预应力连续梁桥新旧桥梁规范的比较

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RIDGE&TUNNEL

桥梁隧道

本

文主要就新旧《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

的汽车荷载及冲击系数、材料强度取值、荷载组合方式、抗裂验算、挠度计算等方面进行对照与比较。

连续梁结构体系是预应力混凝土桥梁的主要桥型之一，国内外这种桥型都占有很大比重。现有的绝大多数连续梁桥是按旧桥梁规范（JTJ023-85）设计的，新的桥梁规范（J T G D 62-2004）在材料强度的取值、计算公式、作用效应的计算等方面都有较大改变，而对现有旧桥性能的评估，应依据新桥梁规范的要求进行。因此，对新旧桥梁规范设计进行研究比较，将为旧桥性能的评估提供一定依据和参考。

相对于以极限状态设计方法的旧规范，新规范采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法，吸取了许多先进的研究成果和实际工程经验，对旧规范进行了全面改进。下面对公路桥梁新旧规范在几个主要方面的异同进行分析。

汽车荷载及冲击系数

新规范将汽车作用分为公路I级和公路II级，结构整体计算采用车道荷载模式，局部分析计算采用车辆荷载模式，替代了旧规范的汽车超20级和汽车20级。

同时，将汽车冲击系数，以跨径为主要影响因素的计算方法，修订为以结构基频为主要因素的计算方法。对汽车冲击系数，旧规范近似地认定冲击力与计算跨径成反比，计算简便但不能反映其本质，更重要的是系数偏小。新规范采用与桥梁结构基频相关的冲击系

数，综合反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性。新规范中冲击系数计算方法见表1，旧规范的方法见表2。

计算连续梁桥的基频时，由冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用 f 1；计算冲击力引起的负弯矩效应时，采用 f 2。

（1

）

（2）

式中：

l —结构计算跨径（m）；

E —结构材料的弹性模量（N /

m 2）；

I c —结构跨中截面的截面惯矩

（m 4）；

m c —结构跨中处的单位长度质量

（kg/m）。

从对比中看出，旧规范在跨径大于45m时就不考虑冲击系数了，而新规范却仍要考虑。

材料强度取值

混凝土强度取值

旧规范混凝土标号为边长200mm 的立方体试件，标准值取85%保证率的抗压强度，新规范混凝土强度等级是边长为150m m 的立方体试件，具有95%保证率的抗压强度标准值。与旧规范相比，新规范相应混凝土强度取值降低，说明对混凝土的要求有一定提高。

表1 新规范中冲击系数计算方法

表2 旧规范中冲击系数计算方法预应力连续梁桥新旧桥梁规范的比较

文/苏晓东

新规范选用的钢筋来自最新国家标准，钢筋抗拉强度标准值应具有不小于95%的保证率。与旧规范相比，相应钢筋强度取值稍有增加。新规范对混凝土与钢筋材料强度的保证率统一为95%，更加科学、合理。

荷载组合方式

新规范引入结构设计的持久、短暂和偶然三个设计状况，分别进行相应的极限状态计算。在承载能力极限状态中规定基本组合和偶然组合两种组合形式，在正常使用极限状态中规定了短期效应组合、长期效应组合及标准组合。

对于承载能力极限状态，旧规范采用荷载安全系数与荷载标准值乘积作为设计代表值，新规范引进结构重要性系数、作用效应分项系数、组合系数与各项作用标准值来计算组合效应设计值。对于正常使用的极限状态，旧规范采用标准值计算，新规范则修订为短期效应组合、长期效应组合的频遇值、准永久值计算。旧规范在组合I状态下可不考虑温度效应的影响，新规范则要求根据可能发生的实际状态进行组合。

抗裂验算

新规范正截面抗裂验算，按

作用短期效应组合和长期效应组

合2组情况进行。新规范规定短

期效应组合可不计入汽车冲击系

数。为使新规范设计的预应力混

凝土构件不过多降低预应力度，

新规范将预制的全预应力混凝土

构件的预压应力降低15%。

旧规范标准，45m以上梁

式桥不考虑冲击系数，按照新规

范，对于悬臂浇注构件在进行抗

裂验算时，预压力仍需作0. 8的折

减。汽车冲击系数仅与汽车作用

效应组合，但折减后的预压应力

是要克服包括梁体永久作用在内的短期效应组合产生的最大拉应力。

对于大跨径连续梁结构，恒载效

应比重明显，汽车冲击效应不显著，相

同于常遇跨径，预压力作0.8折减偏于

安全，新规范抗裂计算预应力钢筋用量

较旧范标准提高了20%以上。

挠度计算

裂缝宽度验算和挠度验算是在正

常使用极限状态下的两个主要验算内

容。相对于旧规范，新规范在前者方面

没有太多的变化，而挠度验算则有较大

的改进。

钢筋混凝土受弯构件变形计算时

的截面刚度采用如下公式计算：

新规范：

（1）

式中：

B—开裂构件等效截面的抗弯刚

度；

B0—全截面的抗弯刚度；

B

cr

—开裂截面的抗弯刚度；

M

cr

—开裂弯矩；

M

s

—按作用（或荷载）短期效应

组合计算的弯矩值。

旧规范：

（2）

式中：

E

h

—混凝土弹性模量；

I0—构件换算截面的惯性矩。

旧规范计算钢筋混凝土受弯构件

的挠度时，采用开裂截面刚度，取值较

小，是偏保守的。新规范计算受弯构件

在使用阶段的挠度时，考虑荷载长期效

应的影响，即采用弹性挠度乘以挠度长

期增长系数来计算。

结论

新规范在材料强度取值上比旧规

范明显偏低。

新规范对构件抗裂性的要求比旧

规范提高。

预应力钢筋的用量新规范比旧规

范提高。

箍筋用量新规范比旧规范降低。

不论新旧规范，采用强度高的钢

筋和混凝土，有利于节约材料。

作者单位：邢台路桥建设总公司

2009年第11期195

(6月上)《交通世界》