公路桥涵设计规范应用及设计技术交流-鲍卫刚

公路桥涵设计规范应用及设计技术交流2009年12月18-20日，广东深圳公路桥涵设计规范应用及设计技术交流2009年11月7-8日，江苏南京报告安排：1《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005应用释疑2《公路桥梁上部结构通用图》3大跨径预应力混凝土梁式桥设计技术一、规范应用释疑１．标准规范的定位作用：行为的基本规范、依据，但不是法律两个主要误区：一是唯标准规范为上，二是不把标准规范当正事。规范是以往工程实践的总结，不可能完全适用各种情况。计划经济年代养成技术人员过分依赖规范的习惯并一切唯规范是从的行动准则，使他们的设计行为变成只对规范负责，而不是首先对工程质量负责规范的错误定位，束缚了技术人员的创造性，阻碍了技术进步。市场经济条件下，规范的作用只建立在业主与设计、施工企业之间的合同或契约基础上，作为共同认可的进行工程的一种规则，如果牵涉到违法，也只反映在是否存在背约的行为上。对于特别复杂的工程，可以对特殊内容制定专门设计、施工、质量评定标准。一、规范应用释疑１．标准规范的定位技术标准规范中的要求只是最低要求英国土建工程设计与施工的各种标准的第一页，都写有：遵守英国规范（标准）本身，并不给予豁免法律责任美国ACI混凝土结构设计规范的第一章、第一句话：“本规范提供设计与施工……的最低要求”。美国公路部门ASSHTO桥梁设计规程的第一章第一节中写道：“本规程无意取代设计人所具有的专门教育和工程判断的训练，仅在规程中规定为保证公共安全的最低要求。业主或设计人可能需要在设计中采用新的先进技术，或需对材料及施工质量提出更高的要求”。与此相反，我国现行规范带着短缺计划经济年代的深刻烙印，回避最低要求的提法，并时常在客观上暗示标准规范要求的唯一性。一、规范应用释疑2．设计标准的演变我国公路桥梁设计标准的演变20世纪50年代：《公路工程设计准则》60年代：《公路桥梁设计规范》（试行）（1961年9月）70年代：《公路桥涵设计规范》（1975年）《公路预应力混凝土桥梁设计规范》（1978年）80年代：《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-85、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ023-86、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-86等进入21世纪：《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004、《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004等一、规范应用释疑3.设计理论的基本演变(1)容许应力法（构件抗力指标上的Ｋ代表平均水平）(2)破损阶段设计法（定值极限状态设计方法）（荷载强度指标上的Ｋ同样代表平均水平）(3)以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法（显示了结构的可靠程度与拟承担的风险之间的直接关系）以往的容许应力设计方法也具有一定的概率的含义。概率极限状态设计方法的水准；水准I—半概率设计法；水准II—近似概率设计方法；水准III—全概率设计法。一、规范应用释疑结构可靠度的定义：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。规定条件--正常设计、正常施工和正常使用规定时间--设计基准期预定功能--安全性、适用性、耐久性（总称为结构的可靠性）结构功能函数:，结构功能函数是用来描述结构完成功能状况的，以基本变量为自变量的函数。结构处于可靠状态；结构已失效或破坏；结构处于极限状态。0SRZ0SRZ0SRZ荷载效应(可靠)(失效)抗力结构的失效概率与可靠指标极限状态方程0),(SRSRgZ0失效)可靠)非阴影部分面积)可靠指标β与平均值mZ关系'(增大后的值)可靠指标β及相应的失效概率Pf的关系β1.01.642.003.003.714.004.50Pf5.87×10-25.05×10-22.27×10-21.35×10-31.04×10-43.17×10-53.40×10-6公路桥梁结构构件的目标可靠指标结构安全等级一级二级三级构件破坏类型延性破坏4.74.23.7脆性破坏5.24.74.2设计安全等级特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞重要性系数1.11.00.90一、规范应用释疑标准规范设计理论变化的目的：寻找更为合理、科学的工程结构安全度、耐久性的评价指标采用概率极限状态设计方法可明显地体现如下方面的优点：1．可使工程结构设计规范引入先进的可靠性理论；2．可更全面地考虑影响结构可靠性诸因素的变异性，使结构设计规范所采用的有关参、系数更趋于反映客观实际，使所设计的结构更趋合理；3．可变作用按随机过程进行分析，随机过程的时间域可取为结构的设计基准期，从而使结构设计的可靠概率有了一个统一的时间概念；4．有了具体结构的目标可靠指标，可根据工程结构的不同要求和特点恰当地划分和选择安全等级，以便处理好结构可靠性与经济性之间的矛盾；实用的极限状态设计表达式中的各分项系数，使所设计的同类结构和结构构件在不同的承载情况下具有较佳的可靠度的一致性，使工程结构的极限状态设计方法更加科学、合理；5．结构的可靠度往往与质量控制联系在一起，为了保证结构设计达到预定的可靠度，可以进一步强调质量控制的重要性，从而使设计规范与施工、验收等标准在结构可靠度上得以互相衔接和配套。一、规范应用释疑耐久性设计全寿命周期评估与设计（规划、社会、业主、设计、施工、管理、使用、维护等）----风险评估（耐久性、地震、风、施工过程、管理、撞击、火、恐怖）事故模型、风险损失、风险概率、风险评估—工程保险在桥梁规划、设计、施工、使用、维修、拆除等与桥梁结构相关的各个过程中出现的，对相关利益团体的某种既定目标造成影响的不确定事态，可称为桥梁风险。----基于风险的设计理论一、规范应用释疑基于（单一）性能（指标）的设计—抗震可持续桥梁设计理论可持续发展是指既满足现代人的需求且不损害满足后代人需求的能力。设计需考虑各代决策人之间的决策权的平等问题和价值不变的原则。和谐桥梁设计理论？！----脚踩在地上才能踏实！一、规范应用释疑4.设计原则《公路桥涵设计规范》（试行）（1975年）第1.3条：……适用、经济、安全、适当照顾美观……1985版规范：……安全、适用、经济、美观……2004年版规范（第1.0.1、1.0.5条）：……技术先进、安全可靠、适用耐久、经济适用…………安全、适用、经济、美观和有利环保……（美观、经济）--地标一、规范应用释疑5.设计基准期与设计寿命《通用规范》第1.0.6条:公路桥涵结构的设计基准期为100年。通过结构构件、结构的可靠度将规划、勘察、设计、施工、监理、养护维修、运营管理等各个环节串连起来，建立全寿命周期成本的概念，在保证前期建设费用的基础上进一步加强和重视管理和养护的投入，才能保证结构整体的使用寿命。《建筑结构设计统一标准》GB50068-2001规定纪念性或特别重要的建筑结构，100年。欧洲规范（Eurocode）规定：房屋建筑及其他普通结构50年，纪念性建筑、桥梁和其他土木结构，100年。《结构可靠性总原则》ISO/DIS2394:1998规定：设计工作期较长的结构（如大桥）50-150年。美国对桥梁的设计使用年限为不小于75～100年。英国规定各类结构物设计寿命为：桥梁、隧道等交通运输结构，120年。一、规范应用释疑要确保结构或结构构件的可靠度，其安全性、适用性和耐久性指标均需满足，缺一不可。在考虑了环境因素和预期的维护水平后，结构的设计应使结构在其设计工作年限内的劣化不影响对结构期望的功能。为此，需考虑如下因素：(1)预期或可预见的使用目的；(2)要求的设计准则；(3)预期的环境条件；(4)材料和制品的组成、特性和性能；(5)结构体系的选择；(6)构件形状和结构细部构造；(7)制作质量和控制水平；(8)特别的保护措施；(9)设计工作寿命期内要进行的维护。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裕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，一般取值可低于或等值于设计基准期。一、规范应用释疑6.设计理念的调整1.0.10特殊大桥宜进行景观设计；上跨高速公路、一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调。3.3.1-2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表3.3.1-2和表3.3.1-3规定的“最小值”。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。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。一、规范应用释疑6.设计理念的调整3.5.8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。采用合理、科学的先进技术和产品，满足结构的功能要求和安全度要求：公路桥涵不宜使用带球冠或坡型的橡胶支座；（建议压力300吨及以下，优先考虑板式支座，300-800吨优先考虑球形支座，600吨以上可考虑盆式支座）。（板梁下的4支座或3支座；T梁连续的单支承或双支承）一、规范应用释疑6.设计理念的调整3.4.4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250mm，长度不宜小于5m。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。一、规范应用释疑6.设计理念的调整3.4.1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。根据《新理念公路设计指南》P47：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。一、规范应用释疑6.设计理念的调整3.6.1桥面铺装的结构型式宜与所在位置的公路路面相协调。桥面铺装应有完善的桥面防水、排水系统。特大桥、大桥的桥面铺装宜采用沥青混凝土桥面铺装。3.6.2桥面铺装应设防水层。圬工桥台背面及拱桥拱圈与填料间应设置防水层，并设盲沟排水。3.6.3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70mm；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50mm。3.6.4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80mm，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8mm，间距不宜大于100mm。一、规范应用释疑6.设计理念的调整3.6.5正交异性板钢桥面沥青混凝土铺装结构可根据当地具体环境条件和桥梁结构及其桥面系的实际情况选用。钢桥面铺装一般采用沥青混凝土体系，其涉及到对正交异性钢桥面板的受力分析、铺装材料的基本强度、变形性能、抗腐蚀性、水稳性、高温稳定