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第195期合理運用橋梁規范，做好設計與施工的深度融合

2023-10-24 14:18

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【52監測網】第195期合理運用橋梁規范，做好設計與施工的深度融合

52監測網專家報告分享-第195期

《合理運用橋梁規范，做好設計與施工的深度融合》

趙通四川公路工程咨詢監理有限公司

一、有關現行橋梁規范的一些思考

二、現行規范不完備或明顯有bug的對策

三、需合理確定設計標準和指導性施工方案

四、做好設計與施工的深度融合，確保施工的便捷性

內容介紹

一、有關現行公路橋梁規范的一些思考（不嚴謹、不完備、有爭議、導致工程浪費的東西仍比較多，按公路規范去核算鐵路橋，大多都承載能力不夠？）

橋梁規范近20年來更換較為頻繁，給年輕橋梁工程師們實際上帶來了困惑，擬結合現行規范實際存在的一些不明確問題做嘗試性的粗淺探討。

思考1.預應力混凝土受彎構件的極限承載力計算完全不考慮預加力是否恰當

78版《公路預應力混凝土橋梁設計規范》是容許應力法，《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTJ023-85改為極限狀態法，就明確了不考慮，后面的2004、2018版也延續了該思路 (18版對體外束又明確要考慮有效預加力），是否存在“bug”？對無粘結筋是否合適? 斜拉索等本質上為體外預應力束，按這樣考慮有無問題? 大跨連續剛構預應力束張拉與否和結構極限承載能力無關?

鐵路橋混凝土結構設計規范仍然為容許應力法，與公路規范體系存在很大差異。

是否考慮預加力效應，截面中性軸位置、受壓區高度必然存在差異！可能會導致大跨徑懸澆施工梁橋箱體根部底板、腹板厚度取用偏大。對比過一些同等跨徑的鐵路橋和公路橋連續剛構的相關指標（主要是底板厚度、腹板厚度），執行現行新規范的公路橋實際上已經接近或超過鐵路橋。

思考2.橋梁樁基是否考慮抗震塑性鉸配箍筋率

現行2020版《公路橋梁抗震設計規范》對樁基箍筋是否執行塑性鉸配箍率有些模糊

進一步討論，墩柱是否也需要執行“塑性”配箍率、能否按容許應力法做校核設計？與其加密加強墩柱的箍筋，不如直接將混凝土的強度等級從C30提高到C40，直接提高33%，比加強箍筋更有效。

引用鐵二院公路處首任橋梁總工劉豫（帶過本人搞橋的老師傅)）的觀點，塑性鉸為材料力學中的“單向鉸”，可能并不適合用于方向隨機變化的地震動力荷載分析，鋼筋混凝土構件的彎折很難考慮“雙線性轉動彈簧單元”模擬，橋梁絕不是一次性使用結構。

對“承載能力極限狀態理論”和“塑性鉸”本人亦持質疑態度：“產生了塑性鉸仍然不倒的橋，能發現的，還可及時封閉橋梁、等待處置；如若不能發現，倒了就比不倒好”，“充分考慮材料塑性、以破壞狀態為基礎的構件極限承載能力計算方法，的確揭示了抗彎構件的承載能力本質，使設計者有了清晰可見的設計底線。但是，這就如同黑夜中高高矗立在懸崖上的燈塔，其功用是照亮我們該走的路，而非引導我們去攀巖、去向她靠近...”

有關承載能力極限狀態法（對應為塑性理論)）與容許應力法（對應為彈性理論），可以做進一步深入探討？個人理解，橋梁工程我們更多需要彈性階段分析問題，至少材料均質性非常好的鋼結構、不允許出現塑性破壞的樁基、受力非常明確的施工期臨時結構（如支架、掛籃）等，應該按容許應力法思路進行設計。（典型的：樁基豎向承載力核算，本質為容許應力法，其安全系數是地勘物理力學指標上體現的；支座規格核算，也為容許應力法，安全系數是支座材料指標上體現的，施工期臨時結構如現澆支架、鋼棧橋的受力核算，本身也是彈性階段討論問題，也宜用容許應力法）。

可以這樣理解：承載能力極限狀態理論描述的就是如何在死亡線上垂死掙扎。作為永久性的工程結構，本身需要盡量在彈性范圍討論結構受力問題，沒必要延伸到塑性范圍。

結構工程師真正該做的工作：劃一條距離死亡線合理的綠線，并且保證結構在綠線里工作；死亡線上怎么垂死掙扎與在綠線里工作不是同類話題。

比如抗震設計的指標，建議可這樣考慮：E1頻遇地震，按材料的設計強度指標控制（比如對應C30砼，設計強度fcd=13.8MPa) ；E2罕遇地震，按材料的極限強度指標或強度標準值指標控制（比如對應C30砼，直接按30MPa或fck=20.1MPa考慮?）

感概：實際上是沒有親力親為經歷全過程設計或施工過幾座橋、缺少豐富工程實戰經驗的教條主義學究們主導編制了公路橋規范的部分內容，更有甚者在規范或標準里面夾帶個人私貨（最典型的是基礎規范）…，把說不清道不明、有爭議的東西摻雜過多，實際上過多捆綁了年輕工程師們的手腳，遺害無窮！個人建議盡快“撥亂反正”，恢復容許應力法的公路橋梁規范體系…，讓工程師們頭腦中建立起最簡單、直觀的力學概念最重要（如樁基、墩柱的平均截面承壓應力水平、截面配筋率應該控制在多少范圍，必須要有直觀的概念，以便于判斷截面尺寸選用的合理性）。

思考3.黏質軟巖地層的墩臺基礎設計

感悟：現在大多數工程師設計不來擴大基礎橋墩了…

四川第一座跨長江的大橋——瀘州長江老橋，主橋為105+3x170+105m預應力砼T形剛構（通車40年無下撓病害），主跨及邊跨均設40m掛孔T梁。該橋于77年設計，82年建成，岸上主墩是擴大基礎，在沒有公路行業預應力砼規范的時代，是按鐵路規范設計的！

不正確理解規范條文，樁基設計不合理案例:

思考4.承臺及系梁的深梁計算方法

討論：這類深梁或者塊體結構（如連續剛構的0號塊、系桿拱的拱腳、環形塔等）的計算，采用精細化實體有限元程序（把配筋也模擬進去）更合適？

思考5.全預應力打8折的算法是否是拍腦袋定的？

討論：極限狀態法的設計規范把很多問題搞得過于復雜化，沒容許應力法直觀，說“容許應力法的安全系數是拍腦袋”，實際上極限狀態法規范體系拍腦袋的東西可能更多?

思考6.水泥混凝土橋面鋪裝的混凝土橋，梯度溫度的算法，也差不多是一筆糊涂帳，假如鋪裝層有非常夸張的1m厚，仍然按結構層頂面溫度25度起算?一點兒不考慮鋪裝層的隔熱效應?

二、現行規范不完備或明顯有bug怎么辦？

規范不可能十全十美，為何規范會多次修訂？不突破、墨守成規，何來創新？必須深刻領會其實質，發揮主觀能動性，不能生搬硬套，別搞教條主義，可多參考行業外及國外規范，多做調研、深入研究，才能積極創新！

三、需合理確定設計標準和指導性實施方案

四、做好設計與施工的深度融合，確保施工的便捷性

常規橋梁設計及施工可以探討的東西還很多，比如：

1）樁柱主筋在結合部該不該焊接？

樁柱主筋根數都可以不一樣，誰和誰焊接？本來就不該考慮焊接，按現行規范9.1.9條受拉鋼筋綁扎接頭搭接長度要求，充分利用材料強度時，搭接交錯傳力45d、50d就可以。

2）常規圓柱排架墩的柱系梁應該怎么設置？

應杜絕系梁剛度強過墩柱或者蓋梁，過強的系梁尺寸會引起破壞形態可能是墩柱先“撬斷”而非系梁先斷裂，系梁間距經驗性質是1-2倍柱間距。

3）蓋梁彎起鋼筋是否一定要在正負彎矩區滿焊？

實際上大直徑鋼筋剝肋焊本身帶來較大損傷，拉通布置的彎起鋼筋并不需要滿焊，正負彎短受拉區直接點焊+綁扎都可以，僅需在蓋梁懸壁下緣非受力區端頭焊接；若為“鴨筋”形式的短彎起鋼筋，那就必須兩頭滿焊，一般應盡量避免這樣設計，注意彎起鋼筋對抗剪承載力貢獻非常有限，其作用往往是骨架性質，起蓋梁鋼筋籠起吊或安裝時防變形的作用。

4）懸澆施工，究竟是先走掛籃還是先壓漿？

鐵路懸澆施工技術規程上非常明確，先走掛籃后壓漿，只要滿足施工規范要求“孔道應盡早壓漿，且應在48h內完成”即可；若先壓漿，那么壓漿料強度未形成前去走移掛籃，反而是不妥的。

5）很短的后張法預應力筋很難有效加載預應力

錨端夾片回縮量引起的預應力損失占比太大，如先簡支后連續的負彎矩短鋼束，往往只適合單端張拉，這和連續剛構梁的豎向預應力短筋很難施加預應力是類似的。

6）T梁馬蹄箍筋一定要做有效閉合筋

鐵路32mT梁的馬蹄箍筋是D8mm，公路上T梁均為D12mm規格；公路T梁設計圖經常有內凹延伸到腹板范圍做馬蹄箍筋，實際上不合理，不宜搞內凹，只需要把馬蹄范圍的預應力束管道箍住即可，沒必要延伸到腹板范圍。

7）T梁的馬蹄尺寸該怎么取用?

馬蹄作用并非是布置預應力鋼束需要，更多是梁片預應力張拉及吊裝過程的防側彎剛度需要，馬蹄尺寸更多的是強調寬度做夠，盡量20-40m跨T梁均取相同馬蹄尺寸。

8）預應力混凝土梁需不需要配置過強的加強普通鋼筋（實際上不需要，沒必要把預應力加載到普通鋼筋上：東海大橋50、70m箱梁的縱筋均為D12mm規格；鐵路32mT梁標準圖除腹板筋D16mm外其它普通鋼筋差不多最大規格就是D12mm，馬蹄底面的縱向鋼筋是D10mm，且放在筋外側）。

9）高強螺栓能否重復使用？ (高強螺栓為細螺紋，擰緊后實際上已經塑性變形、不允許重復使用如圓柱墩的模板螺栓，只能是工具式的粗螺紋螺栓）。

10）常規高強螺栓有沒有必要設計給出長度和重量？（實際上沒必要，對鋼構廠而言，高強螺栓均是按規格和顆數計價，規格越大、性能越不穩定（超過M30規格，如M39-M64需引用GB/T32076《預載荷高強度栓接結構連接副》）、費用越高，并非按重量計算，只有普通螺栓才計算重量。

11）鋼梁薄板件配套大規格高強螺栓不可取（高強螺栓接頭本質為“預應力”夾緊傳力的接頭，板件過薄、螺栓規格過大、抗滑涂層過厚時，體現為螺栓夾持長度過短“類似于很短預應力筋難以有效施加預應力”、抗滑涂層“擠出”而退化為“銷接”傳力)。