CN108049312A - 基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法 - Google Patents

基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其在满足新规范的前提下，推广采用既适用于公路工程、又适用于市政工程的板梁通用图，大大提高板梁安全富裕度，增加板梁使用寿命，从而更好的发挥交通基建工程的作用，提高整个社会的经济效益。草拟各常规跨径板梁横断面，再从道路横断面选取出发，各选一种公路工程和市政工程的典型横断面，分别计算两种横断面下的中、边板荷载横向分布系数，并在不同的荷载工况下对中、边板进行分析计算，包络设计，取最不利者为设计依据，根据板梁结构分析计算结果回验板梁横断面拟定的合理性，以确定各跨径板梁的合理横断面及预应力钢束、普通钢筋配置。

Description

基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法
技术领域
本发明涉及混凝土板梁的技术领域，具体为基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法。
背景技术
预应力砼预制板梁在我国广泛用于高等级公路、市政道路及乡村道路等建设中，其优点显而易见的：由于梁体在工厂预制，质量易于控制；在预制梁体的同时，桥梁下部结构可以同时施工，最大程度地加快施工周期、减少总投资；另外，工厂预制化避免了由于现场施工对环境造成的污染，有利于环保。
目前，国内大部分公路及市政道路建设项目均采用交通部颁布的板梁通用图，也有部分省市的单位采用地方大型设计院(一般是厅级设计院)自编的板梁通用图。板梁的设计计算采用常规理论：即按照现行规范，对板梁自重、二期恒载、活载进行组合计算，满足规范要求的各项验算。其中，活载的横向分配采用荷载横向分布系数表征，荷载横向分布系数的计算通常采用杠杆法、铰接板梁法、刚接板梁法(即修正的偏心压力法)、G—M法等。
自2015年1月1日起，《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)正式颁布实施。与前版《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)相比，车道荷载中的均布荷载标准值、车辆荷载标准值保持不变；车道荷载中的集中荷载标准值PK取值范围由180KN～360KN变化为270KN～360KN，总体上提高了汽车荷载设计值。随后《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)自2015年12月1日起颁布实施，其车道荷载取值与《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)保持一致，老版板梁通用图已不能满足规范计算要求。
目前，国内大部分工程采用的板梁均为交通部颁布的通用板梁及几家大型设计院(一般是省部级设计院)自己编制设计的板梁。比如苏州地区，各同类市政设计院采用的板梁通用图均为中交第二公路设计院和交通部颁布的两版通用图。这些板梁图均基于公路工程典型横断面设计，没有针对典型的市政工程桥梁横断面设计，而随着城市经济的发展和建设，城市道路中重车比例越来越大且重车吨位均高于公路，城市桥梁承受的荷载实际上比公路桥梁要大；又苏州地区相当部分市政道路设计为人行道与非机动车道共面即“人非共板”，机动车可以通过非机动车道落底段开上非机动车道，甚至有重型卡车夜间停驻在桥梁非机动车道上，基于公路工程典型横断面设计的老板梁已显薄弱，市政桥梁中的板梁设计时应考虑这一因素。
基于上述现状，本项目开发的目的在于研究、设计出满足新规范要求且既能适用于公路工程、又能适用于市政工程的预制预应力砼板梁通用图，提高板梁安全富裕度，并用于指导今后的预制预应力砼板梁施工。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其在满足新规范的前提下，推广采用既适用于公路工程、又适用于市政工程的板梁通用图，大大提高板梁安全富裕度，增加板梁使用寿命，从而更好的发挥交通基建工程的作用，提高整个社会的经济效益。
基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：草拟各常规跨径板梁横断面，再从道路横断面选取出发，各选一种公路工程和市政工程的典型横断面，分别计算两种横断面下的中、边板荷载横向分布系数，并在不同的荷载工况下对中、边板进行分析计算，包络设计，取最不利者为设计依据，根据板梁结构分析计算结果回验板梁横断面拟定的合理性，以确定各跨径板梁的合理横断面及预应力钢束、普通钢筋配置。
其进一步特征在于：
典型公路及市政工程横断面的选取及汽车、人群荷载的横向分布系数计算；
典型公路横断面下的汽车、人群荷载横向分布系数采用铰接板梁法计算；
市政工程典型横断面采用等效模拟法确定值，所述等效模拟法避开直接求解，包络取值，最终求得汽车、人群荷载横向分布系数；
市政典型横断面采取简化方法：即分为车行道、人非共板非机动车道部分、人非共板人行道三部分，按照如下原则进行包络、等效模拟处理，分别求取中、边板荷载横向分布系数和分析相应荷载工况；
其具体简化方法按照下面三种等效模拟横断面进行设计：
a以公路典型横断面下不计护栏重量的中板来模拟市政典型横断面中机动车道下的中板，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、10cm沥青混凝土铺装；将汽车荷载作为活载；
b以公路典型横断面上计人行道厚度、不计护栏重量的情况模拟市政典型横断面中非机动车道下的中板、边板，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、30cm水稳碎石、10cm沥青混凝土；活载包括两种情况，分为汽车载荷和满人载荷，其中汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨，活载中汽车载荷和满人载荷不同时考虑，分别参与荷载组合，取计算结果不利者为设计依据；
c以两块边板组合并考虑人行道厚度的情况模拟市政典型横断面中人行道抽板下的边板，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、30cm碎石垫层、3cm干拌水泥砂浆、6cm混凝土预制砖、混凝土下槛、普通花岗岩栏杆；活载包括两种情况，分为汽车载荷和满人载荷，其中汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨，活载中汽车载荷和满人载荷不同时考虑，分别参与荷载组合，取计算结果不利者为设计依据；
综合上述三种等效模拟横断面，包络取值，中、边板各取最不利荷载工况作为设计依据，从而求得市政工程典型横断面下荷载横向分布系数值。
等效设计的b、c种等效截面，汽车载荷考虑到人非共板部分偶尔才会驶入汽车且不会是重车，汽车荷载考虑部分折减，实际计算时参照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中的四级公路荷载，汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨；
所述常规跨径包括6米、8米、10米、13米、16米、20米的跨径、其角度为为包括左斜和右斜的0～45°的范围。
采用本发明后，通过两种典型横断面的选取，包络计算，最终求得各常规跨径(包括6米、8米、10米、13米、16米、20米)下板梁的汽车、人群荷载横向分布系数，用于预制预应力砼板梁结构的计算、设计；经对比，其最终的材料用量指标比老版板梁通用图仅高约5％～10％，对同一工程而言，仍处于经济、合理的范围之内，而社会经济效益却显著增加。
附图说明
图1为市政典型横断面；
图2为发明的等效模拟示意图一；
图3为发明的等效模拟示意图二；
图4为发明的等效模拟示意图三。
具体实施方式
基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，草拟各常规跨径板梁横断面，再从道路横断面选取出发，各选一种公路工程和市政工程的典型横断面，分别计算两种横断面下的中、边板荷载横向分布系数，并在不同的荷载工况下对中、边板进行分析计算，包络设计，取最不利者为设计依据，根据板梁结构分析计算结果回验板梁横断面拟定的合理性，以确定各跨径板梁的合理横断面及预应力钢束、普通钢筋配置，所述常规跨径包括6米、8米、10米、13米、16米、20米的跨径、其角度为为包括左斜和右斜的0～45°的范围。
典型公路及市政工程横断面的选取及汽车、人群荷载的横向分布系数计算；其中典型公路横断面下的汽车、人群荷载横向分布系数采用铰接板梁法计算；市政工程典型横断面采用等效模拟法确定值，所述等效模拟法避开直接求解，包络取值，最终求得汽车、人群荷载横向分布系数；
市政典型横断面采取简化方法：即分为车行道、人非共板非机动车道部分、人非共板人行道三部分，按照如下原则进行包络、等效模拟处理，分别求取中、边板荷载横向分布系数和分析相应荷载工况；
其具体简化方法按照下面三种等效模拟横断面进行设计：
a以公路典型横断面下不计护栏重量的中板来模拟市政典型横断面中机动车道下的中板，如图2所示，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、10cm沥青混凝土铺装；将汽车荷载作为活载；
b以公路典型横断面上计人行道厚度、不计护栏重量的情况模拟市政典型横断面中非机动车道下的中板、边板，如图3所示，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、30cm水稳碎石、10cm沥青混凝土；活载包括两种情况，分为汽车载荷和满人载荷，其中汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨，活载中汽车载荷和满人载荷不同时考虑，分别参与荷载组合，取计算结果不利者为设计依据；
c以两块边板组合并考虑人行道厚度的情况模拟市政典型横断面中人行道抽板下的边板，如图4所示，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、30cm碎石垫层、3cm干拌水泥砂浆、6cm混凝土预制砖、混凝土下槛、普通花岗岩栏杆；活载包括两种情况，分为汽车载荷和满人载荷，其中汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨，活载中汽车载荷和满人载荷不同时考虑，分别参与荷载组合，取计算结果不利者为设计依据；
综合上述三种等效模拟横断面，包络取值，中、边板各取最不利荷载工况作为设计依据，从而求得市政工程典型横断面下荷载横向分布系数值。
等效设计的第b、c种等效截面，汽车载荷考虑到人非共板部分偶尔才会驶入汽车且不会是重车，汽车荷载考虑部分折减，实际计算时参照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中的四级公路荷载，汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨。
上述设计方法在满足新规范的前提下，推广采用既适用于公路工程、又适用于市政工程的板梁通用图，大大提高板梁安全富裕度，增加板梁使用寿命，从而更好的发挥交通基建工程的作用，提高整个社会的经济效益。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：草拟各常规跨径板梁横断面，再从道路横断面选取出发，各选一种公路工程和市政工程的典型横断面，分别计算两种横断面下的中、边板荷载横向分布系数，并在不同的荷载工况下对中、边板进行分析计算，包络设计，取最不利者为设计依据，根据板梁结构分析计算结果回验板梁横断面拟定的合理性，以确定各跨径板梁的合理横断面及预应力钢束、普通钢筋配置。
2.如权利要求1所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：典型公路及市政工程横断面的选取及汽车、人群荷载的横向分布系数计算。
3.如权利要求2所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：典型公路横断面下的汽车、人群荷载横向分布系数采用铰接板梁法计算。
4.如权利要求2所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：市政工程典型横断面采用等效模拟法确定值，所述等效模拟法避开直接求解，包络取值，最终求得汽车、人群荷载横向分布系数。
5.如权利要求4所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：市政典型横断面采取简化方法：即分为车行道、人非共板非机动车道部分、人非共板人行道三部分，按照如下原则进行包络、等效模拟处理，分别求取中、边板荷载横向分布系数和分析相应荷载工况。
6.如权利要求5所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于，具体简化方法按照下面三种等效模拟横断面进行设计：
a以公路典型横断面下不计护栏重量的中板来模拟市政典型横断面中机动车道下的中板，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、10cm沥青混凝土铺装；将汽车荷载作为活载；
b以公路典型横断面上计人行道厚度、不计护栏重量的情况模拟市政典型横断面中非机动车道下的中板、边板，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、30cm水稳碎石、10cm沥青混凝土；活载包括两种情况，分为汽车载荷和满人载荷，其中汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨，活载中汽车载荷和满人载荷不同时考虑，分别参与荷载组合，取计算结果不利者为设计依据；
c以两块边板组合并考虑人行道厚度的情况模拟市政典型横断面中人行道抽板下的边板，其荷载考虑如下：一期恒载即自重；二期恒载包括铰缝混凝土、10cm整体化现浇层混凝土、30cm碎石垫层、3cm干拌水泥砂浆、6cm混凝土预制砖、混凝土下槛、普通花岗岩栏杆；活载包括两种情况，分为汽车载荷和满人载荷，其中汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨，活载中汽车载荷和满人载荷不同时考虑，分别参与荷载组合，取计算结果不利者为设计依据；
综合上述三种等效模拟横断面，包络取值，中、边板各取最不利荷载工况作为设计依据，从而求得市政工程典型横断面下荷载横向分布系数值。
7.如权利要求6所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：等效设计的b、c种等效截面，汽车载荷考虑到人非共板部分偶尔才会驶入汽车且不会是重车，汽车荷载考虑部分折减，实际计算时参照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中的四级公路荷载，汽车载荷取公路-I级荷载×0.75×0.8，并且单车总重限载30吨。
8.如权利要求1所述的基于新规范的公路及市政工程装配式混凝土板梁设计方法，其特征在于：所述常规跨径包括6米、8米、10米、13米、16米、20米的跨径、其角度为包括左斜和右斜的0～45°的范围。
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