公路钢结构桥梁设计规范JTG D64-2015宣贯解读:徐俊博士同济大学讲座内容详解
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- 2025-01-21
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《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)颁布实施同济大学徐军博士2016年8月主要内容新规范背景及主要原则第一章总则第三章材料第四章结构分析第五章构件设计第6章连接的构造和计算第7章、第8章和第9章第13章电缆第14章、第15章和第16章新版钢材桥梁设计规范86版《公路桥涵钢木结构设计规范》的编制背景不能满足需要。编制十分陈旧,远远不能满足公路钢桥建设发展的需要。该设计理念与现行桥梁结构设计规范理论体系不一致。很多内容已经不合规了。采用或替代更好的技术和工艺、新规范的背景和要点 原则 新版钢桥设计规范的编制背景 桥梁设计多参考国外规范。钢桥设计中出现的许多问题不能用旧的规范来回答,必须进行专门的研究。它们不能体现我国钢桥设计二十年来积累的先进经验,也不适合我国。大规模推广钢结构桥梁的需要。我国新规出台的背景和主要原则。钢桥建设成果 桥梁名称 主跨(米) 类型 世界排名 西堠门大桥 1650 悬索桥 2 苏通大桥 1088 斜拉桥 2 朝天门大桥 552 拱桥 1 卢浦大桥 550 拱桥 1 新规背景及主要原则 钢桥产出过剩“去产能”被列为2016年五项重大结构性改革任务之首。李克强总理指出,要本着“壮士断腕”的精神去产能。 2016年3月,在正在进行的两会期间,武钢首次向媒体正式披露,武钢将把员工人数从8万人减少到3万人。
新规定出台背景及主要原则:我国钢桥建设远远低于发达国家水平。日本钢桥占全国桥梁总数的41%;美国钢桥约占全国桥梁总数的35%;欧洲25-60m跨度的桥梁最大,有的采用钢-混凝土组合梁桥。截至2015年底,我国公路钢结构桥梁占比不足1%。新规定的背景和主要原则。 《交通运输部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》,交公发[2016]115号,2016年7月1日。主要内容:1.总体要求(指导思想、基本原则、主要目标)2.主要措施(选型、设计、制造、规范、人员人才培养) 3、组织保障(组织领导、科技推广、EPC、信用评价、专家作用)新规定出台背景和主要原则 一、总体要求 (一)指导思想 牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,贯彻现代工程管理人性化、专业化、规范化、“五化”要求信息化、精细化要提高公路桥梁质量和耐久性,降低全寿命周期成本,推动钢结构桥梁建设,促进公路建设转型升级,提高质量和效益(二)基本原则——政策引导和以市场为导向。 ——因地制宜、有序推进。 ——注重示范,标准先行。 ——施工与维护并重,严把质量关。 (三)主要目标:“十三五”末,公路行业钢结构桥梁设计、制造、施工、养护技术成熟,技术标准体系完备,专业技术水平提高。队伍和技术装备将满足钢结构桥梁的施工和维护需求。
新建大跨、特大跨桥梁以钢结构为主,其他新建桥梁钢结构比例明显增加。交通运输部《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》有七大措施:(一)加强方案比选,鼓励选用钢结构桥梁。 (2)合理选型,更好地发挥钢结构桥梁的优势。 (3)注重钢结构桥梁的结构设计/连接过渡、抗疲劳、抗渗漏、耐火等(4)全面提高结构可维护性/可达、可检、可修、可换、四可换设计( 5))推动钢结构桥梁工业化、标准化、智能化建设。 (六)尽快完善相关标准定额/专项建养定额和标准图(七)加强相关标准、规范和知识技能的专业人才培训/专项培训。组织保障交通运输部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导 (一)加强组织领导。省级交通主管部门要加强组织领导,建立健全钢结构桥梁推广应用工作机制,积极组织开展钢结构桥梁示范工程建设,总结经验,推广先进技术,提高应用水平的钢结构桥梁。 (二)加强科学研究和技术推广。公路建设单位要结合具体项目,组织开展提高钢结构桥梁质量、保证结构安全耐久性、推进标准化建设等专题研究,推广科技成果,夯实技术基础,促进整体技术水平的提高。钢结构桥梁的等级。 (三)推进设计施工总承包和维修专业承包。鼓励公路建设单位采用设计、施工(含制造、安装)等总承包方式对桥梁上部进行承包,通过设计、施工、钢结构深度融合,提高钢结构桥梁施工专业水平制造企业。
鼓励桥梁管养单位开展钢结构桥梁专业化养护合同,提高钢结构桥梁养护质量,降低全寿命周期成本。交通运输部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见组织保障 (四)完善信用评价体系。省级交通运输主管部门要研究建立钢结构制造单位信用评价体系。交通运输部将及时将钢结构制造单位纳入公路建设行业信用评价体系桥梁钢结构设计规范,充分发挥市场信用引导作用,确保钢结构桥梁安全。制造和安装质量。 (五)充分发挥专家作用。在推广钢结构桥梁过程中,相关单位要根据工作需要,充分利用专家智慧和社会力量,开展相关科学研究、总图编制、标准规范修订等,提供技术支撑为推进钢结构桥梁建设提供保障。交通运输部关于促进公路钢结构桥梁建设的指导意见修订后的原则桥梁钢结构设计规范,采用以部分系数形式表示的概率极限状态设计方法,妥善处理与相关规范的关系,如《可靠性设计统一标准》 《公路工程》、《公路桥涵》《通用设计规范》、《公路斜拉桥设计规范》、《公路悬索桥设计规范》参考了国内外先进规范和研究成果成果,反映了近20年来国内钢桥发展的实践经验。它是按照一次写一篇的成熟原则编写的。新规定背景及主要原则理论体系许用应力法采用单一安全系数给出各种钢结构材料的许用应力值。极限状态法采用分项系数来考虑概率的影响。考虑极限状态设计方法。承载力极限状态。新规定正常使用限量规定的背景和主要原则。参考国外代码。新规定的背景和主要原则。编制过程 交通部发[2006]439号《关于印发2006年公路工程标准制修订项目计划的通知》下达修订任务2006.11、规范大纲2008.11、征求意见稿2010.1、及送审稿 2010.12 总体草案 2012.3 送审稿新规背景及主要原则 第二章新规定的背景和主要原则 1 总则 2 术语和符号 3 材料和设计指标 4 结构分析(新) 5 构件设计和计算 6 连接结构和计算 7 钢板梁 8 钢箱梁(新) 9 钢桁架梁 10 钢管结构(新) 11 钢-混凝土组合梁 12 钢塔(新) 13 电缆系统 14 钢桥面铺装(新增) 15 防护与维护设计(新增) 16 支座及伸缩装置符号 1、总则 2、一般规定 Ⅰ 材料 Ⅱ 材料许用应力及其改进系数 Ⅲ 侧向刚度和抗倾覆稳定系数 Ⅳ 计算原理结构内力及构件基本计算公式 Ⅴ 杆件自由长度、长细比、宽厚比三连接构造及计算 Ⅰ 焊接、 Ⅱ 螺栓铆接 III 销轴四车道车架系统、连接系统、面板及支架施工与计算 5 桥梁施工与计算 Ⅰ 基本要求 Ⅱ 板梁 Ⅲ 组合梁 Ⅳ 桁架 Ⅴ 悬索桥 1 一般原则 1.0.1 用途修订; (新增)1.0.2适用范围; 1.0.3 修订原则; (新增)1.0.4设计使用寿命; (新增)1.0.5极限状态设计要求; (新增)1.0.6生产、管理、标准化等要求; 1.0.7 应符合相关规范。
(新增) 修订目的 1.0.1 为了规范公路钢结构桥梁设计,提高设计水平,保证工程质量,按照安全性、耐久性、适用性、环保、经济、美观。 1 一般适用范围 1.0.2 本规范适用于公路钢结构桥梁及各等级桥梁钢结构的设计。 1 一般修订原则 1.0.3 本规范采用基于概率论的极限状态设计方法,按照部分系数的设计表达式进行设计。 1 一般设计使用寿命 1.0.4 公路钢结构桥梁应进行耐久性设计。特大桥、大型桥梁、中型桥梁主体结构的设计使用寿命应当不低于100年。高速公路、一级、二级公路上的小型桥梁应进行耐久性设计。桥梁主体结构设计使用寿命不低于100年。 1 一般原则 公路等级 主体结构 可更换部件 特大型桥梁 中桥 小桥梁 涵洞 电缆、吊索、拉杆、栏杆、伸缩装置、轴承等 公路一级 100100502015 二级、三级公路 1005030 四级公路 1005030 规定限值按交通法规条件设计要求 1.0.5 公路钢结构桥梁应按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015),考虑设计条件,进行相应的极限状态设计。 1 应针对承载能力极限状态和正常使用极限状态设计耐久性条件。 2 承载能力极限状态设计宜在临时条件下进行,根据需要可进行正常使用极限状态设计。
3 遇有意外情况时,应进行承载能力极限状态设计。 4、承载力极限状态设计应在地震条件下进行。 1 生产、维护、标准化等一般要求 1.0.6 公路钢结构桥梁设计应提出生产、运输、安装、维护、管理等要求,选择合理的结构形式,采用标准化和规范化的结构形式。通用结构单元和部件、构造和连接应易于制造、安装、检查和维护。 1 一般原则应符合有关规范 1.0.7 公路钢结构桥梁的设计除应符合本规范外,还应符合现行国家标准和行业标准的规定。 1 总则 3 材料及设计指标:增加平行钢丝、钢绞线等电缆材料。增加了冲击韧性等物理性能指标。各种材料根据最新国家标准进行修订,并给出材料的强度设计值。 3.1 材料 3.2 设计指标规定 3.1 .1 应根据结构形式、受力状态、连接方式和环境条件合理选择材料。 3.1.2 钢材应采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应符合现行《碳素结构钢》GB/T 700和现行《低合金高强度结构钢》GB/T 的规定。分别为T 1591。 。其中,Q235钢中沸腾钢不宜用于需要疲劳验证且工作温度低于-20℃但不需要疲劳验证的焊接结构。也不适合用于需要疲劳验证且工作温度等于或低于-20℃的焊接结构。 20℃非焊接结构。 3 材料及设计指标/3.1 材料材料冲击韧性要求 3 材料及设计指标/3.1 材料 焊接件 -20℃<t≤0℃t≤-20℃ Q235\Q345: CQ390\Q420: EN 非焊接件 t≤- 20℃Q235\Q345:DQ390\Q420:D钢级Q235Q345Q390Q420 质量等级 CDCD DEDE 试验温度(℃) 0-200-20-20-40-20-40 冲击韧性(J) 27273434342734273.1.5~3.1.12 第 3 条 材料及设计指标/3.1 材料规定编号内容符合标准 注3.1.5 铸钢 GB/T 11352 GB/T 699修订3.1.6销铰轴锚栓GB/T 699修订3.1.7高强度螺栓、螺母、垫圈GB/T 1228、GB/T1229GB/T 1230、GB/T1231、GB/T3632修订3.1.8普通螺栓GB GB/T 5780、GB/T 5782修订3.1.9 铆钉 GB/T 715修订了3.1.10锚栓GB/T 700、GB/T 1591修订了3.1.11圆柱头焊钉GB/T 10433增加了3.1.12手工焊条GB/T 5117、GB/T5118修订了自动焊丝焊剂GB/ T 14957、GB/T8110、GB/T12470GB/T 10045、GB/T17493、GB/T52933.1.13~3.1.14 第3条 材料和设计指标/3.1材料规定编号内容符合标准注3.1.13高强度钢丝GB/T 17101、GB/T18365修订钢绞线GB /T 5224、YB/T152钢丝绳GB/T 8918、 GB/T20118、GB/T200673.1.14 热铸锚头的铸造材料应为低熔点锌铜合金。
冷铸锚头浇注材料可由环氧树脂、铁砂、矿物材料、固化剂等组成,其配比应通过试验确定。 3.1.15 锚杆、连接件、伸缩装置、阻尼器、鞍座 3 材料和设计指标/3.1 材料序号 标准号/方案号 标准名称 实施日期 1GB/T 17955-2009 桥梁球型支座 2009.9.12JT/T 843-2012 弹性-公路桥梁塑钢减震支座2013.2.13JT/T 852-2013 公路桥梁摩擦摆隔振支座 2013.5.14JT/T 873-2013 公路桥梁多级水平力球形隔振支座 2014.1.15JT/T 927-2014 桥梁双曲面球形隔振支座 2014.11 .16JT/T 327-2004 公路桥梁伸缩装置 2004.6.17JT/T 892-2014 公路桥梁管片拼装式伸缩装置 2014.9.18JT/T 723-2008 单元式多向位移梳板桥伸缩装置 2008.11.19JT/T 502 -2004年公路桥梁波浪伸缩装置2004.7.1510JT 2014-147 公路桥梁阻尼减振梳板伸缩装置 11JT 2014-148 公路桥梁模块化伸缩装置 12JT 2015-174 单元式多向位移梳板桥梁伸缩装置 装置 3 材料与设计索引/3.1 材料系列编号 标准编号/计划编号 标准名称 实施日期 1GB/T 17955-2009 桥梁球型支座 2009.9.12JT/T 843-2012 公路桥梁弹塑钢减震支座 2013.2.13JT/T 852-2013 公路桥梁摩擦摆式防振隔震支座 2013.5.14JT/T 873-2013 -level 水平力球面公路桥梁支座 2014.1.15JT/T 927-2014 桥梁用双曲面球面隔震支座 2014.11.16JT/T 327-2004 公路桥梁伸缩装置 2004.6.17JT/T 892-2014 公路桥梁节段组装式伸缩装置 2014.9.18JT/时间723-2008 单元式多向位移梳板桥梁伸缩装置 2008.11.19JT/T 502-2004 公路桥梁波浪伸缩装置 2004.7.1510JT 2014-147 公路桥梁阻尼减振梳板伸缩装置 11JT 2014-148 公路桥梁模块化伸缩装置12JT 2015-174 单元式多向位移梳板桥伸缩装置 3 材料与设计指标/3.1 材料编号 标准 编号/图号 标准名称 实施日期 1JT 2010-60 大跨公路桥梁钢桁架、钢箱梁 2JT /T 784-2010 组合结构桥梁用波形钢腹板 2010.11.13JT/T 804-2011 分体式钢箱梁 2011.9.14JT/T 903-2014 悬索桥索鞍及索夹2014.9.15JT/T 728-2008 装配式公路钢桥制造 2008.12.16JT/T 722-2008 防腐技术条件公路桥梁涂料钢结构 2008.11.17JT 2015-172 装配式公路钢桥构件维修与报废技术条件 8JT 2010-61 斜拉索外粘性阻尼器 3.2.1 钢材强度设计值 3 材料及设计指标/3.2 设计指标 钢材抗拉、抗压抗弯性能 fd 抗剪性能 fvd 端面压力 fcd 牌号厚度(mm) Q235钢 ≤ 16190110280 16~4018010540~100170100Q345钢≤1627516035516~4027015540~6326015063~8025014580~100245140Q390钢≤1631018037016~4029517040~6328016063~100 265150Q420 钢≤1633519539016~4032018540~6330517563~100290165fd=fy/γR , γR=1.253.2.2 铸钢、锻钢强度设计值 3 材料及设计指标/3.2 设计指标 强度类型 钢号 ZG230-450ZG270-500ZG310-57035 45 号钢 抗拉、抗压、抗弯性能 fd170200225250280 抗剪性能 fvd100115130 145160 铰轴紧密接触时的径向压力 frd185100110125140 滚轮或摇轴自由接触时的径向压力 frd26.58.09.010.011.0 销孔压力 fsd——————19021086 规格 ZG 25IIZG35IIZG 45II35 钢 45 钢 3.2 .3强度设计焊缝值 3 材料及设计指标/3.2 设计指标 焊接方法及焊条型号 构件钢对接焊缝 角焊缝等级 厚度(mm) 压缩、拉伸、剪切、拉伸、压缩或抗剪 焊缝质量等级 一级、二级或三级 自动焊接、Q235钢用E43型焊条半自动焊和手工焊1619019016011014016 ~4018018015510540~100170170145100 E50型焊条Q345钢自动焊、半自动焊、手工焊1627527523516017516~4027027023015540~6326026022015063~8 025025021514580~100245245210140 E55型焊条Q390钢自动焊、半自动焊、手工焊1631031026518020016~4029529525017040~6328028024016063~100 265265225150Q420钢 1633533528519520016~4032032027018540~6330530526017563~100290290245165×0.85 焊缝等级简介 焊缝等级为施工验收等级,共分三个等级。
3级是最低的,只需要外观检查和尺寸检查。对次要要求的零件应进行超声波探伤。最高级别要求进行所有检查。对于焊缝等级,原则是拉伸等级高于压缩等级,动态等级高于静态等级。对接焊缝通常需要进行无损检测(或部分需要)。因此,对接焊缝的一般焊接等级为II级或I级,不低于II级。角焊缝不需要进行无损检测,因此如果角焊缝是一级则没有多大意义。一般角焊缝为二级或三级。 3 材料及设计指标/3.2 设计指标 3.2.3 焊缝强度设计值 原规范对焊缝强度没有要求。对焊剂、焊丝、焊条有如下要求:“自动、半自动焊接选用的焊丝、焊剂应与主体金属的强度相适应”。 “手工焊接所用的焊条类型应适合主要金属。” 3 材料及设计指标/3.2 设计指标 焊接方法 焊条型号 熔敷金属抗拉强度 MPa 最小抗拉强度 MPa 钢种 自动、半自动焊、手工焊 E43 焊条 430375Q235E50 焊条 490470Q345E55 焊条 550490Q390520Q4203.2.4 普通螺栓与连接锚固件强度设计值3材料与设计指标/3.2设计指标 螺栓、锚栓及构件钢种的性能等级 普通螺栓 锚栓 CA级、B级、拉伸、剪力、压力、拉伸、剪切、压力、拉伸 普通螺栓 4.6级、4.8级 145120级—— ————————5.6级——————185165————8.8级——————350280————地脚螺栓Q235钢材—————— ——————125Q345钢材————————————160成分Q235钢材———265———350——Q345钢材———340 ————450—— Q390钢————355————470——Q420钢————380————500——由于抗疲劳性能较差,桥梁设计中通常不使用普通螺栓3.2.5 高强锚栓预紧力设计值3 材料与设计指标/3.2 设计指标 性能等级 螺纹规格 M20M22M24M27M308.8S12515017523028010.9S155190225290355 高强度 高级螺栓预拉力值计算公式: 式中:fu为热处理后的最小抗拉强度:对于8.8级,拿830N/mm2; 10.6级取1040~830N/mm2; Ae是螺纹的有效面积。
3.2.6 铆钉连接强度设计值3 材料及设计指标/3.2 设计指标 铆钉钢级及构件钢级 拉伸(钉头拔脱) 剪切、承压 I类孔 II类孔 I类孔 II类孔铆钉BL2或BL3105160135————成分Q235钢————390320Q345钢————500405Q390钢————520425 I级孔是指在组装好的部件上钻的孔;使用钻模在各个零件和部件上钻孔;首先在各个零件上钻较小的孔,然后在组装好的部件上扩大钻孔。 II类孔是指一次性冲入单个零件或不使用钻模钻出的孔。沉头和半沉头铆钉连接表中的数值应乘以折减系数0.8。 3.2.7 钢和铸钢物理性能指标 3 材料和设计指标/3.2 设计指标 3.2.8 电缆用钢丝和钢绞线 抗拉强度设计值为 3 材料和设计指标/3.2 设计指标 材料类型抗拉强度标准fk值抗拉强度设计值fd钢丝15708501670900177095518601005钢绞线1570850167090017209251 7709551860100519601055γR=1.85 由安全系数2.5换算而来。表中钢丝抗拉强度设计值为二级松弛钢丝的值。当使用公称直径为5mm的I级松弛钢丝时,乘以折减系数0.95。
2 抗拉强度设计值见表。当用于固定吊带时,应乘以折减系数0.83。 3.2.9 钢丝绳的最小破断拉力应以其最小破断拉力(kN)除以抗拉强度分量系数τR,得到最小破断拉力设计值Fd。最小破断拉力应根据现行《粗径钢丝绳》GB20067钢芯钢丝绳确定。 3 材料及设计指标/3.2 设计指标 材料类型 跨式吊带 销连接式吊带抗拉强度分项系数? R2.952.24结构分析本章是新章节。结构分析模型部分参考了欧洲规范、竖向挠度和预拱度,并对原86规范进行了修订。增加了横桥抗倾覆稳定性校核的新要求。 4.1 结构分析模型 4.2 结构强度、稳定性和变形计算 4.1 结构分析模型 4.1.1 结构分析所采用的模型和基本假设应能反映结构的实际受力状态,其精度应能满足结构设计要求。 4.1.2 结构分析时应考虑环境对构件和结构性能的影响。 4.1.3 结构应力分析可根据线弹性理论进行。当极限状态条件下结构变形不能忽略时,应考虑几何非线性对结构应力的影响。 4.1.4 结构动力分析应考虑以下因素: 1 所有相关结构部件的质量、刚度和阻尼特性。 2 模型的边界条件应反映结构的固有特征。 4 结构分析 4.2.1 桥梁承载能力极限状态校核计算 4 结构分析 4.2.2 全桥失去静平衡时承载能力极限状态校核计算 4 结构分析上部结构采用整体截面的梁桥结构体系,在耐久性条件下不宜采用。发生变化时,应按下列规定校核桥梁的抗横向倾覆性能: 1.在基本组合作用下,单向承压始终保持受压状态。
2 当整体单元仅采用单向压力轴承支撑时,应满足下列公式的要求: 式中:kqf——横向抗倾覆稳定系数,取kqf=2.5;有益的基本组合和有害的基本组合 4 结构分析 近年来,各地简支连续梁桥倾覆失稳甚至倒塌事故时有发生。事故桥梁的破坏过程为:单向承压支座脱离正常受压状态,上部结构支撑体系不再提供有效约束,上部结构受力变形或失稳,导致倒塌时,支座和下部结构共同受损。 、 4.2.3 钢桥竖向挠度极限 4 结构分析 桥梁结构形式 简支或连续桁架 简支或连续板梁悬臂端 斜拉桥 主梁 悬索桥 加劲梁 15 规范限值 l/500l/500l/300l /400l/25086 代码限值 l/800l /600l/300--l/4004.2.4 预拱钢桥宜设有预拱。预弯尺寸应根据实际需要确定。应为结构自重标准值加上车道频繁荷载值的1/2产生的挠度值。频繁的值系数为1.0。预启动器应保持桥甲板曲线光滑。 4结构分析
极限状态法公路工程标准修订
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