公路钢结构桥梁设计规范(送审稿).doc
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《公路钢结构桥梁设计规范》征求意见稿
目录
1总则 1
2术语和符号 3
3材料及设计指标 11
3.1材料 11
3.2设计指标 12
4结构分析 17
4.1结构分析模型 17
4.4结构变形或刚度要求 18
5构件设计与计算 19
5.1一般规定 19
5.2轴心受力构件 24
5.3受弯构件 30
5.4拉弯、压弯构件 36
5.5横向联结系 38
5.6缀板 41
5.7抗疲劳设计与计算 42
6连接的构造和计算 68
6.1一般规定 68
6.2栓、钉连接 69
6.3焊接连接 76
7钢板梁 83
7.1一般规定 83
7.2钢梁翼缘 83
7.3腹板 88
7.4纵横向联结系 91
7.5结构构造细部 92
8钢箱梁 94
8.1一般规定 94
8.2正交异性钢桥面板 95
8.3翼缘板 98
8.4腹板 99
8.5横隔板 99
8.6横向联结系 100
8.7纵向联结系 100
9钢桁梁 102
10.1一般规定 106
10.2构造要求 110
10.3钢管杆件与节点计算 114
11钢-混凝土组合梁 126
11.1一般规定 126
11.2承载能力极限状态计算 128
11.3正常使用极限状态计算 129
11.4连接件设计 130
11.5桥面板纵向抗剪设计 132
11.6组合梁构造要求 134
12钢塔 136
12.1一般规定 136
12.2构造细节 136
12.3相关计算规定 138
12.4附属设施 139
12.5架设 140
13缆索系统 141
13.1一般规定 141
13.2结构设计 141
14桥面和桥面系 145
14.1一般规定 145
14.2钢桥面板 145
14.3钢桥面铺装 146
15防护及维护设计 147
15.1一般规定 147
15.2防腐 147
15.3防火 149
15.4维护 149
15.5环境保护 150
16制造与架设 151
16.1制造 151
16.2架设 153
17支座与伸缩装置 155
17.1支座 155
17.2伸缩装置 157
附录A受压加劲板的弹性屈曲系数 160
附录B横隔板刚度和强度计算 164
附录C钢管结构节点设计承载力计算 168
181
1总则
1.0.1为提高公路桥梁钢结构的设计水平,使其符合国家的技术经济政策,做到技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、保护环境的要求,制定本规范。
1.0.2本规范适用于一般公路钢桥的设计,对有特殊要求的临时性公路钢桥及本规范未涉及的其他钢结构的设计可参照使用。
1.0.3本规范按照国家标准《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283)的设计原则编制,公路桥涵凡依据该标准制定的其他规范可配套应用。
1.0.4本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,按分项系数的设计表达式进行设计。
本规范采用的设计基准期为100年。
1.0.5公路钢桥应按以下两类极限状态进行设计:
1承载能力极限状态:
包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏,结构、构件丧失稳定及结构倾覆。
2正常使用极限状态:
包括影响结构、构件正常使用的变形、振动及影响结构耐久性的局部损坏。
1.0.6公路钢桥设计应根据结构破坏可能产生的严重程度,采用不同的安全等级。
特大桥、大桥及高速公路和一级公路上的中桥应取为一级,其他桥梁取为二级。
1.0.7公路钢桥应考虑以下三种设计状况及其相应的极限状况设计:
1持久状况:
桥梁建成后承受结构自重、车辆荷载等持续时间很长的状况。
该状况钢桥应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。
2短暂状况:
桥梁在制作、运送和架设过程中承受临时荷载的状况。
该状况结构、构件应进行承载能力极限状态设计,必要时进行正常使用极限状态设计。
3偶然状况:
桥梁在使用过程中偶然出现的状况。
该状况只需进行承载能力极限状态设计。
1.0.8公路钢结构桥梁应进行耐久性设计,设计使用年限一般为100年。
1.0.9公路钢桥设计应与架设方案统筹考虑,选择合理的结构形式;构造措施应便于加工、安装、维护和检查。
结构单元和构件应优先考虑标准化和通用化,以减少制作、安装的工作量。
1.0.10公路钢桥的设计、加工、运送和架设应分阶段实行严格的质量管理和控制。
结构在使用过程中应视环境条件和交通情况建立养护制度,以维持结构既有强度、刚度、稳定性和耐久性的要求。
上述各项要求,涉及结构设计细节的内容,应在设计文件中详细注明。
1.0.11按本规范设计时,采用的作用及其组合系数应符合现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60)的规定;结构抗震设计应符合现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004)的规定。
钢桥制造、验收、安装则应符合现行《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041)的规定。
1.0.12公路钢结构桥梁设计时,除应符合本规范外,尚应符合现行国家有关标准的规定。
2术语和符号
2.1术语
2.1.1强度strength
构件截面材料或连接抵抗破坏的能力。
强度计算是防止结构构件或连接因材料强度被超过而破坏的计算。
2.1.2承载能力load-carryingcapacity
结构或构件不会因强度、稳定或疲劳等因素破坏所能承受的最大内力;或塑性分析形成破坏机构时的最大内力;或达到不适应于继续承载的变形时的内力。
2.1.3脆断brittlefracture
一般指钢结构在拉应力状态下没有出现警示性的塑性变形而突然发生的脆性断裂。
2.1.4强度标准值characteristicvalueofstrength
国家标准规定的钢材屈服点(屈服强度)或抗拉强度。
2.1.5强度设计值designvalueofstrength
钢材或连接的强度标准值除以相应抗力分项系数后的数值。
2.1.6屈曲buckling
杆件或板件在轴心压力、弯矩、剪力单独或共同作用下突然发生与原受力状态不符的较大变形而失去稳定。
2.1.7腹板屈曲后强度post-bucklingstrengthofwebplate
腹板屈曲后尚能继续保持承受荷载的能力。
2.1.8通用高厚比normalizedwebslenderness
参数,其值等于钢材受弯、受剪或受压屈服强度除以相应的腹板抗弯、抗剪或局部承压弹性屈曲应力之商的平方根。
2.1.9整体稳定overallstability
在外荷载作用下,对整个结构或构件能否发生屈曲或失稳的评估。
2.1.10有效宽度effectivewidth
在进行截面强度和稳定计算时,假定板件有效的那一部分宽度。
2.1.11有效宽度系数effectivewidthfactor
板件有效宽度与板件实际宽度的比值。
2.1.12计算长度effectivelength
构件在其有效约束点间的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受合作情况的系数而得的等效长度,用以计算构件的长细比。
计算焊缝连接强度时采用的焊缝长度。
2.1.13长细比slendernessratio
构件计算长度与构件截面回转半径的比值。
2.1.14换算长细比equivalentslendernessratio
在轴心受压构件的整体稳定计算中,按临界力相等的原则,将格构式构件换算为实腹构件进行计算时所对应的长细比或将弯扭与扭转失稳换算为弯曲失稳时采用的长细比。
2.1.15支撑力nodalbracingforce
为减小受压构件(或构件的受压翼缘)的自由长度所设置的侧向支撑处,在被支撑构件(或构件的受压翼缘)的屈曲方向,所需施加于该构件(或构件的受压翼缘)截面剪心的侧向力。
2.1.16组合构件built-upmember
由钢构件和混凝土构件组合一起承重的构件。
2.1.17钢-混凝土组合梁steelandconcretecompositebeam
由钢梁和混凝土板通过连接件连成整体而共同受力的承重构件。
2.2符号
2.2.1材料性能有关符号
E——钢材的弹性模量;
Ec——钢材的弹性模量;
G——钢材的剪变模量;
——一个锚栓的抗拉强度设计值;
——一个螺栓的抗拉、抗剪和承压承载力设计值;
——一个铆钉的抗拉、抗剪和承压承载力设计值;
——组合结构中一个抗剪连接件的抗剪承载力设计值;
——受拉和受压支管在管节点处的承载力设计值;
Sb——支撑结构的侧移刚度(产生单位侧倾角的水平力);
f——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值;
fv——钢材的抗剪强度设计值;
fce——钢材的端面承压强度设计值;
fst——钢筋的抗拉强度设计值;
fy——钢材的屈服强度(或屈服点);
——锚栓的抗拉强度设计值;
——螺栓的抗拉、抗剪和承压强度设计值;
——铆钉的抗拉、抗剪和承压强度设计值;
——对接焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值;
——角焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值;
fc——混凝土抗压强度设计值;
——仅考虑可变荷载标准值产生的挠度的容许值;
——同时考虑永久和可变荷载标准值产生的挠度的容许值。
2.2.2作用和作用效应的有关符号
F——集中荷载;
H——水平力;
M——弯矩;
N——轴心力;
P——高强螺栓的预拉力;
Q——重力荷载;
R——支座反力;
V——剪力;
——正应力;
——局部压应力;
——垂直于角焊缝长度方向,按焊缝有效截面积计算的应力;
——疲劳计算的应力幅或折算应力幅;
——变幅疲劳的等效应力幅;
——疲劳容许应力幅;
——板件弯曲应力、局部压应力和剪应力单独作用时的临界应力;
——剪应力;
——沿角焊缝长度方向,按焊缝有效截面计算的剪应力;
2.2.3几何参数有关符号
A——毛截面面积;
An——净截面面积;
H——柱的高度;
H1、H2、H3——阶形柱上段、中段(或单柱下段)、下段的高度;
I——毛截面惯性矩;
It——毛截面抗扭惯性矩;
——毛截面扇性惯性矩;
——净截面惯性矩;
S——毛截面面积矩;
W——毛截面模量;
Wn——净截面模量;
WP——塑性毛截面模量;
WPn——塑性净截面模量;
a、g——间距、间隙;
b——板的宽度或板的自由外伸宽度;
b0——箱形截面翼缘板在腹板之间的无支撑宽度;混凝土板托顶部的宽度;
bs——加劲肋的外伸宽度;
be——板件的有效宽度;
d——直径;
de——有效直径;
d0——孔径;
e——偏心矩;
h——截面全高;
hc1——混凝土板的厚度;
hc2——混凝土板托的厚度;
he——角焊缝的计算厚度;
hf——角焊缝的焊角尺寸;
hw——腹板的高度;
h0——腹板的计算高度;
i——截面回转半径;
l——长度或跨度;
l1——梁受压翼缘侧向支承间距距离;螺栓(或铆钉)受力方向的连接长度;
l0——弯曲屈曲的计算长度;
——扭转屈曲的计算长度;
lz——集中荷载在腹板计算高度边缘上的假定分布长度;
s——部分焊透对接焊缝坡口根部至焊缝表面的最短距离;
t——板的厚度;主管壁厚;
ts——加劲肋厚度;
tw——腹板的厚度;
——夹角;
——夹角;应力扩散角;
——梁腹板受弯计算时的通用高厚比;
——梁腹板受剪计算时的通用高厚比;
——梁腹板受局部压力计算时的通用高厚比;
——长细比;
——换算长细比。
2.2.4计算系数及其它有关符号
C——用于疲劳计算的有量纲参数;
K1、K2——构件线刚度之比;
ks——构件受剪屈曲系数;
Ov——管节点的支管搭接率;
n——螺栓、铆钉或连接件数目;应力循环次数;
n1——所计算截面上的螺栓(或铆钉)数目;
nf——高强螺栓的传力摩擦面数目;
nv——螺栓或铆钉的剪切面数目;
——线膨胀系数;
——钢材与混凝土弹性模量之比;
——梁截面模量考虑腹板有效宽度的折减系数;
——疲劳计算的欠载效应等效系数;
——柱腹板的应力分布不均匀系数;
——钢材强度影响系数;
——梁腹板刨平顶紧时采用的系数;
——考虑二阶效应框架第i层杆件的侧移弯矩增大系数;
——支管与主管外径之比;用于计算疲劳强度的参数;
——梁整体稳定的等效临界弯矩系数;
——正面角焊缝的强度设计值增大系数;
——压弯构件构件稳定的等效弯矩系数;
——折算应力的强度设计值增大系数;
——栓钉钢材强屈比;
——结构的重要性系数;
——对主轴x,y的截面塑性发展系数;
——调整系数;
——梁截面不对称影响系数;
——用于计算阶形柱计算长度的参数;
——高强螺栓摩擦面的抗滑移系数;柱的计算长度系数;
——阶形柱上段、中段(或单阶柱下段)、下段的计算长度系数;
——用于计算梁整体稳定的参数;
——腹板受压区有效宽度系数;
——轴心受压构件的稳定系数;
——梁的整体稳定系数;
——集中荷载的增大系数;
——用于计算直接焊接钢管节点承载力的参数。
3材料及设计指标
3.1材料
3.1.1公路钢桥应根据结构形式、受力状态、连接方法及钢桥所处环境条件合理地选用钢材牌号和材质。
3.1.2钢桥主体结构的钢材宜选用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。
其中Q235钢中的沸腾钢不应用于承重的焊接构件和承重的需验算疲劳的非焊接构件。
3.1.3公路钢桥需要进行疲劳验算的结构构件,应具有钢材冲击韧性的质量保证。
当桥梁处于≥-20℃环境工作时,可选用现行国家标准中质量等级为B、C、D钢材;但对焊接结构构件,且工作环境处于<-20℃时,则宜选用质量等级为E的钢材。
3.1.4焊接构件当其板厚大于40mm,且承受沿板厚方向的拉力作用时,宜采用Z向钢材,其质量应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。
3.1.5钢铸件(用作钢桥支座部件等)采用的铸钢材质应符合现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB/T11352的规定。
3.1.6销、铰、轴等宜采用优质碳素结构钢锻制或轧制钢材,其质量应符合现行国家标准《优质碳素结构钢》GB/T699的规定。
3.1.7高强度螺栓、螺母、垫圈的技术条件应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB/T3633的规定。
3.1.8普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》GB/T5780和《六角头螺栓》GB/T5782的规定。
3.1.9铆钉采用的牌号及材质应符合现行国家标准《标准件用碳素热轧圆钢》GB715的规定。
3.1.10锚栓的材料可采用Q235钢或Q345钢,其材质应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。
3.1.11圆柱头焊钉(栓钉)连接件的材料应符合现行国家标准《电弧螺栓焊用圆柱头焊钉》GB/T10433的规定。
3.1.12钢桥选用的焊接材料应与主体金属相匹配,并且应符合下列要求:
1手工焊接采用的焊条应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117或现行国家标准《低合金钢焊条》GB/T5118的规定。
选择的型号应与主体金属力学性能相适应。
对需要验算疲劳的构件宜采用低氢型碱性焊条。
2自动焊和半自动焊采用的焊丝和焊剂应与主体金属力学性能相适应,并保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T5293或现行国家标准《低合金钢埋弧焊用焊丝和焊剂》的规定
3.2设计指标
3.2.1钢材的强度设计值应根据钢材的不同厚度或直径按表3.2.1的规定采用。
表3.2.1钢材的强度设计值(MPa)
钢材
抗拉、抗压
和抗弯
fd
抗剪
fvd
端面承压
(刨平顶紧)
fcd
牌号
厚度或直径
(mm)
Q235钢
16
185
105
275
>16~40
180
100
270
>40~60
170
95
255
>60~100
165
90
245
Q345钢
16
275
160
410
>16~35
260
150
390
>35~50
235
135
350
>50~100
220
125
330
Q390钢
16
310
180
465
>16~35
295
170
440
>35~50
280
160
420
>50~100
265
150
395
Q420钢
16
335
195
500
>16~35
320
185
480
>35~50
305
175
450
>50~100
285
165
425
注:
表中厚度系指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。
3.2.2钢铸件和锻钢等的强度设计值应按表3.2.2的规定采用。
表3.2.2铸钢、35号锻钢和45号钢的强度设计值(MPa)
强度种类
钢号
ZG230-450
ZG270-500
ZG310-570
35号锻钢
45号钢
抗拉、抗压和抗弯fd
170
200
225
250
280
抗剪fvd
100
115
130
145
160
铰轴紧密接触时径向受压frd1
85
100
110
125
140
辊轴或摇轴自由接触时径向受压frd2
6.5
8.0
9.0
10.0
11.0
销孔承压fsd
——
——
——
190
210
注:
1铰轴紧密接触系指接触面为圆弧中心角为2×45°的接触;辊轴或摇轴自由接触系指轴与板平面的接触。
2计算紧密接触或自由接触受压强度时,其承压面积采用轴径截面。
轴与板采用不同钢种时,径向受压设计值取用其较低者。
3.2.3焊缝的强度设计值应按表3.2.3的规定采用。
表3.2.3焊缝的强度设计值(MPa)
焊接方法和
焊条型号
构件钢材
对接焊缝
角焊缝
牌号
厚度或
直径
(mm)
抗压
焊缝质量为下列等级
时,抗拉
抗剪
抗拉、抗压
和抗剪
一级、二级
三级
自动焊、半自
动焊和E43型焊
条的手工焊
Q235钢
16
185
185
155
105
140
>16~40
180
180
150
100
>40~60
170
170
145
95
>60~100
165
165
140
90
自动焊、半自
动焊和E50型焊
条的手工焊
Q345钢
16
275
275
235
160
175
>16~35
260
260
220
150
>35~50
235
235
200
135
>50~100
220
220
185
125
自动焊、半自
动焊和E55型焊
条的手工焊
Q390钢
16
310
310
265
180
195
>16~35
295
295
250
170
>35~50
280
280
240
160
>50~100
265
265
225
150
Q420钢
16
335
335
285
195
195
>16~35
320
320
270
185
>35~50
305
305
260
175
>50~100
285
285
245
165
注:
1对接焊缝受弯时,在受压区的抗弯强度设计值取,在受拉区的抗弯强度设计值取。
2焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定。
其中厚度小于8mm钢材的对接焊缝,不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。
3.2.4普通螺栓和锚栓连接的强度设计值应按表3.2.4的规定采用。
表3.2.4普通螺栓连接的强度设计值(MPa)
螺栓的性能等级、锚栓和
构件钢材的牌号
普通螺栓
锚
栓
C级
A、B级
抗拉
抗剪
承压
抗拉
抗剪
承压
抗拉
普通螺栓
4.6级、4.8级
145
120
——
——
——
——
——
5.6级
——
——
——
210
190
——
——
8.8级
——
——
——
400
320
——
——
锚栓
Q235钢
——
——
——
——
——
——
125
Q345钢
——
——
——
——
——
——
160
构件
Q235钢
——
——
265
——
——
350
——
Q345钢
——
——
340
——
——
450
——
Q390钢
——
——
355
——
——
470
——
Q420钢
——
——
380
——
——
500
——
注:
A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度,C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度,均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的要求。
3.2.5采用性能等级为10.9S的高强度螺栓,其预拉力设计值Pd应根据螺纹直径规格按表3.2.5的规定取用。
表3.2.5一个高强度螺栓的预拉力设计值(kN)
螺纹直径规格
M20
M22
M24
M27
M30
预拉力Pd
155
190
225
290
355
3.2.6铆钉连接的强度设计值应按表3.2.6的规定采用。
表3.2.6铆钉连接的强度设计值(MPa)
铆钉钢号和
构件钢材牌号
抗拉(钉头拉脱)
抗剪
承压
I类孔
II类孔
I类孔
II类孔
铆钉
BL2或BL3
105
160
135
——
——
构件
Q235钢
——
——
——
390
320
Q345钢
——
——
——
500
405
Q390钢
——
——
——
520
425
注:
1I类孔系指在装配好的构件上钻成的孔;在单个零件和构件上用钻模钻成的孔;在单个零件上先钻成或冲成较小的孔,然后在装配好的构件上再扩钻成的孔。
2Ⅱ类孔系指在单个零件上一次冲成或不用钻模钻钻成的孔。
3沉头和半沉头铆钉连接表中数值应乘以折减系数0.8.
3.2.7钢材和铸钢件的物理性能指标应按表3.2.7的规定采用。
表3.2.3钢材和钢铸件的物理性能指标
弹
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