公路橋梁設(shè)計規(guī)范實用問題探究

潘怡宏

（中國市政工程中南設(shè)計研究院，湖北武漢 430010）

0 前言

進入21世紀，《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）、《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D61-2005）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）（以下簡稱《公預(yù)規(guī)》）等相繼出臺，標志著我國公路橋梁設(shè)計標準進入一個新的時代。結(jié)合規(guī)范及近年來使用心得，將筆者對規(guī)范的理解小結(jié)如下，供同行探討。

1 規(guī)范的基本定位

（1）技術(shù)標準規(guī)范中的要求只是最低要求。這點上與國際逐漸一致，應(yīng)理解為規(guī)范規(guī)定為保證公共安全的最低要求。

（2）設(shè)計基準期是為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)。

設(shè)計使用年限（壽命）為設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。用以作為結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的依據(jù)并具有規(guī)定強度或保證率的目標使用年限。設(shè)計使用年限由業(yè)主或用戶與設(shè)計人員共同確定，并滿足有關(guān)法規(guī)的最低要求。因此：設(shè)計使用年限在考慮結(jié)構(gòu)重要性及其上述需要考慮的因素后，一般取值應(yīng)等于設(shè)計基準期。

2 2004版《公預(yù)規(guī)》較85規(guī)范在設(shè)計理念上的調(diào)整

2.1 汽車荷載標準

標準汽車荷載模式：

97標準：計算荷載（車隊荷載）+驗算荷載（履帶車和掛車）；

04新標準：車道荷載(均布荷載+集中荷載）+車輛荷載。

橋涵結(jié)構(gòu)的整體計算采用車道荷載，局部加載、橫向橋面板、涵洞、橋臺臺后汽車引起的土壓力和擋土墻上汽車引起的土壓力等的計算采用車輛荷載。車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。取消驗算荷載的概念，并不表明同時也允許各類超載超限車輛可以不受限制地在公路上通行。超載、特載車輛在公路上行駛時，仍要對橋涵構(gòu)造物進行必要的驗算。

2.2 橋梁與路基寬度的關(guān)系

原標準的規(guī)定為：特大橋及大橋的側(cè)向?qū)挾瓤蛇m當減小，中小橋和涵洞宜與路基同寬。現(xiàn)行橋規(guī)提出了應(yīng)該保持和提高一條線路整體的通行能力和服務(wù)水平的橋涵方面要求，其明確：高速公路、一級公路的特殊大橋為整體式上部結(jié)構(gòu)時，其中央分隔帶和路肩的寬度可根據(jù)具體情況適當減小，但減窄后的寬度不應(yīng)小于《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）表3.3.1-2和表3.3.1-3規(guī)定的“最小值”，受地形限制時橋?qū)捜詰?yīng)保證右側(cè)路緣帶0.5 m寬。

2.3 材料等級的提高

（1）改變傳統(tǒng)的設(shè)計習慣，規(guī)范要求適當提高設(shè)計時選用的混凝土強度等級。提高混凝土強度等級是結(jié)構(gòu)工程的重大技術(shù)進步，提高混凝土強度等級帶來的直接效益是可以減小結(jié)構(gòu)截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)承受外荷的承載力，特別是對于承受軸向壓力為主的構(gòu)件，效果更為明顯。

適當?shù)靥岣呋炷恋膹姸鹊燃壥翘岣呋炷两Y(jié)構(gòu)耐久性的需要。在耐久性設(shè)計中，對混凝土強度等級的要求是由于其與混凝土的密實性有關(guān)，強度等級高的混凝土其密實性好，耐久性好?，F(xiàn)行公預(yù)規(guī)JTGD62-2004明確：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件采用C30～C35；鋼筋混凝土受壓構(gòu)件采用C30～C40；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件采用C40～C60。

（2）中、高強鋼筋的推廣應(yīng)用。長期以來，我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)鋼筋是強度為335 MPa的Ⅱ級鋼筋，強度為235 MPa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(shè)計，給施工帶來困難。

新修訂的《橋規(guī)JTG D62》雖然沒有明確提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以HRB400為主導(dǎo)鋼筋的設(shè)計思想，但已將其作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要用鋼之一列入規(guī)范。

實際上，我國冶金部門在近10 a來已經(jīng)開始按國際標準的要求生產(chǎn)新型鋼筋：對熱軋鋼筋微合金化而生產(chǎn)出質(zhì)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。同時，用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力構(gòu)件小型化成為可能，強度等級也基本齊全。

但是，所有這些質(zhì)優(yōu)價低的新鋼筋品種推廣速度太遲緩。究其原因除設(shè)計人員受傳統(tǒng)設(shè)計習慣的影響外，與舊設(shè)計規(guī)范和所謂“標準圖”設(shè)計的約束有直接的關(guān)系。相信未來隨著科研和工程實踐的進展，HRB400鋼筋在橋梁工程中的應(yīng)用，必然會有更大的發(fā)展。

2.4 明確橋頭縱坡及線形，適應(yīng)環(huán)保需求

橋梁縱軸線宜與洪水主流流向正交。對通航河流上的橋梁，其墩臺沿水流方向的軸線應(yīng)與最高通航水位時的主流方向一致。當斜交不能避免時，交角不宜大于5°；當交角大于5°時，宜增加通航孔凈寬。

橋上及橋頭引道的線形應(yīng)與路線布設(shè)相互協(xié)調(diào),各項技術(shù)指標應(yīng)符合路線布設(shè)的規(guī)定。橋上縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡不宜大于5%。橋頭兩端引道線形應(yīng)與橋上線形相配合。

從能源消耗和環(huán)境保護角度來考慮，發(fā)達國家當采用大于3%縱坡時，需要進行環(huán)保論證。根據(jù)我國油耗與道路縱坡關(guān)系的研究成果，縱坡每增加1%，每噸公里的油耗急劇增加。統(tǒng)計表明，坡度大于3%路段的事故率是平緩路段事故率的2～3倍，且隨著坡度的增大，油耗急劇增加，環(huán)境污染隨之加重。

2.5 提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的技術(shù)措施

現(xiàn)行規(guī)范是從以下五個方面解決混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題：

（1）加大鋼筋的混凝土保護層厚度是提高混凝土耐久性的重要措施?；炷帘Ｗo層碳化是鋼筋銹蝕的前提。就一般情況而言，只有保護層混凝土碳化，鋼筋表層鈍化膜破壞，鋼筋才有可能銹蝕。因此，加大鋼筋的混凝土保護層厚度，是保護鋼筋免于銹蝕，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最重要的措施之一。

（2）改進橋面鋪裝設(shè)計的建議。采用高密實度具有良好防水性能橋面鋪裝混凝土是提高結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施。高速公路、一級公路上橋梁的瀝青混凝土橋面鋪裝層厚度不應(yīng)小于70 mm；二級及二級以下公路橋梁的瀝青混凝土橋面鋪裝層厚度不應(yīng)小于50 mm。水泥混凝土橋面鋪裝面層（不含整平層和墊層）的厚度不應(yīng)小于80 mm，混凝土強度等級不應(yīng)低于C40。水泥混凝土橋面鋪裝層內(nèi)應(yīng)配置鋼筋網(wǎng)，并設(shè)置錨固鋼筋。鋼筋直徑不應(yīng)小于8 mm，間距不宜大于100 mm。

（3）改進伸縮縫設(shè)計，提高伸縮縫的止水性，必要時在伸縮縫下面設(shè)置引水板，將漏水引到蓋梁和墩柱的外面。對可能遭受水份侵蝕的混凝土表面，涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，靠防水材料滲透結(jié)晶作用，形成自密的混凝土保護層，提高混凝土自身的抗破損能力。

（4）彎、坡、斜、寬橋梁宜選用圓形板式橡膠支座。公路橋涵不宜使用帶球冠或坡型的橡膠支座。墩臺構(gòu)造應(yīng)滿足更換支座的要求。強調(diào)應(yīng)該采用合理、科學的先進技術(shù)，包括產(chǎn)品，但必須首先滿足結(jié)構(gòu)的功能要求和安全度要求。

規(guī)范建議壓力300 t及以下者，優(yōu)先考慮板式支座；300～800 t者，優(yōu)先考慮球形支座；600 t以上者可考慮盆式支座。

（5）高速公路、一級公路和二級公路的橋頭應(yīng)設(shè)置搭板。搭板厚度不宜小于250 mm，長度不宜小于5 m。第3.5.3條：高速公路、一級公路上的多孔梁（板）橋宜采用連續(xù)橋面簡支結(jié)構(gòu)，或采用整體連續(xù)結(jié)構(gòu)。

總結(jié)、推薦成功的設(shè)計、構(gòu)造方法，引導(dǎo)設(shè)計、施工走向標準化和節(jié)約型發(fā)展。標準化技術(shù)和產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用是最大的資源的節(jié)約。

3 橋梁結(jié)構(gòu)計算方面的問題

3.1 斜截面抗剪承載力計算中h0取值

《公預(yù)規(guī)》明確指出了斜截面抗剪承載力計算及抗剪強度上、下限復(fù)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(yīng)考慮彎起鋼筋的影響。

h0是反映梁高對抗剪承載力的影響。對于在支點處所有預(yù)應(yīng)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(fù)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。

3.2 設(shè)有豎向預(yù)應(yīng)力筋時抗剪承載力的計算

對于配有豎向預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土梁進行斜截面抗剪承載力復(fù)核時，《公預(yù)規(guī)》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(shè)計值，以豎向預(yù)應(yīng)力筋配筋率和抗拉強度設(shè)計值代替。這樣規(guī)定的實質(zhì)是將豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用視為箍筋一樣處理。

但在實際工程中，采用豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋時，也還要配置一定數(shù)量的箍筋。箍筋按構(gòu)造配筋。

3.3 持久狀況正常使用極限狀態(tài)——抗裂性驗算的內(nèi)容及控制條件

問題:新規(guī)范與老規(guī)范相比在抗裂性驗算控制條件是不同的。

新規(guī)范的正截面抗裂驗算是通過在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下，構(gòu)件抗裂性驗算截面邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力來控制的；

老規(guī)范的正截面抗裂驗算是通過在使用荷載(計入沖擊系數(shù))作用下，構(gòu)件抗裂性驗算截面邊緣混凝土的法向拉應(yīng)力σwt來控制的。

因為σst＜σwt,為了保持新老規(guī)范的抗裂驗算的可靠度基本相等,采用0.8～0.85的系數(shù)對σpc值進行了調(diào)整。

斜截面抗裂性主拉應(yīng)力控制指標較老規(guī)范有所提高。

3.4 預(yù)防溫度裂縫的措施

計算結(jié)果表明，按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）4.3.10給出的豎向梯度溫度（上、下溫差）曲線計算出的溫度應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)的承載力的抗裂性計算結(jié)果有顯著影響。在實際工程中為了減少箱形梁溫度應(yīng)力的不利影響，在不影響結(jié)構(gòu)承載力的前提下，可在兩側(cè)腹板上設(shè)置通風孔（孔的直徑可取100～200 mm，間距為5～10 m），使箱內(nèi)空氣流通，以減少箱梁的內(nèi)、外溫差。

預(yù)防溫度裂縫的主要措施是合理設(shè)置溫度伸縮縫、在混凝土組成材料中摻入適量的磨細粉煤灰減少水化熱、加強混凝土養(yǎng)護、嚴格控制升溫和降溫速度。

預(yù)防大體積混凝土截面內(nèi)外溫差裂縫的基本思路是減少水化熱和降低內(nèi)外溫差。

4 結(jié)語

現(xiàn)行橋規(guī)在橋梁使用的安全性、耐久性等方面較85規(guī)范有了很大的變化，領(lǐng)會橋規(guī)精髓，是每一位橋梁設(shè)計師的首要任務(wù)。未來高強鋼筋及二股、三股鋼絞線的應(yīng)用將會逐漸增多，對創(chuàng)建節(jié)約型社會意義重大。

［1］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］．

［2］JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．