新舊規范對橋梁汽車荷載上部結構通用圖配筋的對比分析

■郭穎華

（1.寧德市高速公路建設指揮部；2.寧德市交通經濟發展中心，寧德　352100）

新舊規范對橋梁汽車荷載上部結構通用圖配筋的對比分析

■郭穎華1,2

（1.寧德市高速公路建設指揮部；2.寧德市交通經濟發展中心，寧德352100）

本文簡要介紹了《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）中有關汽車荷載的修改情況。按照新舊荷載規范分別對部頒公路橋梁通用圖中20m后張法預應力混凝土簡支空心板進行計算，并對計算結果分析對比，可供設計同類工程時參考。

設計規范橋梁通用圖空心板內力計算

0　引言

2008年人民交通出版社正式出版了《中華人民共和國交通行業公路橋梁通用圖》［1］（以下簡稱“通用圖”），本套通用圖采用的汽車荷載是按照03版 《公路工程技術標準》［2］（以下簡稱“03規范”）選取的，目前我國常規橋梁設計上部結構大部分采用該通用圖。14版《公路工程技術標準》［3］（以下簡稱“14規范”）已于2015年1月1日正式實施，其中汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成的模式不變，但對車道荷載中的集中荷載Pk值進行了調整，該調整對小跨徑橋梁影響較大。

本文選取通用圖中跨徑20m、板寬1.25m、斜交角0°、橋寬2×11.25m、裝配式后張法預應力混凝土簡支空心板中板，分別采用新、舊規范橋梁汽車荷載，通過對空心板進行正截面抗彎、斜截面抗剪承載力以及汽車荷載引起的跨中撓度計算對比分析，評估新規范汽車荷載的調整對通用圖20m空心板主筋配置的影響，方便今后同類設計時參考使用。

1　新舊規范汽車荷載的差別

1.1汽車荷載等級

《14規范》中二級公路橋涵的汽車荷載由 “公路-II級”提高為“公路-I級”，但二級公路作為集散公路且交通量小、重型車輛少時，其橋涵設計可采用公路-II級荷載；四級公路取消了 “重型車輛少時，其橋涵設計可采用公路-II級車道荷載效應的0.8倍，車輛荷載效應可采用0.7倍”的規定；同時增加“對交通組成中重載交通比重較大的公路，宜采用與該公路交通組成相適應的汽車荷載模式進行結構整體和局部驗算”。

1.2車道荷載

《14規范》對于公路-I級車道荷載，均布荷載標準值qk=10.5kN/m保持不變，集中荷載標準值Pk按以下對頂選取：當橋梁計算跨徑L0≤5m，Pk=270kN，相比《03規范》Pk=180kN有所提高；L0≥50m，Pk=360kN，與《03規范》一致；5m≤L0≤50m，Pk值采用直線內插求得，與《03規范》一致。計算剪力效應時，集中荷載標準值應乘以1.2的系數，與《03規范》一致。

2　新舊規范計算對比分析

2.1計算參數

半幅橋梁橫斷面布置如圖1所示，20m空心板中板跨中截面如圖2所示。

橋梁標準跨徑L=20m，計算跨徑L0=19.26m；設計荷載：公路-I級；環境類別：II類；結構重要性系數γ0=1.1。

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）［4］（以下簡稱“通規”），計算汽車荷載整體沖擊系數μ=0.1767ln（f）-0.0157=0.273。

2.2作用標準值

2.2.1永久作用標準值

恒載主要包含空心板、橋面鋪裝、鉸縫、扶欄等構件重量。

qG=26×0.551+2×24×0.1×1.25+25×0.1144+2×25×0.35× 0.179=26.425（kN/m）

永久作用標準值如表1所示。

表1　　永久作用標準值表

2.2.2汽車荷載效應標準值

車道荷載標準值如表2所示。

表2　車道荷載標準值表

本橋單跨沿順橋向布置8塊板，跨中汽車荷載橫向分布系數按剛（鉸）接梁法計算。根據《公路橋涵設計手冊-梁橋上冊》（人民交通出版社1996.3）［5］，計算剛度參數查詢附表得到各板塊軸線處的影響線坐標，在影響線上布置車輪，計算2號中板跨中橫向分布系數為0.305。

支點處橫向分布系數按杠桿法計算，由于車輛荷載橫向輪距1.8m大于板距1.25m，因此2號中板支點橫向分布系數為0.5。

本橋雙車道橫向車道布載系數1.0。汽車荷載效應標準值如表3所示。

表3　汽車荷載效應標準值表

2.3作用效應組合

承載能力極限狀態內力組合的基本組合表達式為：

γ0Sud=γ0（γGSG+γQSQk）

上式中，γ0為結構重要性系數，γ0=1.1；γG為自重分項系數，γG=1.2；γQ為汽車荷載效應分項系數，γQ=1.4。

承載能力極限狀態內力組合的偶然組合主要考慮地震作用，本次計算暫不考慮。

作用基本組合值如表4所示

表4　作用設計值基本組合表

2.4承載能力驗算

2.4.1截面幾何特性

通用圖中空心板主筋、預應力筋配置情況及有關參數如表5所示。

表5　截面配筋情況及有關參數表

表5中As為受拉鋼筋截面面積，Ap為預應力鋼筋截面面積，as為受拉鋼筋合力點到受拉邊緣的距離，ap為預應力鋼筋合力點到受拉邊緣的距離，aps為受拉鋼筋和預應力鋼筋合力點到受拉邊緣的距離，h0為截面有效高度。

空心板跨中截面面積A=0.5551m2、抗彎慣性矩I= 0.0622、形心高度y=0.484m。根據面積、慣性矩、形心位置不變的原則，將空心板截面等效成工字形截面，如圖3所示。

2.4.2正截面抗彎承載能力驗算

根據 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）［6］（以下簡稱“橋規”）中“5.2受彎構件”來計算。計算考慮截面腹板受壓的作用。

受壓區高度x=（（fsdAs+fpdAp）/fcd-（b′f-b）h′f）/b=196mm，

x≤ξbhO=0.4×852=341.mm，滿足規定。

Oud舊規范為2590kN），因此本次計算分析選取的通用圖20m空心板正截面抗彎承載力滿足要求。

2.4.3斜截面抗剪承載能力驗算

根據《橋規》5.2.6，選取距支座中心h/2處截面計算空心板斜截面抗剪承載力。

計算斜截面水平投影長度C，假設C=h/2，則采用距支點h處的彎矩設計值與剪力設計值計算斜截面受壓端處的廣義剪跨比m=Md/Vdh0，根據《橋規》5.2.8，C=0.6mh0。剪跨比計算如表6。C+h/2≈h，C值假設成立。

表6　剪跨比計算表

根據 《橋規》5.2.10，0.5×10-3α2ftdbh0=313.2kN＜γ0Vd，不滿足要求，需進行斜截面抗剪計算。

根據《橋規》5.2.7， Vsb=0.75×10-3fsdΣAsbsinθs=0kN

Vpb=0.75×10-3fpdΣApbsinθp=241.7kN

V=Vcs+Vsb+Vpb=1230.4kN＞γ0Vd，因此本次計算分析選取的通用圖20m空心板斜截面抗剪承載力滿足要求。2.4.4汽車荷載引起的跨中撓度驗算

本次選取空心板為全預應力砼構件，截面剛度根據《橋規》式6.5.2-3計算。

B0=0.95EcI0。汽車荷載引起的跨中撓度fQ=ψ1η（5qkL4+PkL3）384B048B0

根據《橋規》6.5.3，受彎構件在使用階段撓度應考慮長期效應的影響，按以上剛度計算的撓度值乘以撓度長期增長系數ηθ，長期撓度值在消除結構自重產生的長期撓度后，橋梁跨中最大撓度不應超過計算跨徑的1/600= 19260/600=32.1mm，如表7所示。

采用C50砼時，撓度增長系數ηθ=1.425。

表7　不同規范對長期撓度值的計算分析表

由表7可知，汽車荷載引起的跨中撓度滿足要求。

3　結束語

（1）對于20m跨徑橋梁，通過計算對比分析，《14規范》的汽車荷載標準值比《03規范》增加大約20%。

（2）本次選取的2008年部頒橋梁通用圖20m空心板中板的主筋配置，滿足《14規范》汽車荷載提高后的要求，在同類橋梁設計時，可參考采用。

（3）對于2008年部頒橋梁通用圖其余跨徑橋梁，特別是小于20m跨徑的，應經過仔細計算復核后使用。

［1］中華人民共和國交通部.公路橋梁通用圖［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］中華人民共和國交通部.JTG B01-2003，公路工程技術標準［S］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］中華人民共和國交通部.JTG B01-2014，公路工程技術標準［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［4］中華人民共和國交通部.JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］徐光輝，胡明義.公路橋涵設計手冊（梁橋），上冊［M］.北京：人民交通出版社，1996.

［6］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.