公路桥涵结构设计技术全面探讨--《公路桥涵地基与基础设计规范》.ppt

公路桥涵结构设计技术全面探讨 公路桥涵地基与基础设计规范 JTGD63 2007 一 公路桥涵设计规范修订基本情况 公路工程标准体系表 公路工程标准体系表 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 试行 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 公路桥涵地基与基础设计规范 JTGD63 2007等 公路桥梁钢结构设计规范 修订基础 1 理论研究的深入 对土体力学性质和变形机理认识的深入 2 结构设计理论体系的改进 完善 3 设计 施工 检测 材料技术和工艺的进步 85版较75版规范的修订之处 1增加了新近沉积粘性土的容许承载力 软土地基容许承载力的计算公式 2增加了大 中桥基底最小埋深安全值 桥涵基础在季节性冻土中的埋置深度和切力值及桩基础的冻拔验算公式 3取消了原规范用K法计算桩基的方法 4不再将桩基设计分为高桩承台和低桩承台 即取消高 低桩承台的判别条件及低桩承台的设计方法 5删去木桩的有关规定 6调整了黄土地基土的容许承载力 7补充了薄壁浮运沉井横向稳定的计算 2007版较85版规范的修订之处 1 按 公路工程结构可靠度设计统一标准 GB T50283的规定 引入了极限状态设计原则 使得本规范与公路桥梁系列设计规范体系协调 2 按 工程结构设计基本术语和通用符号 GBJ132 90的规定 修改了符号并列出了主要名词术语 3 参照现行有关标准 规范的要求 结合公路工程实际 修改了地基土的分类及工程特性的有关规定 4 补充 修改了公路桥涵浅基础设计的有关规定 按照最新的科研成果修订了冻土地区基础设计的有关规定 5 完善 修订了桩基础设计的有关规定 补充了后压浆设计等最新成熟的先进技术 6 完善了沉井计算的有关规定 7 新增了地下连续墙设计的内容 1地基承载力方面 修改了地基土的分类及工程特性的有关规定 2地基承载力的容许值及其他相关参数 强调首先应由载荷试验或其他原位测试确定 并给出若干有关试验方法 但规范仍部分保留经局部修正的原规范各项表列数据 并规定仅供测试确有困难且跨径不大的中小桥和涵洞设计应用 3计算公式方面 修改了在季节性冻胀土中基底最小埋置深度的计算 分别以土的冻胀性 土的类别 环境和基础埋深等对冻深的影响 代替原规范单一取值1 15的冻深影响系数 上述诸多影响系数是根据近年来冻土试验场试验分析及有关调研资料综合研究得到的 4增加了双向偏心受荷时基底土承载力的计算公式 同时给出岩石地基上当基础部分受压时应力重分布的计算方法 5简化了原规范基础沉降计算的分层总和法 采用平均附加应力系数并制成表格 使原繁琐的计算工作简单化 6修改了地基土冻胀性分类 7修改了季节性冻土地基和多年冻土地基基础抗冻拔稳定性计算 其中季节性冻土单位面积切向冻胀力标准值和多年冻土与基础表面单位面积冻结力标准值 以及用于计算设计冻深时影响标准冻深的多项影响系数 都是新的研究成果 8在基桩计算方面有 根据多年来的施工实践经验 新增了采用后压浆技术的灌注桩承载力的计算公式 在嵌岩桩承载力计算中考虑了覆盖层土的侧阻力的作用 而且随着岩石抗压强度高低而取得不同程度的发挥 在桩计算内力的m法中 桩基计算宽度及地基比例系数当量m值的换算方法均得到一定程度的简化和改善 9增列地下连续墙的有关内容 1总则2地基承载力2 1地基的容许承载力2 2地基土的容许承载力的提高3基础的埋置深度与计算3 1基础的埋置深度3 2地基与基础的计算3 3基础沉降计算3 4基础稳定性计算4桩基础4 1一般规定4 2壮的构造4 3桩的计算5人工地基6沉井基础6 1一般规定6 2沉井构造6 3沉井计算9 7 附录83条文 1总则2术语 符号3地基岩土分类 工程特性与地基承载力3 1地基岩土分类3 2工程特性指标3 3地基承载力4基础计算与地基处理4 1基础埋置深度4 2地基与基础计算4 3基础沉降计算4 4基础稳定性计算4 5软土与软弱地基处理4 6湿陷性黄土地基处理5桩基础5 1一般规定5 2构造5 3计算6沉井基础6 1一般规定6 2构造6 3计算7地下连续墙7 1一般规定7 2支护结构设计7 3基础设计18附录152条文 新旧规范章节对比 二 公路桥涵结构概率极限状态设计 设计理论的基本演变容许应力法破损阶段设计法 定值极限状态设计方法 以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法 在我国 从20世纪70年代初 原国家计委标准定额局先后下达了 工程结构可靠度设计统一标准 建筑结构设计统一标准 铁路工程结构可靠度设计统一标准 港口工程结构可靠度设计统一标准 和 水利水电工程结构可靠度设计统一标准 除铁路外 其他行业的标准都基本完成了标准的转变 采用了概率极限状态设计方法 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 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 可以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 可根据给定的可靠指标经概率分析优化后确定 从而使结构设计主要依据经验及其判断的局面得到改变 做到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 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关系 以往的容许应力设计方法也具有一定的概率的含义 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 结构设计需考虑的极限状态 承载能力极限状态正常使用极限状态设计结构设计需考虑的设计状况 持久状况短暂状况偶然状况 公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合 取其最不利效应组合进行设计 1只有在结构上可能同时出现的作用 才进行其效应的组合 当结构或结构构件需作不同受力方向的验算时 则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合 3钢筋混凝土和预应力混凝土结构在进行结构构件的承载能力极限状态设计时 可不考虑混凝土收缩和徐变 温度作用效应参与组合 基础变位作用是否参与组合视具体情况确定 拱桥仍应考虑混凝土收缩和徐变 温度作用效应和基础变位作用的组合 1 0 5基础和桩基结构设计的作用及其效应组合 应按下列规定采用 1按承载能力极限状态要求 结构构件自身承载力及稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合进行验算 1 基本组合承载力验算时作用效应组合表达式 结构重要性系数 各效应的分项系数及效应组合系数按 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 第4 1 6条第1款规定执行 稳定性验算时 上述各项系数均取为1 0 混凝土结构设计的基本计算内容 JTGD62 2004 1 持久状况承载能力极限状态 第5章 受压区高度系数x限制 正截面和斜截面承载能力 2持久状况正常使用极限状态抗裂 6 3 1条 正截面 正应力 斜截面 主拉应力 裂缝计算 6 4 3条 变形 挠度 计算 6 5节 3持久状况应力计算 弹性阶段 法向压应力 钢筋拉应力和斜截面上混凝土的主压应力 7 1 5条 4短暂状况应力计算 1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 8 1 4 人群荷载1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 7 1 4 人群荷载 1 1 风荷载 1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 6 1 4 人群荷载 1 1 风荷载 1 4 土压力 1 2 恒荷载 1 4 汽车荷载 0 5 1 4 人群荷载 1 1 风荷载 1 4 土压力 1 4 汽车制动力 2 偶然组合 不包括地震作用 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应 一种偶然作用标准值效应相组合 作用效应组合可采用下列表达式 SQ1K 除偶然荷载作用外 第一个可变作用标准值效应 该标准值效应大于其它任意第j个可变作用标准值效应 SQjK 其它第j个可变作用标准值效应 11 第一个可变作用的频遇值系数 按 公路桥涵设计通用规范 第4 1 7条第1款的规定取用 稳定验算时取 1 0 2j 其它第j个可变作用的准永久值系数 按 公路桥涵设计通用规范 第4 1 7条第2款的规定采用 稳定验算时取 1 0 Gi a 上面表达式中相应作用效应的分项系数 均取值为1 0 2当基础结构或桩基需要进行正常使用极限状态设计时 作用短期效应组合和长期效应组合表达式 频遇值系数及准永久值系数 均应按 公路桥涵设计通用规范 第4 1 7条办理 按正常使用极限状态设计时的作用效应组合 1作用短期效应组合 作用长期效应组合 1 0 5基础结构作为桥涵的重要组成部分 与桥涵主体结构一样应进行自身承载力验算 以保证其在最不利作用效应组合下具有足够的安全度 承载力验算的内容有 受弯 受压和受剪承载力 抗冲切和局部承压承载力 有关现行规范已为这些验算提供了方法和公式 作用效应的组合应按承载能力极限状态要求采用基本组合和偶然组合 参与基本组合的各个作用是经常出现在结构上的 取其值为设计值 也即在它们的标准值基础上乘与相应的分项系数 所以基本组合就是各作用设计值在结构中引起的效应的组合 在组合中当同时出现多个可变作用效应时 尚应考虑根据可变作用数量多少而确定的组合系数 结构重要性系数采用主体结构相同值 上述各项系数在有关规范中都有明确规定 偶然组合是由地震作用或船舶撞击荷载或汽车撞击荷载参与的组合 这些都是偶然作用于结构上的 有关地震作用的取值及组合由现行公路工程抗震设计规范规定 本规范的偶然组合仅指船舶撞击荷载或汽车撞击荷载参与的组合 由于偶然荷载出现的概率很小 且作用在结构上的持续时间也很短 但一旦出现其值很大 因此 进行效应组合时 两个偶然荷载不能组合在一起 永久荷载和偶然荷载均可取标准值效应 分项系数和结构重要性系数均取为1 0 其他可变作用效应视具体情况可有多个参与组合 但其值应分别取小于标准值的适当代表值 如频遇值 准永久值等 不考虑组合系数 但当这些代表值与偶然作用同时出现的机率很小或对基础结构非不利时 也可不予组合 至于结构稳定验算 由于要利用原规范的稳定性系数 所以基本组合或偶然组合其作用取值及效应组合仍按原规范的规定采用 即结构重要性系数及作用的各项系数均取为1 0 基础结构当需进行正常使用极限状态设计时 永久作用采用标准值 可变作用采用短期效应组合的频遇值系数和长期效应组合的准永久值系数 与主体结构相同 1 0 6基础结构的稳定性可按下式进行验算 Ssk 使基础结构失稳的作用标准值效应的组合值 按基本组合和偶然组合最大组合值计算 Sbk 使基础结构稳定的作用标准值效应的组合值 按基本组合和偶然组合最小组合值计算 b 基础结构稳定性系数 见本规范有。