华南交通-贝雷梁设计中引用规范混乱的问题.docx

Vol.**,No.*****年*月

South China Journal of Transportation Infrastructure Technology **.****收稿日期：****-**-**

作者简介：刘永锋（1963.4-），男，教授级高工，主要从岩土工程、路桥施工。

探讨贝雷梁设计时引用规范混乱的问题

刘永锋

（中交四航局第一工程有限公司，广州，广东，510310）

摘要：贝雷梁作为一种工具式的装配梁，已经广泛地应用于桥梁和港口施工的临时支架和临时便桥上。在贝雷梁的设计时，通常要引用现行的规范。由于现行的规范中既有综合系数法，也有分项系数法。如果引用的规范不当，就会导致计算错误，造成材料的浪费。本文探讨结构设计规范理念和如何适当地引用规范而不会造成过度设计和浪费。

关键词：贝雷梁，钢结构设计，综合系数法，分项系数法

Following Correct Specifications in Steel

Structure Design using Bailey Beam

Liu Yongfeng,

（The First Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,510310,China)

Abstract:Bailey beam is widely used in temporary support and temporary bridge for bridge and port project.The current specifications must be followed in the design of Bailey beam.Presently both global factor design method and LRFD method are in force.If the improper specifications are followed,,the design will lead to waste of materials..This paper presents the development of design method and the choice of correct specifications.

Key words:bailey beam,steel structure design,global safety factor,LRFD

1．引言

装配式贝雷梁已经得到了广泛的使用，主要应用于路桥施工的临时支架体系中和港口施工的临时便桥上。现在贝雷梁的使用存在着许多问题，其中重要的一点就是在贝雷梁设计中引用规范混乱。现行的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ-025-86采用的综合系数法，或者叫容许应力法，英文叫Global Safety Factor Design；而新的《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004已经采用了分项系数法，或者叫强度设计值法，英文叫Load Resistance Factor Design。建设部颁布的《钢结构设计规范》BG50017-2003也采用了分项系数法。现在的规范中出现了容许应力法和分项系数法共存的情况。在这种情况下，如果对规范理解不当，引用不当，甚至交叉使用，就会造成混乱和浪费。

在以往的一些项目的钢结构设计中，就存在这样的问题。由于规范引用不当，造成荷载被高估20～30%，由此引起多用材料20～30%，造成了不必要的浪费。

本文就贝雷架设计中时正确引用规范的问题进行探讨。

国内规范经过了从综合系数法到分项系数法的过度。最初的设计都采用了综合系数法，即材料的匀质系数、超载系数和工作条件系数三者都考虑进去，最后集合成一个安全系数，叫综合安全系数。

采用综合系数法的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86的条文说明第1.2.5条谈到：

各种材料的容许轴向（拉、压）应力的选定，均以屈服强度为依据，即以屈服强度除以某一安全系数k。安全系数k系由材料的匀质系数、超载系数和工作条件系数三者综合而成。低合金钢的匀质系数为270/340=0.8；超载系数，对结构重力为1.1～1.5，对汽车荷载为1.4，综合约为1.35；工作条件系数一般取1，则k=1/0.8× 1.35×1=1.7,所以取1.7为计算基础。以16Mn钢为例，当屈服强度σa=340Mpa时，则轴向应力【σ】=σa/k=340/1.7=200MPa.

随着可靠度的引进，新修订的规范都采用了分项系数法。即每个荷载都有一个相对应的分项系数。比如重力荷载通常采用1.2，而动荷载则采用1.4。而抗力则根据不同的材料和条件，分别按规范选用和确定。比如混凝土和钢材则直接从有关规范中选取，这个抗力叫强度设计值。而地基承载力和桩的承载力等，则需要按照规范计算或试验确定，叫地基或桩基承载力特征值。

很明显，分项系数法比综合系数法考虑问题更加细致。随着研究的深入和经验的积累，这些系数都可以调整，从而设计更加准确。

国外的规范也经历了从综合系数法到分项系数法的过度。比如美国公路桥梁AASHTO （American Association of State Highway and Transportation Officials）规范，最初也都是综合系数法，后来也引入了分项系数法。现在是综合系数法和分项系数法规范同时存在，在引用时，一定要说明采用哪一个版本。见图1。

A B C

图1美国AASHTO规范示例（A：综合系数法桥梁规范17版-2002，包括设计和施工两部分；B：分项系数法桥梁设计规范第3版-2004；分项系数法桥梁施工规范第2版-2006修改版）

3.国内规范的现状

3.1现状

经过多年的努力，国内的规范都已变成了分项系数法，只有两个规范仍采用综合系数法。这两个规范是：（1）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86

（2）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86颁布时间为1986年。到现在为止，已经过云了近30年。一个规范三十年没有修订，这是一个很奇怪的事。由于该规范仍采用综合系数法，导致桥涵的钢结构设计，尤其是临时钢结构设计，均需采用综合系数法。有些技术人员不明白这个道理，就会出现设计错误。

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002修订于2002年。该规范把承载力极限状态划到正常使用极限状态，这样就不用对荷载承1.2到1.4的分项系数，地基、基础的抗力也采用原综合系数法中的方法来确定。因此《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002表面上看是分项系数法，可其实质上仍是综合系数法。考虑到地基和基础承载力有较多的不确定性，这样的处理方法较为保守。

值得注意的是《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004也采用了分项系数法，而《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86却仍采用综合系数法。

由于公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86与《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004不合拍，也与许多技术人员的认识相悖。在进行临时钢结构设计时，可采用现行《钢结构设计规范》（GB50017-2003），该规范采用的是分项系数法。

3.2综合系数法确定的钢结构的容许应力

按照现行规范《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ-025-86，钢结构的应力和临时结构的计算有如下的规定：:

表1钢材的容许应力（MPa）

应力种类16Mn

轴各应力（σ）200

弯曲应力（σw）210

剪应力（t）120

局部承压应力（磨光顶紧）300

紧密接触的承压应力（接触圆弧中心角*45）100

自由接触的承压应力8.0

节点销子的孔壁承载应力300

节点销子的弯应力340

表2容许应力的提高系数

构造物性质荷载组合K

临时性结构组合I

组合II 1.30 1.40

按照86规范的要求，在进行临时钢结构设计时，可采用下面的容许应力值：16锰钢的拉应力、压应力容许值：1.3*200=260MPa

弯曲应力的容许值：1.3*210-273MPa

剪应力的容许值：1.3*120=156MPa3.3分项系数法确定钢结构的强度设计值

如果想采用分项系数法进行钢结构设计的话，可采用《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。

该规范中材料抗力叫材料设计强度，不叫容许应力，如下表所示：

表3钢材的强度设计值（N/mm2）

钢材抗拉、抗压和抗

弯f 抗剪

fv

端面承压（刨平

顶紧）fce

牌号厚度或直径（mm）

Q345钢≤16310180400

和容许应力比起来，强度设计值增加了许多。比如Q345（即16Mn钢）在86年规范中，抗弯容许应力为210MPa，而到2003年的钢结构设计规范中，设计强度达到了310MPa之间，增加幅度达48%。

3.4不同规范对临时钢结构设计要求的不同

采用综合系数法《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ-025-86时，对于临时结构，容许应力均要乘1.3的提高系数了。

而采用分项系数法的时，则没有临时结构的概念。即临时结构和永久结构的要求是一样的。不能由于是临时结构就可以打折扣。

《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004引入了结构重要性系数γ

，按结构设计安全等级采用。根据规范1.0.9条的规定，结构安全等级按结构破坏可能产生的严重程度分为三个设

计等级。一般临时支架属小桥，多孔跨径总长L（m），满足8≤L≤30m；单孔跨径L

k

(m)满足

5≤L

k

〈20m。因此结构重要性系数可选0.9。

4.贝雷梁的设计

4.1贝雷梁的最初工作

雷梁本来是军用物资，其主要技术数据是广州军区科研设计所提供的。广州军区工程科研设计所出版的《装配式公路钢桥多用途使用手册》给了贝雷的许多数据。这本书的出版日期是2002年3月。该手册就采用了规范《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ-025-86。

现在许多施工手册有关贝雷梁的数据都来自于这本书。

图2广州军区工程科研设计所出版的贝雷梁手册4.2采用综合系数法得到的贝雷梁的容许内力

《装配式公路钢桥多用途使用手册》采用的是《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ-025-86，采用综合系数法，经过计算，贝雷梁的容许内力如下表所示：

表4贝雷梁容许内力表

桥型容许内力不加强桥梁

单排单层双排单层三排单层

弯矩（kNm）788.21576.42246.4

剪力（kN）245.2490.5698.9

4.3采用分项系数法计算得到的贝雷梁的设计内力

如果采用分项系数法的话，依照《钢结构设计规范》（GB50017-2003），则贝雷梁设计弯矩和剪力如下表所示。计算过程如附件。

表5贝雷梁设计内力表

桥型容许内力不加强桥梁

单排单层双排单层三排单层

弯矩（kNm）851.51703.02426.8

剪力（kN）258.3516.6736.2

5.钢结构设计中的问题

我们的工程师对钢结构实腹梁和柱进行设计的时候，一般都会注意采用分项系数法，不会发生混乱。只是在对贝雷梁进行设计时，就有些糊涂.

对贝雷梁设计时，我们直接或间接地引用《装配式公路钢桥多用途使用手册》中推荐的数据，却没有想到这个手册依据的是综合系数法。

作为钢桥用的贝雷梁应用手册，采用现行的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ-025-86是很正常的。这个规范不修订，则手册也不会修订。

如果工程师不明白这个道理，就会被引入歧途。

要解决这个问题，首先要修订钢结构规范，再修订贝雷梁手册。

因此在进行钢结构设计时，应当注意：

（1）在钢结构设计的时候，首先要明确采用什么样的规范。一旦确定下来，就要始终如一地采用，千万不要搞混了。

（2）如果采用综合系数法，则永久作用就不能乘1.2的分项系数，可变作用也不能乘1.4的分项系数。

（3）如果采用分项系数法的话，则永久作用和可变作用都有不同的分项系数，都要分别去乘。与此同时，材料的抗力则要采用设计强度，要比相应的容许应力大许多。

（3）如果把这两个规范混在一起，那就会造成很大的浪费。比如作用都乘了1.2和1.4的分项系数，材料抗力又采用了容许值，那就会造成20%到30%的材料浪费。

（4）以往项目的钢结构设计中就存在这样的问题，由于把两种规范混在一起使用，导致设计过于保守，造成了20%到30%的材料浪费。

（5）这种规范混淆不清的情况在行业中普遍存在。以辽宁科学技术出版社的一本专著《施工临时支撑结构专项技术方案》为例，就存在这样的问题。尤其是贝雷梁的设计中，由于引用规范的混乱，导致了20%到30%的材料浪费，应当引起注意。

6.总结

（1）综合系数法和分项系数法是两个不同的体系，其思路和抗力的名称均不相同，不能搞混。

（2）在钢结构设计时，尤其是贝雷梁设计时，一定要明确采用什么规范，而且要始终如一地采用，这样才能得到合理的设计。如果把两种规范混合使用，会导致了20%到30%的浪费。

（3）综合系数法有临时结构的规定，但分项系数法则没有这样的规定。由于临时支架和

可取0.9。这是临时结构唯一可以便桥都属于小桥，设计安全等级为三级，结构重要性系数γ

打的折扣。

（4）我们在钢支架和临时便桥设计时，结构计算有了，但经常构造措施不到位，在上车载时一定要小心。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部标准《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-96，人民交通出版社.

[2]中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004，人民交通出版社

[3]中华人民共和国国家标准《建设地基基础设计规范》GB50007-2002

[4]中国人民共和国国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003

[5]AASHTO Standard Specifications for Highway Bridge,17th Edition,2002

[6]AASHTO LRFD Bridge Design Specifications,SI Units,Third Edition-2004

[7]AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications,Second Edition-2004,2006Interim Revisions

[8]黄绍金，刘陌生编著，《装配式公路钢桥多用途使用手册》，人民交通出版社，2002年3月

[9]刘东跃主编，《施工临时支撑结构专项技术方案》，辽宁科学技术出版社，2013年9月

[10]周永兴等主编，《路桥施工计算手册》，人民交通出版社，2001年10月

附件采用分项系数法计算贝雷梁的设计承载能力

1．贝雷梁的构件的截面特性表

贝雷梁的构件截面特性如下表所示：

这个材料性能表是从广州军区工程科研设计所编的《装配式公路钢桥多用途使用手册》中摘录的。其中8号工字钢市场上已经不再专门生产，也很难找到其参数，只有上述书籍中才有。

2．贝雷梁材料应力

贝雷梁的材料应力如下表所示：

钢材的强度设计值（N/mm2）

钢材抗拉、抗压

和抗弯

f 抗剪

fv

端面承压（刨平

顶紧）

fce

牌号厚度或直径

（mm）

Q345钢≤16310180400

3．弦杆的选择和计算

1)桁架平面内的稳定

自由长度

回转半径

长细比

查表，为b类截面轴心受压，

2)桁架平面外的稳定

自由长度

垂直桁架平面内的自由长度

查表，为b类截面轴心受压，

3）弦杆实际的稳定系数φ=0.770

弦杆容许承受之杆力为：

折算成弯矩，则贝雷梁弯矩设计值为：

4．斜杆选择和计算

斜杆选择16Mn钢8号I型钢：

A=9.52cm2

斜杆有拉压两种，以压杆控制设计。

斜杆的几何长度

自由长度

回转半径

长细比

查得

将斜杆之力化为贝雷梁剪力设计值