[转贴]：《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004简介

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《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004简介

中国公路,2004,22 中交公路规划设计院 副总工程师 鲍卫刚  


《规范》主要修订内容:《规范》的修订将国家标准《公路工程结构可靠度设计统一标准》作为修订本规范的指导性文件，将原规范的"经验极限状态设计法"改为本规范的"以可靠性理论为基础的概率极限状态设计法",实现了公路桥涵结构设计理论体系的转化,与国内建筑、港工等行业的设计标准在理论体系上取得了协调统一，也与当今ISO2394和国际上先进的工程结构设计规范《欧洲规范》在设计理论体系上协调统一，符合工程结构设计标准的发展方向。公路桥涵结构采用以可靠性理论为基础的概率极限状态设计法设计，从方法上讲，将经典的概率论、数理统计与先进的计算技术和结构分析方法融为一体，形成一套严密、科学的设计体系，促进运用统计数学来处理工程结构的设计问题；从理论上讲，撇弃了以往的定值设计概念，使结构设计理论第一次真正地由确定性设计走向不确定性设计，可以较全面地考虑影响结构可靠性诸因素的客观变异性，实现了运用概率这个科学的方法来度量结构的可靠度，使所设计的结构具有明确的可靠度含义。新规范采用的公路桥涵结构的概率极限状态设计有几个显著的特点：（1）将公路桥梁结构设计分为三个安全的等级，引入了公路桥涵设计的重要性系数，明确了不同的桥涵应根据所具有的功能、作用及其在公路路网中的地位而具有不同的重要性系数，从而使结构的设计更趋向合理；（2）进一步明确了桥涵结构的设计应分持久状况、短暂状况和偶然状况三个设计状况。持久状况必须进行承载能力和正常使用两种极限状态的设计；短暂状况一般只作承载能力极限状态设计，必要是4才作正常使用极限状态设计；偶然状况要求作承载能力极限状态设计，不考虑正常使用极限状态设计；（3）规定了正常使用极限状态设计时，应分别取用作用的短期效应组合和长期效应组合进行设计，完备了相应的规定，提出了各种可变作用短期效应组合撕的频遇值系数和长期效应组合时的准永久值系数；（4）承载能力极限状态设计表达式中的作用和材料的均采用设计值来表达，表达式中突出了主导作用的影响，其他作用则以组合系数予以折减。新规范与原规范比较，除了性质发生变化外，在具体内容上也发生较大变化，主要例举如下：1、结合《公路工程技术标准》JTJ001-97的修订，开展了公路桥涵分类标准"和"高速公路和一级公路桥涵设计洪水频率标准"研究，根据研究成果，适当调整了公路桥涵的分类标准；适度调整桥涵净空有关规定，同时规定，除高速公路和一级公路上具有整体式上部结构的特殊大桥外，桥涵的桥面净宽应与路基同宽，以进一步改善桥涵的服务水平，提高通行能力，也为后期的改造在一定程度上创造条件。2、我国公路桥涵结构设计采用的汽车荷载标准长期以来采用汽车车队的形式，计算荷载和验算荷载相结合，这是20世纪60年代学习前苏联的结果。原标准有几个先天不足之处，如常误认为规范固定的标准车辆荷载即为公路上实际行驶允许的车辆模式，给公路及其桥涵的管理带来困难；采用车队荷载形式给设计计算增加了许多工作量；由于车队的直接表现形式为间断性的集中荷载，随着结构计算跨径的增加，结构内力的增加呈间断和小幅跳跃式，从而客观地造成不同的结构或不同跨径的结构具有不同的安全度水平；标准汽车荷载的级差不明显，汽车-20级与汽车-15级标准荷载在大多数常规结构的设计后经济指标的差异在5%以内，而汽车-超20级与汽车-20级标准荷载的级差也不明显，由于上述两级标准荷载的差异具体体现在车队的加重车上，当结构较长、跨径较大或结构加载长度较长时，加重车的影响在逐步减小。与此同时，随着国家经济实力的不断增加，汽车-10级、履带车-50级标准荷载主要局限在部分四级公路和乡村、农村公路的桥涵上应用。本次规范修订，取消了原规范的汽车荷载标准分级，改为公路-I级和公路-II级标准汽车荷载，实际上是直接取消了原标准的汽车-15级标准荷载，间接地或从表面形式枢纽港取消了汽车-10级荷载标准，并直接取消了验算荷载标准，而将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载标准中。整体上，公路-I级标准荷载基本保持汽车-超20级的荷载水平，公路-II级标准荷载基本保持汽车-20级的荷载水平，但局部有所提高。新汽车标准荷载的形式采用车道荷载和车辆荷载相结合的表现方式。还局部调整了汽车制动力、离心力和台后由汽车荷载引起的土压力的计算方法。对于原规范的汽车标准中的验算荷载，经反复比较分析并取用以往大量的设计计算资料发现，在大多数情况下，验算荷载不控制设计，即使验算荷载的荷载效应组合值大于汽车车队的计算荷载的效应组合值，一则两者的差距并不大，二则对演算荷载的作用，原规范还允许适度地降低安全度，三则验算荷载车辆通过桥梁时，即具体布载时受到许多控制因素的限制，故真正由验算荷载控制桥涵结构设计的情况并不多。按新规范执行后，对于一些特殊的大件车辆，在上路前，仍必须按照现行的相关规定，进行桥梁通行能力的检算，并办理相关的行政许可手续。在改变汽车标准荷载模式的基础上，为适应和照顾标准的连续性，取用汽车-超20级标准车队荷载中的加重车作为计算局部加载等计算的标准车辆荷载，提高了部分局部构件的安全度水准，这是投入少产出大、社会效益显著的一件事。3、改汽车冲击系数以跨径为指标的计算方法为以结构基频为计算基本只的方法。按结构不同的基频，汽车引起的冲击系数在0.05~0.45之间变化，而原规范规定的冲击系数在0~0.30之间变化，总体水平有所提高，对一部分结构断面过于"经济"的结构的设计有一定的影响。修订后的规定与国际上先进标准相适应。4、局部调整了人群荷载的标准值，并依据加载长度对人群荷载标准值予以少量折减。经过实际调查并经概率分析，公路桥梁上的实际人群荷载没有原规范规定的那么大，在以往一些桥梁的设计中采用的人群荷载标准值偏大。一些桥梁设计时有采用满布（包括车行道上）人群荷载进行结构安全度验算的做法值得进一步商榷，因为其属小概率事件且完全可以人为控制。5、调整了风荷载的计算公式及各影响系数，给出了全国基本风速图及全国各气象台站10、50和100年重现期下的基本风速和基本风压值。原规范的全国基本风压图是20世纪50年代主要凭经验确定的。本次规范修订，以收集到的全国490个气象台站的风速数据为基础，经统计分析和比较，制定了全基本风速图。原规范的全国基本风压图是由基本风速换算过来的，现回归本色。实际上，一些相关的国际标准和先进的国外标准均采用基本风速图，新规范在国内各行业规范总首先与国际和国外标准接轨。为了便于理解和对比分析，新规范暂保留了全国各气象台站不同重现期下的基本风压值。在风荷载计算时，整体上采用阵风荷载进行结构的设计，而以往习惯采用静风荷载设计。如此修改后，风荷载的荷载水平较原规范普遍提高。实际上，许多已建、在建或在设计的大型桥梁已采用新的风荷载计算标准设计，其对结构整体造价的影响极小，但对保证结构的设计寿命是有百利而无一害。风荷载水平的提高更可以在一定程度上改变长期以来我国山区高桥墩桥梁设计安全度偏低的状况。6、补充了冰压力的计算方法和计算公式。7、修订、完善了温度作用的规定，完善了体系温度的规定，提出了简便实用并相对更适合国情的温度梯度曲线。8、增加了汽车撞击荷载的计算和设计要求。该问题在我国逐渐突出，已影响到公路桥梁结构和道路行车安全，特别不提倡在没有中间带的公路中央设立桥墩的做法。9、补充了通航海轮船舶撞击作用的规定。《公路桥涵设计通用规范》的规定是在保证公路桥涵结构整体安全度水平基础上对相关问题，包括荷载、构造等所作出的基本规定，实际应用中，可以根据当时的具体情况，灵活采用规范的规定值，或采用经论证以后的规范修正值，但其修正值必须高于规范规定的低限值，这是国际通则。同时，应该全面、系统地理解规范规定的内涵，不要片面理解或机械性采用或简单追求高标准、高指标，要积极采用新材料、新工艺、新技术、新设备，提高技术含量，在数量、质量、技术、管理上同步跨越，实现公路桥涵工程的质量型、效益型、功能型和可持续的跨越式发展。本次规范修订，从根本上将公路桥涵结构设计传统的"经验极限状态设计法"改为"以可靠性理论为基础的概率极限状态设计法"，完成了设计理论体系的转变，实现了与国际标准的接轨，规范的应用范围扩大了，但按当前我国公路桥涵建设迅速发展的形势要求，还存在一个精益求精的问题，有待今后的实践予以进一步的完善。