公路橋梁設計規(guī)范答疑72638

公路橋梁設計規(guī)范答疑問題講評哈爾濱工業(yè)大學

張

樹

仁2010年3月《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》

(JTG

D62-2004)答疑問題講評1

總則所提問題主要涉及耐久性設計問題將另列專題講解（1）提高混凝土強度等級是結構工程的重大技術進步提高混凝土強度等級帶來的直接效益是可以減小結構截面尺寸,減輕結構自重,提高結構承受外荷的承載力,特別是對于承受軸向壓力為主的構件,效果更為明顯。筆者建議，改變傳統(tǒng)的設計習慣，適當提高設計時選取用的混凝土強度等級:對鋼筋混凝土受彎構件采用C30~C35；鋼筋混凝土受壓構件采用C30~C40；預應力混凝土構件采用C40~C60。采用C50以上高強混凝土應參照《高強度混凝土結構技術規(guī)程》（CECS104-1999）執(zhí)行。（2）中、高強鋼筋的應用長期以來,我國鋼筋混凝土結構的主導鋼筋是強度為335Mpa的Ⅱ級鋼筋,強度為235Mpa的I級鋼筋大量用作輔助配筋,比國外低了一個強度等級。低強度帶來的配筋率增加,不僅經(jīng)濟效益降低,還造成配筋密集難以設計、施工困難.20世紀90年代以來,我國冶金部門引進國外的技術和設備,開始按國際標準的要求生產(chǎn)新型鋼筋.①利用我國的釩（V）資源優(yōu)勢,對熱軋鋼筋微合金化而生產(chǎn)出質高價低的HRB400熱軋鋼筋（新Ⅲ級鋼筋）。其強度較HRB335鋼筋（原Ⅱ級鋼筋）提高了20%,且具有較高的延性和錨固性能及可焊性.②用于預應力混凝土結構的中、高強度低松弛鋼絲、鋼絞線也增加了許多新品種；性能優(yōu)良的螺旋肋鋼絲逐漸取代刻痕鋼絲；二股、三股鋼絞線使高效預應力構件小型化成為可能,強度等級也基本齊全.但是,所有這些質優(yōu)價低的新鋼筋品種推廣速度太遲緩。特別是HRB400鋼筋（新Ⅲ級鋼）,早在20世紀80年代已完成了產(chǎn)品研制及應用研究,20世紀90年代已經(jīng)鑒定,但至今仍未能普遍推廣,在橋梁結構中很少有人采用。究其原因除設計人員受傳統(tǒng)設計習慣的影響外,與陳舊設計規(guī)范和所謂“標準圖”設計的約束有直接的關系。《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2002明確提出:在鋼筋混凝土結構中推薦采用HRB400鋼筋（新Ⅲ級鋼）做為主導鋼筋, HRB335（原Ⅱ級鋼）做為輔助鋼筋；在預應力混凝土結構中推薦采用高強度鋼絞線做為主導鋼筋.新修訂的《橋規(guī)JTG D62》雖然沒有明確提出鋼筋混凝土結構以HRB400為主導鋼筋的設計思想,但已將其作為鋼筋混凝土結構主要用鋼之一列入規(guī)范。我們相信,隨著科研和工程實踐的進展,HRB400鋼筋在橋梁工程中的應用,必然會有更大的發(fā)展。T形截面梁受壓翼緣的有效寬度 T形截面梁承受荷載產(chǎn)生彎曲變形時,在翼緣寬度方向縱向壓應力的分布是不均勻的,離腹板越遠壓應力越小。 在實際工程中,對現(xiàn)澆的T形梁有時翼緣很寬,考慮到遠離腹板處翼緣的壓應力很小,故在設計中把翼緣的工作寬度限制在一定范圍內,一般稱為翼緣的有效寬度bf,并假定在bf范圍內壓應力是均勻分布的。應該指出，上面給出的T形梁和箱梁的翼緣有效寬度，都是針對受彎工作狀態(tài)得出，對于承受軸力的構件是不適用的。為此《橋規(guī)JTGD62》又進一步明確規(guī)定:①預應力混凝土梁在計算預加力引起的混凝土應力時，預加力作為軸向力產(chǎn)生的應力可按翼緣全寬計算；②由預加力偏心引起的彎矩產(chǎn)生的應力可按翼緣有效寬度計算。③對超靜定結構進行作用（或荷載）效應分析時，梁的翼緣寬度可取全寬。5持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算5.2受彎構件5.2.1-5.2.3受彎構件正截面抗彎承載力計算基本方程式及其適用條件預應力混凝土T形截面受彎構件正截面承載力計算圖式正截面抗彎承載力計算的基本方程《橋規(guī)JTGD62》給出的適用于鋼筋混凝土和預應力混凝土T形截面受彎構件正截面抗彎承載力的基本方程式為:1．中性軸位于翼緣內，即x≤h‘f，混凝土受壓區(qū)為矩形，應按寬度為b‘f的矩形截面計算（圖5.1-1.a）。此時，應滿足下列條件:（5.1-1）正截面承載力計算公式，由內力平衡條件求得:由水平力平衡條件，即∑X=0得（5.1-2）由所有的力對受拉鋼筋合力作用點取矩的平衡條件，即∑MZ=0得（5.1-3）由所有的力對受壓區(qū)混凝土合力作用點取矩的平衡條件，即∑MD=0得（5.1-4）應用上述公式時，截面受壓區(qū)高度應符合下列條件:[(（5.1-5）當受壓區(qū)配有縱向普通鋼筋和預應力鋼筋,且預應力鋼筋受壓)為正]時,x≥2a" （5.1-6）當受壓區(qū)僅配置縱向普通鋼筋或配置普通鋼筋和預應力鋼筋,且預應力鋼筋受拉[()為負]時,x≥2a‘s （5.1-7）2．中性軸位于腹板內，即 ，混凝土受壓區(qū)為T形（圖5.1-b）。此時，截面不符合公式（5.1-1）的條件，其正截面承載力計算公式，由內力平衡條件求得:由水平力平衡條件，即∑X=0得(5.1-8)由所有的力對受拉鋼筋合力作用點取矩的平衡條件，即∑MZ=0得(5.1-9)應用上述公式時，應注意滿足x≤ξbh0的限制條件。對于x>h’f的情況，x≥2a"或x≥2a"s的限制條件一般均能滿足，故可不進行此項驗算。關于公式適用條件的說明(1)、最小配筋率的限制，規(guī)定了少筋梁和適筋梁的界限。《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定，，矩形和T形截面受彎構件的最小配筋率限制可寫為下列形式:ρ＝As/bh0≥ρmin＝0.45ftd/fsd，且不小于0.2%式中:b——矩形截面的梁寬，T形截面的腹板寬度；h0——截面的有效高度，即縱向受拉鋼筋合力作用點至受壓邊緣的距離?！稑蛞?guī)JTGD62》規(guī)定，預應力混凝土受彎構件最小配筋率應滿足下列條件:式中: ——受彎構件正截面抗彎承載力設計值；——受彎構件正截面開裂彎矩。(2）最大配筋率的限制，規(guī)定了超筋梁和適筋梁的界限。。鋼筋混凝土及預應力混凝土受彎構件的最大配筋率的限制，一般是通過混凝土受壓區(qū)高度來加以控制。x≤ξbh0式中:xb——相對于“界限破壞”時的混凝土受壓區(qū)高度；ξb——相對界限受壓高度，又稱為混凝土受壓區(qū)高度界限系數(shù)，◆x≤ξbh0的限制即為最大配筋率限制,不滿足此項要求為超筋設計,構件將發(fā)生脆性破壞,設計中不允許采用的。承載力計算是涉及結構安全的核心問題,必須滿足x≤ξbh0的限制條件。不滿足x≤ξbh0時，如何改進設計？①增加梁的高度梁的有效高度h0是影響梁的正截面工作性能的最主要因素。合理梁高的選擇一般設計控制x≤0.7ξbh0,以此控制條件求得的梁高為合理梁高。參見《鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結構設計原理》99頁(截面設計,梁高選擇)預應力混凝土梁的截面設計,通常是先按構造要求,參照已有設計資料及經(jīng)驗數(shù)據(jù)（高跨比h/L）確定梁的高度和截面尺寸,然后計算恒載內力,求得彎矩組合設計值,再根據(jù)受力要求調整梁的高度。。從前面給出均受彎構件正截面抗彎承載力計算基本方程公式（5.1-9）可以看出,對單筋T形）,若代入,即可求為未知數(shù)的二次方截面而（令將式中的x以得一個以程。為了保證梁的塑性破壞性質，混凝土受壓區(qū)相對高度 應小于相對界限受壓高度 ，如果我們選取一個合適的 值（梁高受限制時，選取較大值；梁高不受限制時，選取較小值），代入上述公式，求得系數(shù)A、B.C,,解二次方程，即可求得梁的有效高度。梁的實際高度為（式中為受拉區(qū)預應力鋼筋和普通鋼筋的合力作用點至截面受拉邊緣的距離）。若求得的梁高與假設梁高相差較大，應重新計算恒載內力，根據(jù)調整后的內力，再對梁高做適當?shù)男薷摹２粷M足x≤ξbh0的要求，應如何解決？②增加受壓腹板(梁肋)寬度.連續(xù)梁支點附近截面下緣受壓,由于受壓區(qū)寬度較小,導致受壓區(qū)高度過大,可能出現(xiàn)不滿足x≤ξb

h0的情況.為此,應適當加大連續(xù)梁支點附近截面的腹板(梁肋)寬度.③增加受壓鋼筋,構成雙筋截面,減小混凝土受壓區(qū)高度.④提高混凝土設計強度等級,減小混凝土受壓區(qū)高度。(3)雙筋截面受壓鋼筋應變的限制《橋規(guī)JTGD62》在計算雙筋截面時,引入了混凝土受壓區(qū)高度最小值的限制條件 （或 ）這條限制的實質是對極限狀態(tài)下受壓鋼筋應變的限制,其目的是為了保證在極限狀態(tài)下受壓鋼筋應力能達到其抗壓強度設計值。普通鋼筋和預應力鋼筋的抗壓強度設計值,是以受壓區(qū)混凝土達到極限破壞時,受壓鋼筋的應變（或）=0.002為取值條件確定的。若（或）,表明受壓鋼筋離截面中性軸太近,梁破壞時受壓鋼筋的應變不能充分發(fā)揮,其應力達不到抗拉強度設計值。《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定，對于 （或 ）的情況，構件的正截面抗彎承載力可由下列近似公式求得:①當受壓區(qū)配有縱向普通鋼筋和預應力鋼筋，且預應力鋼受壓時[（ ）為正]，（5.2-10）②當受壓區(qū)僅配有縱向普通鋼筋或配有普通鋼筋和預應力鋼筋,且預應力鋼筋受拉時[（）為負],（5.2-11）近似公式（5.2-10）是由對受壓區(qū)普通鋼筋和預應力鋼筋合力作用取矩的平衡條件求得的,（5.2-11）是由對受壓區(qū)普通鋼筋合力作用取矩的平衡條件求得的,計算時均忽略了混凝土受壓區(qū)的影響.問題(152頁)規(guī)范公式5.2.5-1(即本文公式5.2-10)與《鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結構設計原理》公式的符號不同(a‘還是a‘s),到底那個對,為什么?前以指出:如果不滿足混凝土受壓區(qū)高度最小值的限制條件( ),表明受壓鋼筋離截面中性軸太近,梁破壞時受壓鋼筋的應變不能充分發(fā)揮,其應力達不到抗拉強度設計值。換句話說,精確確定極限狀態(tài)下受壓普通鋼筋和預應力鋼筋的實際應力是很麻煩的.受壓普通鋼筋和預應力鋼筋合力作用點至邊緣的距離a‘也無法精確確定.在這種情況下精確地區(qū)分( )的正或負也是不可能的.筆者建議,

對于 的情況(可以不用區(qū)分的正或負),其正截面抗彎承載力可采用下式近似公式計算:上式是由對受壓普通鋼筋合力作用點取矩的平衡條件求得的近似公式,公式中忽略了受壓區(qū)混凝土和受壓區(qū)預應力筋的作用,因為這兩項合力對受壓普通鋼筋合力作用點的距離(即力臂)很小,對正截面抗彎承載力的影響是微不足到的.問題（148頁回答1）對規(guī)范5.2.4的不同理解規(guī)范條文:受彎構件在應用公式(5.2.2-3)的條件時,可不考慮按正常使極限狀態(tài)計算可能增加的縱向受拉鋼筋截面面積和按構造要求配置均縱向鋼筋截面面積.筆者認為后增加縱向受拉鋼筋是客觀存在的,必將對混凝土受壓區(qū)高度和正截面抗彎承載力產(chǎn)生影響.5.2.7斜截面抗剪承載力計算鋼筋混凝土及預應力混凝土受彎構件斜截面抗剪承載力計算,以剪壓破壞形態(tài)的受力特征為基礎。此時,斜截面所承受的剪力組合設計值,由斜裂縫頂端未開裂的混凝土、與斜截面相交的箍筋和普通彎起鋼筋或預應力彎起鋼筋共同承擔。斜截面抗剪承載力計算圖式混凝土和箍筋共同的抗剪承載力（KN）普通彎起鋼筋的抗剪承載力（KN）預應力彎起鋼筋的抗剪承載力（KN）——異號彎矩影響系數(shù),計算簡支梁和連續(xù)梁近邊支點梁段的抗剪承時, ；計算連續(xù)梁和懸臂梁近中間支點梁段的抗剪承載力時, ；——預應力提高系數(shù),對鋼筋混凝土受彎構件,,；對預應力混凝土受彎構件,但當由鋼筋合力引起的截面彎矩與外彎矩的方向相同時,或允許出現(xiàn)裂縫的預應力混凝土受彎構件,?。弧軌阂砭売绊懴禂?shù),取 ；。5.2.9 計算截面的剪力組合設計值應滿足下式要求:若不滿足上式要求時,則需加大截面尺寸或提高混凝土強度等級。問題(158、159、161頁)是:應用上式時h0如何計算?應特別指出,《橋規(guī)JTGD62》明確指出了斜截面抗剪承載力計算及抗剪強度上、下限復核時,梁的有效高度 為縱向受拉鋼筋截面重心至截面受壓邊緣的距離,即在計算h0時不應考慮彎起鋼筋的影響。筆者認為這里的 是反映梁高對抗剪承載力的影響。對于在支點處所有預應力筋均彎起的情況,驗算支點的附近斜截面抗剪承載力和復核抗剪強度上、下限值時,h0 可從跨中截面鋼筋重心或底排縱向普通鋼筋重心算起。對于配有豎向預應力筋的預應力混凝土梁進行斜截面抗剪承載力復核時,《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定(5.2.7條注1),可將計算公式（5.2.7-2）中的箍筋配筋率 和抗拉強度設計值,以豎向預應力筋配筋率 和抗拉強度設計值 代替。

這樣規(guī)定的實質是將豎向預應力鋼筋的作用視為箍筋一樣處理。筆者認為:①豎向預應力鋼筋和箍筋的作用機理不同,兩者不能互相代替;②在實際工程中,通常的作法是采用豎向預應力鋼筋時,也還要配置一定數(shù)量的箍筋。對于同時配有豎向預應力筋和箍筋的情況也無法代替.，筆者建議:對于同時配有豎向預應力筋和箍筋的情況,將豎向預應力鋼筋的抗剪承載力單獨計算.斜截面抗剪承載力計算的基本方程改為下形式:式中， 為與斜截面相交的豎向預應力鋼筋的抗剪承載力，其數(shù)值可按下式計算:式中，0.75為考慮豎向預應力鋼筋應力不均勻分布的影響系數(shù)；面面積；為與斜裂縫相交的豎向預應力鋼筋的截為豎向預應力鋼筋的抗拉強度設計值。規(guī)范5.2.7注3變高度梁換算剪力計算《橋規(guī)JTGD62》借助于變高度梁的彈性分析方法,考慮了彎矩引起的附加剪力的作用將過去針對等高度梁導出的斜截面承載力計算公式,推廣應用于變高度梁。變高度梁換算剪力按下式計算式中Vcd—考慮截面變高度影響后的換算剪力組合設計值；Vd—斜截面受壓端正截面處由作用（或荷載）產(chǎn)生的最大剪力組合設計值；Md—

相應于最大剪力組合值時的彎矩設計值h0—計算截面處梁的有效高度；α

—計算截面處梁下緣切線與水平線的夾角。問題(162頁)規(guī)范有關抗剪承載力的計算公式是否適用于下緣為曲線的連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構?回答5明確指出:這些公式原則上只適用等高度梁和采用帶承托的變高度梁.對于下緣為曲線的預應力受彎構件國內外資料極少,規(guī)范給出的這些公式原則上并不適用.筆者認為作為基本構件而言下緣為曲線的預應力受彎構件與帶承托的變高度梁有某些共同點.在缺少資料的情況下可以參照帶承托的變高度梁進行近似計算,計算中可將下緣曲線的切線方向,將曲線形梁轉化為折線形梁.這樣近似計算只能做為參考.當否?要通過計算對比分析和試驗來驗證.5.3受壓構件承載力計算5.3.1軸心受壓構件承載力計算問題:高墩的計算長度Lo如何確定? 一般取Lo=（0.7-1。2）H,式中H為墩柱高度5.3.3偏心受壓構件承載力計算問題:實用設計方法《橋規(guī)JTGD62》給出的矩形截面偏心受壓構件正截承力計算的基本方式為:由軸向力平衡條件，即 得（7.2-3）由所有的力對受拉邊（或受壓較小邊）鋼筋合力作用點取矩的平衡條件，即 得（7.2-4）筆者建議，為了使用上的方便，還可增加兩個方程式:由所有的力對受壓較大邊鋼筋合力作用點取矩的平衡條件，即得由所有的力對軸向力作用點取矩的平衡條件,即（7.2-5）得（7.2-6）②—軸向力作用點至受拉邊（或受壓較小邊）鋼筋合力作用點的距離；③—軸向力作用點至受壓較大邊鋼筋合力作用點的距離；④—軸向力作用點至混凝土截面重心軸的距離,即初始偏心距,；⑤—偏心矩增大系數(shù),按公式（7.2-2）計算必須指出,對于偏心受壓構件正截面承載力計算,只有 和兩個平衡條件,因而,不論列多少方程式,只有二個是有效的.實際設計工作中,偏心受壓構件正截面承載力計算,通常遇到截面設計和承載力復核兩類問題。應根據(jù)具體情況確定所求的兩個未知數(shù).偏心受壓構件截面設計偏心受壓構件的截面尺寸,通常是根據(jù)構造要求預先確定好的。因此,截面設計的內容是根據(jù)已知的內力組合設計值選擇鋼筋。（1）非對稱鋼筋利用上述基本方程式進行配筋設計時,對于非對稱配筋情況,存在三個未數(shù)（ ）。為了求得合理的解答,必須根據(jù)不同的設計要求,預先確定其中一個未知數(shù)。當偏心距較大時（ ）,一般是先按大偏心受壓構件計算,通常是先假設x值。按著充分利用混凝土抗壓強度的設計原則,假設將

和和（7.2-5）,即可求得 和當偏心距較小時（分別代入公式（7.2-4）。）,受拉邊（或受壓較小邊）鋼筋應力很小,對截面承載能力影響不大,通常按構造要求取 。這時,應按受拉邊（或受壓較小邊）鋼筋截面面積 已知的情況,求解 x和 。對小偏心受壓構件,受拉或受壓較小邊鋼筋的應力應以公式(7.2-8)代入。足聯(lián)立解方程(7.2-5)和(7.2-3)即可求得x和 ,若滿,則所得 即為所求。（2）對稱配筋在橋梁結構中,常由于荷載作用位置不同,在截面中產(chǎn)生方向相反的彎矩,當其絕對值相差不大時,可采用對稱配筋方案。裝配式柱為了保證安裝不出差錯,有時也采用對稱配筋。運用基本方程式(7.2-3)～(7.2-6),解決對稱配筋設計問題,只存在兩個未知數(shù)（ 和x）,問題是可解的。5.5受扭構件承載力計算5.5.1純扭構件承載力計算《橋規(guī)JTGD62》給出的矩形或箱形截面純扭構件抗扭承載力計算公式為:(8.1.1)公式(8.1.1)中，第一項為開裂前混凝土提供的抗扭承載力，是按塑性剪應力分布圖式計算的，為構件的受扭塑性抵抗矩，其數(shù)值可按下式計算:◆為箱形截面有效壁厚折減系數(shù),當或當

或時,取 或 兩者較小者。時,取注意問題:①在抗扭計算中,h

永遠為長邊,b

永遠為短邊.在抗剪計算中,h為沿剪力作用方向的截面高度

b為垂直于剪力作用方向的截面寬度。②箱形截面抗扭構件應滿足下式構造要求t1≥0.1h

及t2≥0.1b公式(8.1.1)中第二項為考慮預加力的影響所增加的混凝土抗扭承載力,其數(shù)值是由試驗確定的, 為計算截面上混凝土法向應力等于零時的縱向預應力筋和普通鋼筋的合力, 為計算截面的換算截面面積。公式(8.1.1)中第三項為抗扭鋼筋（縱筋和箍筋）提供的抗扭承載力，是按變角空間桁架模型建立的。公式推導中引入了縱筋與箍筋配筋強度比 ，其數(shù)值按下式計算:(8.1.4)試驗表明,當縱筋與箍筋的配筋強度比之間變化,構件破壞時縱筋和箍筋的應力基本上均可達到屈服強度。為此,《橋規(guī)JTGD62》取的限制條件為 。問題:如何選擇縱筋與箍筋配筋強度比ζ？《橋規(guī)JTGD62》的限制條件為 。工程上常用的ζ=1.0～1.3。對剪扭構件若承受的剪力較大,抗剪箍筋設置較多,ζ可選較大值,以盡量減少抗扭箍筋數(shù)量,適當增加抗扭縱筋數(shù)量。5.5.6彎剪扭構件的配筋設計《橋規(guī)JTGD62》對彎、剪、扭共同作用構件的承載力采用了部分相關,部分疊加的簡化計算方法,即對混凝土抗力部分考慮相關性的影響,對鋼筋的抗力部分采用疊加的方法。承受彎、剪、扭共同作用的鋼筋混凝土構件,應分別按受彎構件正截面抗彎承載力和剪扭構件抗扭承載力要求,計算所需的縱筋截面面積；箍筋應分別按剪扭構件的抗剪和抗扭承載力受力要求確定,所得的箍筋截面面積疊加后統(tǒng)一設置。彎、剪、扭構件的承載能力復核一般按下列步驟進行:抗剪強度上、下限復核按公式(8.2-9)和(8.2-10)復核抗剪強度上、下限，即剪力和扭矩引起的混凝土最大剪應力之和，應控制在抗剪強度上、下限之間。若最大剪應力小于抗剪強度下限值，可不進行抗剪和抗扭承載力計算，直接按受彎構件計算正截面抗彎承載力。按公式(8.2-3)計算剪扭構件混凝土抗扭承載力降低系數(shù)βt。按剪扭構件抗剪承載力計算公式(8.2-8)求得抗剪所占用的單肢箍筋截面面積，從實際配置的單肢箍筋截面面積中減去抗剪所占用單肢截面面積，剩余部分即為可供承擔扭矩的單肢箍筋截面面積Asv.1。（4）按受彎構件正截面抗彎承載力要求,確定抗彎縱筋數(shù)量。然后,從實際布置在彎曲受拉區(qū)的全部縱筋中減去抗彎縱筋,剩余部分即為可供承擔扭矩的單邊抗扭縱筋,并將其與布置在彎曲受壓區(qū)的縱筋相比較,取其中較小者。根據(jù)抗扭縱筋對稱布置的原則,求得沿截面四周布置的抗扭縱筋總截面面積Ast。將上述求得的能夠用來承擔扭矩的單肢箍筋截面面積Asv1和抗扭縱筋截面面積Ast,代入公式(8.2-5),計算縱筋與箍筋的配筋強度比。將上面求得的ζ、βt、Asv1值,代入公式(8.2-5)計算截面所能承受的扭矩設計值若Tu≥ Td,說明構件的抗扭承載力是足夠的。因為前面給出的可供抗扭需要的箍筋和縱筋數(shù)量是在滿足抗剪和抗彎承載力要求的前提下得出的,構件的抗剪和抗彎承載力已得到保證。所以,只要滿足Tu≥ Td的條件,構件在彎剪扭共同作用下的承載力是足夠的。6持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算公路橋涵的持久狀況設計應按正常使用極限狀態(tài)的要求,采用作用（或荷載）的短期效應組合、長期效應組合或短期效應組合并考慮長期效應組合的影響,對構件的抗裂性、裂縫寬度和變形進行驗算,并使各項計算值不超過《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定的各相應限值。在上述各種組合中,車輛荷載效應不計沖擊系數(shù)。預應力混凝土結構的抗裂性驗算是正常使用極限狀態(tài)計算的核心內容。一、抗裂性驗算的內容及控制條件預應力混凝土受彎構件的抗裂性驗算包括正截面抗裂性和斜截面抗裂性驗算兩部分。正截面抗裂性是通過正截面混凝土的法向拉應力來控制的?！稑蛞?guī)JTGD62》規(guī)定，正截面抗裂性應滿足下列要求:全預應力混凝土構件，在作用（或荷載）短期效應組合下預制構件現(xiàn)場澆筑（包括預制拼裝）構件 （9.2-1）部分預應力混凝土A類構件，在作用（或荷載）短期效應組合下（9.2-2）但在作用（或荷載）長期效應組合下（9.2-3）6.3預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算斜截面的抗裂性是通過斜截面混凝土的主拉應力來控制的?！稑蛞?guī)JTGD62》規(guī)定，斜截面抗裂性應符合下列條件:全預應力混凝土構件，在作用（或荷載）短期效應組合下預制構件現(xiàn)場澆筑（包括預制拼裝）構件 （9.2-4）部分預應力混凝土A類構件和允許開裂的B類構件，在作用（或荷載）短期效應組合下預制構件現(xiàn)場澆筑（包括預制拼裝）構件 （9.2-5）式中: ——在作用（或荷載）短期效應組合下，構件抗裂性驗算截面邊緣混凝土的法向拉應力；——在作用（或荷載）長期效應組合下，構件抗裂驗算截面邊緣混凝土的法向拉應力；——扣除全部預應力損失后的預加力在構件抗裂性驗算截面邊緣產(chǎn)生的混凝土有效預壓應力；——在作用（或荷載）短期效應組合和預加力作用下，構件抗裂性驗算截面混凝土的主拉應力；——混凝土的抗拉強度標準值。問題(222頁):A類預應力混凝構件在荷載長期效應組合下不得消壓( )的控制條件的意義和計算方法.在荷載長期效應組合下截面的上邊緣出現(xiàn)裂縫,將嚴重影響結構的耐久性,因此,規(guī)范新增加這條限制十分必要的.筆者認為:①這條限制不應是單純針對A類預應力混凝構件的,對預應力混凝土構件也應有這條限制.②規(guī)范規(guī)定這里所指荷載長期效應組合是直接作用于結構上荷載效應組合.對于上緣拉應力控制來講,外加彎矩越小,越不利.為了求得可能出現(xiàn)的最大拉應力,長期荷載效應組合應取最小值(最不利組合),即只計永久荷載效應.③規(guī)范對荷載長期效應組合下壓應力沒有限制.理論分析和工程實踐表明,縱向壓應力過大,必將產(chǎn)生較大的橫向拉應力使結構出現(xiàn)縱向裂縫,嚴重影響結構的耐久性.建議:荷載長期效應組合下壓應力σLc≤0.45～0.55fck.(1)荷載產(chǎn)生的截面受拉邊緣法向拉應力計算荷載產(chǎn)生的抗裂驗算截面受拉邊緣的法向拉應力按下式計算(以預應力混凝土簡支梁為例):荷載短期效應組合（

）作用下對先張法構件（9.2-6）對后張法構件）（9.2-7）]在荷載長期效應組合[作用下對先張法構件（9.2-8）對后張法構件（9.2-9）式中:——永久荷載彎矩標準值；——構件自重彎矩標準值；——恒載（橋面鋪裝,人行道、欄桿等）彎矩標準值；——包括沖擊系數(shù)影響的汽車荷載彎矩標準值；——人群荷載彎矩標準值；——構件換算截面對抗裂驗算邊緣的彈性抵抗矩；——構件凈截面對抗裂驗算邊緣的彈性抵抗矩。（2）預加力產(chǎn)生的截面邊緣混凝土有效預壓應力計算預加力產(chǎn)生的截面邊緣混凝土有效預壓應力,按材料力學給出的偏心受壓構件應力計算公式計算。預加力應扣除全部預應力損失,對先張法構件采用凈截面幾何特征值；對后張法構件采用換算截面幾何特征值。圖9.2-1預應力鋼筋和普通鋼筋合力及偏心距圖中:1.換算截面重心軸2.凈截面重心軸及其偏心距按下列公預應力鋼筋和普通鋼筋的合力式計算（圖9.2-1）:（1）先張法構件（9.2-12）（9.2-13）（9.2-14）（9.2-15）（2）后張法構件（9.2-16）（9.2-17）（9.2-18）（9.2-19）問題：計算預加力產(chǎn)生的構件抗裂驗算邊緣混凝土的有效預壓應力時，對先張法構件和后張法構件的預加力取值為什么不同？在先張法構件時，考慮鋼筋與混凝土的共同作用，采用了換算截面幾何特征值，但在預應力損失中己計入了考慮鋼筋與混凝土的共同作用引起彈性壓縮損失σL4.引入換算截面幾何特征值和計入彈性壓縮損失是同一問題(即考慮鋼筋與混凝土的共同作用)的兩種不同的處理方法,不能同時使用.規(guī)范(6.1.5-1)取預加力Npo的實質是計算中引入了換算截面幾何特征值,就不再考慮彈性壓縮損失σL4.問題(213頁問題1.215頁問題13):σpo物理意義是什么?對后張法構件σpo應如何計算?規(guī)范明確指出：σpo定義為預應力合力作用點處，混凝土應力為零時預應力筋的應力?；炷翍榱憔褪墙孛嫱耆麎?。 σpo是一種計算手段，主要用于開裂的部分預應力混凝土B類構件的應力計算、開裂彎矩Mcr和受壓預應力筋的極限應力計算.σpo的計算公式假設在有效預加力Npe作用下.預應力筋重處混疑土的預壓應力為σpc.p,相應的壓應變?yōu)棣舙c.p=σpc.p／αEp,為了使截面完全消壓,必須對預應力筋施加一個拉應變εpc.p.這時預應力筋的總應變?yōu)棣舙o=εpe+εpc.p相應的應力為σpo=σpe＋αEp

σpc.pσpo=

σcon－σL＋

αEp

σpc.p對先張法構件將αEp

σpc.p=σL4

代入σpo=

σcon－σL＋

σL4對后張法構件σpo=σcon－σL＋αEpσpc.p式中σpc.p是在有效預加力Npe作用下,預應力筋合力作用點處混凝土的壓應力.嚴格講有效預加力作用下的應力計算時,應將預應力損失分為兩組,分開計算:其中Npe.1=（σcon－σL1）Ap,由淨截面承受;△NL2=-σL2Ap.由淨截面承受.為簡化計算一般取有效預加力全部由凈截面承受,即σpc.p應由規(guī)范(6.1.5-4)計算.(214頁問題1的看法是正確的)6.4裂縫寬度驗算《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定，矩形、T形和工形截面鋼筋混凝土構件，其最大裂縫寬度 可按下列公式計算:（mm）（9.3-1）C1——鋼筋表面形狀系數(shù),對光面鋼筋C1=1.4,對帶肋鋼筋C1=1.0；C2——作用（或荷載）長期效應影響系數(shù)其中Sl和Ss分別按作用（或荷載）長期效應組合和短期效應組合計算的彎矩或軸向力設計值；C3——與構件受力特征有關的系數(shù),板式受彎構件取C3=1.15,其他受彎構件,取C3=1.0；偏心受壓構件C3=0.9；偏心受拉構件C3=1.1；軸心受拉構件C3=1.2；d——縱向受拉鋼筋直徑（mm）,當采用不同直徑的鋼筋 時,d改用換算直徑de,,式中,對鋼筋混凝土構件,ni為受拉區(qū)第i種普通鋼筋的根數(shù),di為受拉區(qū)第i種普通鋼筋的公稱直徑；對混合配筋的預應力混凝土構件,預應力鋼筋為由多根鋼絲或鋼絞線組成的鋼絲束或鋼絞線時,式中di為普通鋼筋公稱直徑、鋼絲束或鋼絞線束的等代直徑dpe, *,此處,n為鋼絲束中鋼絲根數(shù)或鋼絞線束中鋼絞線根數(shù),d為單根鋼絲或鋼絞線的公稱直徑。對于鋼筋混凝土構件中的焊接鋼筋骨架,考慮鋼筋疊放對周長的影響,式中的d或de應乘以1.3系數(shù)；*注:筆者認為這里所指的等代直徑應按鋼筋表面面積相等的原則進行換算，鋼絲束(或鋼絞線束)的等代直徑dpe建議用鋼絲束(或鋼絞線束)的公稱直徑代替，其數(shù)值可按鋼絲束(或鋼絞線束)的實際布置情況確定。三、鋼筋應力計算公式《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定，由作用(或荷載)短期效應組合引起的開裂截面縱向受拉鋼筋的應力 ，可按下列近似公式計算：1.鋼筋混凝土構件受彎構件 （9.3-2）軸心受拉構件 （9.3-3）偏心受拉構件 （9.3-4）偏心受壓構件（9.3-5）（9.3-6）（9.3-7）式中:Ms、Ns——按短期荷載效應組合計算的彎矩值、軸力值；——受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積:對軸心受拉構件，取全部縱向鋼筋截面面積；對偏心受拉構件，取受拉較大邊縱向鋼筋截面面積；對受彎、偏心受壓構件，取受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；es——軸壓向力作用點至縱向受拉鋼筋As合力作用點距離,；——軸拉向力作用點至受壓（或受拉較小邊）縱向鋼筋合力作用點的距離, ；——縱向受拉鋼筋合力點至截面重心的距離；——受壓（或受拉較小邊）縱向鋼筋合力點至截面重心的距離；e0——軸向力作用點至截面重心的偏心距, ?！褂秒A段的軸向力偏心距增大系數(shù),其數(shù)值按下式計算（9.3-8）當 時,取 。部分預應力混凝土B類受彎構件（9.3-9）式中: ——混凝土法向應力為零時縱向預應力筋和普通鋼筋的力，對先張法構件，可按公式（9.2-12）計算；對后張法構件，應按下式計算:受（9.3-10）（9.3-11）（9.3-12）——預應力筋和普通鋼筋合力:[ ]作用下，拉預應力鋼筋和受壓預應力鋼筋重心處的預壓應力；——受拉區(qū)縱向預應力鋼筋和普通鋼筋合力作用點（近似取預應力鋼筋和普通鋼筋截面重心）至截面受壓區(qū)合力作用點的距離，其數(shù)值可按下列近似公式計算:（9.3-13）——混凝土法向力等于零時，縱向預應力鋼筋和普通鋼筋合力作用點至受拉區(qū)縱向預應力鋼筋和普通鋼筋合力作用點（近似取預應力筋和普通鋼筋截面重心）的距離，（原公式以 表示，為了與偏心距區(qū)別，此外改為 )；——有效預加力 在預應力混凝土連續(xù)梁等超靜結構中產(chǎn)生的次內力。但是新老規(guī)范給出的c2的計算公式也不同新規(guī)范規(guī)定其中Sl和Ss分別按作用（或荷載）長期效應組合和短期效應組合計算的彎矩或軸向力設計值；老規(guī)范規(guī)定其中Sp為活載效應,Sg為恆載效應.按新規(guī)范求得的c2比按老規(guī)范求得的c2要大.通過大量的對比計算表明,綜合考慮鋼筋應力和系數(shù)c2的變化的影響后,新老規(guī)范對裂縫限制的可靠度是基本相同的.問題（236頁）：按規(guī)范公式（6.4.3-1）計算，存在鋼筋應力即有裂縫，顯然是不符合實際，裂縫寬度計算公式的適用范圍如何確定？規(guī)范給出的裂縫寬度計算公式是以實驗統(tǒng)計分析基礎的經(jīng)驗公式，經(jīng)驗公式就有一定的適用范圍。筆者在圓形截面偏心受壓構件裂縫寬度計算公式中提出：鋼筋應力σs＜30Mpa時,可不驗算裂縫寬度.問題(241.243頁):計算裂縫寬度時,采用不同直徑鋼筋或束筋時,鋼筋換算直徑dpe如何確定?應明確指出:裂縫寬度計算公式中的鋼筋直徑主要反映鋼筋表面積(即周長πd)對粘著強度的影響,因此這里所指的鋼筋直徑換算是表面積等效換算,而不是截面面積等效換算.束筋的換算直徑如何確定?按截面面積等效換算dpe=√n.d1按表面面積等效換算dpe=nd1β,式中β為考慮鋼筋疊放對周長的影響,一般取β=0.7～0.8.☆注意:dpe=√n.d1是按截面面積等效原則換算的,只能用于承載力計算,不能用于裂縫寬度計算,更不能用于構造要求計算.(對317頁回答2的質疑?)問題(237、241.249頁):采用規(guī)范的公式計算偏心受壓構件裂縫時,為什么會出規(guī)現(xiàn)與一般材料力學計算完全相反的果?234頁回答4指出“偏心受壓構件計算鋼筋應力公式（6.4.4-4）中內力臂z就是通過試驗統(tǒng)計取得,顯然與材料力學公式按全截面計算混疑土應力是完全不同的兩回事.”筆者認為上述所提問題是同一問題的兩種不同表達形式,其計算結果應基本相符.內力臂z表達式 是按荷載短期效應組合作用的大偏心受壓構件的開裂截面的應力圖式建立的近認公式,其適用條件是:◆◆偏心距e0

＞kse0

=Ms

／Ns◆截面核心長度ks=J0

／A0.(yx-as)J0--按全截面參加工作的換算截面慣性矩A0--按全截面參加工作的換算截面面積yx--換算截面面積重心至截面下邊緣的距離as—受拉鋼筋合力作用點至截面下邊緣的距離242頁問題4和244頁問題5所示算例的錯誤是計算求得偏心距e0=1.123m＜Ks,(此處的Ks可近似取h／6=9.5／6=1.58m)

顯然為全截面受壓的小偏心受壓構,沒有拉應力就沒有裂縫.在這種情況下,再按大偏心受壓的受力圖式計算內力臂z是沒有意義的.6.5

撓度驗算問題:對規(guī)范(6.2.6-5)式開裂彎矩計算公式的探討.(見后面)對規(guī)范6.5節(jié)的所提問題主要涉及:①計算撓度時的荷載效應組合(參見通用規(guī)范)②預拱度的設置(參見257頁回答7)持久狀況和短暫狀況構件的應力計算持久狀況預應力混凝土構件應力計算橋涵結構設計的持久狀況系指橋涵建成后承受自重、車輛荷載持續(xù)時間很長的狀況。按照以往公路橋梁的設計習慣,該狀況的預應力混凝土結構除應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計外,還應進行構件應力驗算。其內容包括使用階段正截面混凝土的法向壓應力、受拉鋼筋的拉應力和斜截面混凝土主壓應力驗算,并不得超過《橋規(guī)JTGD62》規(guī)定的相應限值。持久狀況構件應力驗算時,作用（或荷載）取其標準值,不計分項系數(shù),汽車荷載應考慮沖擊系數(shù)影響。構件應力計算的實質是構件強度計算,是對承載力計算的補充.眾所周知,《橋規(guī)JTG023-85》規(guī)定的使用階段應力值，是按不同荷載組合情況分別列出的，即應符合下列規(guī)定:受壓區(qū)混凝土最大壓應力荷載組合Ⅰ，荷載組合Ⅱ或Ⅲ，預應力鋼筋的最大拉應力荷載組合Ⅰ，對鋼絞線、鋼絲，對冷拉粗鋼筋，荷載組合Ⅱ或Ⅲ，對鋼絞線、鋼絲，對冷拉粗鋼筋，。《橋規(guī)JTG023-85》中的荷載組合Ⅱ,系指基本可變荷載（平板掛車或履帶車除外）的一種或幾種與永久荷載的一種或幾種與其他可變荷載的一種或幾種相組合的情況；《橋規(guī)JTJ023》在計算預應力混凝土構件使用階段應力時,將荷載組合Ⅱ或Ⅲ作用下的混凝土最大壓應力限值提高12%,預應力鋼筋最大拉應力限值提高10.7%。這樣處理粗略地反應了多種可變荷載組合作用的影響。《橋規(guī)JTGD62》給出的使用階段應力限值,不再區(qū)分作用(或荷載)效應組合情況,采用了相同的數(shù)值。這一限值相當于《橋規(guī)JTJ023》荷載組合I的水平。換句話說,在進行預應力混凝土梁使用階段應力驗算時,如何考慮多種可變作用(或荷載)效應組合的影響,在《橋規(guī)JTGD62》中沒有更明確的規(guī)定。這樣，用于使用階段應力驗算時，作用(或荷載)效應組合標準值可表達為下列形式:(10.1-12)式中 Sk——使用階段作用基本組合的效應組合標準值；SGikSQ1kSQjk——第i個永久作用效應的標準值；——汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)的標準值；——在作用效應組合中,除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)外的其他第j個可變作用效應的標準值；ψc——在作用效應組合中除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應的組合系數(shù)；當永久作用與汽車荷載和人群荷載(或其他一種可變作用)組合時,人群荷載(或其他一種可變作用)的組合系數(shù)取ψc=0.8；當除汽車荷載(含汽車沖擊力、離心力)外尚有兩種其他可變作用參與組合時,其組合系數(shù)取ψc=0.70；尚有三種可變作用參與組合時,其組合系數(shù)取ψc=0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時,取ψc=0.50。例如:⑴除汽車荷載效應外，只有一種可變作用參與組合，取ψc=0.8⑵除汽車荷載效應外,尚有兩種可變作用參與組合,取ψc=0.7⑶除汽車荷載效應外,尚有三種可變作用參與組合,取ψc=0.6應該指出,組合效應系數(shù)ψc是承載能力計算的基本組合中,考慮多個可變作用時,對綜合作用效應的影響,在保持可靠指標及恒載和汽車荷載分項系數(shù)不變的前提下,引入一個小于1.0的組合效應系數(shù),對作用(或荷載)效應標準值作等效折減。這里將其用于使用階段應力計算的多種可變作用(或荷載)效應組合的處理方法是近似的。8構件計算的規(guī)定問題(279頁)2-12圖所示倒T形蓋梁抗剪截面符合時式中b和h如何取值?①對抗剪計算而言,取b=80cm,h=190cm②對受彎計算而,跨徑內承受正彎矩b=80cm,h=190cm懸臂部分承受負彎矩b=200cm,h=190cm③另外,結構耐久性角度分析,這種倒T形蓋梁支承的空心板梁橋是不可取的.(支座無法更換)9構造規(guī)定問題(317頁問題2)束筋的等代直徑dpe=√n.d是指強度等代,還是構造要求方面的等代?見前面所述裂縫寬度計算的說明問題（327頁）：規(guī)范9.2.9鉸接板的鉸縫構造？回答指出：規(guī)范9.2.9條規(guī)定的鉸槽深度的目的是希望鉸槽做得深些，避免橋面沿鉸槽出現(xiàn)縱向裂縫。橋面出現(xiàn)沿鉸槽縱向裂縫是鉸接板結構的先天性病害。造成這一問題的根本原因是橫向連接薄弱。加大鉸槽深度對增強橫向連接的作用不大。解決這一問題的根本辦法是交鉸接為剛接。改進后的標準圖在鉸槽底部設置連接鋼