。

4.2 钢筋保护层厚度

英标BS5400将环境类别划分为4中：极其严重、很严重、严重、一般。钢筋保护层要求规定主筋至构件边缘的净距应满足表8规定。

表8 英标钢筋保护层厚度要求

我国规范的钢筋混凝土保护层厚度根据构件的不同、设计使用年限以及环境类别来确定，通过比较可知国标的保护层划分更加详细和安全。

4.3 预应力管道间距

4.3.1 英标

英标BS5400第4篇的6.8.3章节对预应力钢束的间距要求如下：预应力管道间距应不小于以下三者的最大值：

(1)hagg+5mm，hagg指最大骨料粒径。

(2)竖向：波纹管竖向内径。

(3)水平向：波纹管水平向内径，并且能满足振捣棒的操作空间要求。

4.3.2 国标

我国规范对后张法构件的预应力管道间距要求如下：

(1)直线管道的净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的0.6倍；对于预埋的金属或塑料波纹管和铁皮管，在直线管道的竖直方向可将两管道叠置。

(2)曲线型预应力钢筋管道在平面内相邻管道间的最小净距应按本规范第9.4.8条第1款计算，平面外相邻管道外缘的最小净距，应按本规范第9.4.8条第2款计算。

通过对比可知英标对波纹管的竖向间距要求更为严格，而国标则允许波纹管在直线段竖向叠置。因此在设计预应力混凝土桥梁时，特别是在跨中底板和支点顶板存在较多预应力管道的连续梁桥，需适当加大梁高和结构厚度，以满足英标的管道间距要求。

5 结束语

本文主要从材料参数、荷载分项系数和汽车荷载、预应力计算和限值要求以及构造要求等方面对英标BS5400和我国桥梁设计规范进行了对比，可以得出一般情况下英标BS5400规定的荷载组合效应比国标规定的荷载效应要大，并且构造要求也比国标严格，但部分预应力混凝土构件的拉应力限值大于国标的限值。因此按照国标进行初步设计时，可适当增加预应力钢束数量以及结构厚度和高度，以满足英标BS5400规定的荷载及构造要求。