美國AASHTO-LRFD-橋梁規(guī)范歷史和目前現(xiàn)狀課件

1、美國AASHTO LRFD 公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范歷史和現(xiàn)狀 報(bào)告人：劉健 博士廣東省公路建設(shè)有限公司2010年12月910日2010年廣東省公路學(xué)會橋梁學(xué)術(shù)會議1A提綱規(guī)范開發(fā)背景規(guī)范特點(diǎn)結(jié)構(gòu)可靠度理論簡介三種設(shè)計(jì)方法比較車輛荷載荷載分布系數(shù)設(shè)計(jì)案例小結(jié)2A規(guī)范開發(fā)背景-歷史美國從1921年開始編寫公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，美國州公路協(xié)會于1931年發(fā)表了公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(Standard Specifications for Highway Bridges），容許應(yīng)力法(Allowable Stress Design) 被運(yùn)用這規(guī)范中；上世紀(jì)70年代，荷載系數(shù)設(shè)計(jì)方法（Load Factor Desig

2、n) 被加入的這個規(guī)范中，該規(guī)范出版以來共有17個版本，一直到2002年停止更新；上個世紀(jì)80年代，荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)方法被越來越多國家采用，美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)落后于時(shí)代要求。1986年安排了一個項(xiàng)目研究當(dāng)前世界各個規(guī)范特點(diǎn)和開發(fā)新規(guī)范的可行性；1990年，第一版AASHTO 荷載和抗力系數(shù)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)表（AASHTO LRFD Bridge Design Specification），共4份草稿版本3A規(guī)范開發(fā)背景-目標(biāo)開發(fā)一套反映當(dāng)前美國最新科技水平，在國際橋梁設(shè)計(jì)界接近或者達(dá)到領(lǐng)先地位的規(guī)范；規(guī)范盡可能具有廣泛性，應(yīng)包括新的結(jié)構(gòu)形式，分析方法和承載力模型；考慮到使用規(guī)范的人員和組織的廣泛

3、性，規(guī)范要求可讀和易用；要使用規(guī)范語言而不是使用教科書式語言編寫規(guī)范；鼓勵在橋梁設(shè)計(jì)中使用多學(xué)科方法，特別是在水力學(xué)和沖刷，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和橋址的選擇等方面；對結(jié)構(gòu)冗余度和延展性的重要性要有足夠的重視。 4A規(guī)范開發(fā)背景-內(nèi)容和創(chuàng)新運(yùn)用新的更加安全的設(shè)計(jì)安全理念：荷載和抗力系數(shù)法（LRFD）；確定四種極限狀態(tài)，即服務(wù)極限狀態(tài)，強(qiáng)度極限狀態(tài)，疲勞和脆性極限狀態(tài)和極端事件極限狀態(tài)；開發(fā)新的荷載系數(shù)；開發(fā)新的抗力系數(shù)；通過校準(zhǔn)，確定可靠度級別，荷載和抗力系數(shù)和荷載模型之間的相互關(guān)系；開發(fā)新的荷載模型；修正荷載分布的分析和計(jì)算方法；統(tǒng)一三種混凝土結(jié)構(gòu)，即素混凝土，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的表達(dá)使用極

4、限狀態(tài)法設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和土力學(xué)；擴(kuò)充有關(guān)水力學(xué)和沖刷條款；取消抗震性能分類概念，采用橋梁重要性作為評價(jià)指標(biāo)的方法；開發(fā)混凝土橋梁節(jié)段施工有關(guān)指導(dǎo)條款；采用美國聯(lián)邦公路局（FHWA）規(guī)范中有關(guān)船只碰撞的大部分條款；根據(jù)沖擊試驗(yàn)，擴(kuò)充橋梁欄桿設(shè)計(jì)規(guī)范，包括為設(shè)計(jì)沖擊試驗(yàn)提供分析方法；引進(jìn)正交異性板設(shè)計(jì)步驟；開發(fā)一套與規(guī)范相對應(yīng)的規(guī)范評論。5A規(guī)范特點(diǎn)-結(jié)構(gòu)可靠度理論簡介什么是結(jié)構(gòu)可靠度，可靠的指數(shù)？：抗力 ：荷載效應(yīng) ：抗力和載荷的概率密度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 R, S 概率密度分布曲線 R-S 概率密度分布曲線 6A規(guī)范特點(diǎn)-結(jié)構(gòu)可靠度理論簡介標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和 LRFD 規(guī)范可靠性指數(shù) 7A規(guī)范特點(diǎn)-三種設(shè)計(jì)方法

5、比較 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法 （ASD）荷載，彈性承載力，安全系數(shù)荷載系數(shù)設(shè)計(jì)法 （LFD）荷載系數(shù)，荷載，強(qiáng)度折減系數(shù)，承載力荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法 (LRFD)荷載修正系數(shù)，荷載系數(shù)，名義荷載效應(yīng)，強(qiáng)度折減系數(shù)，名義承載力，乘上系數(shù)的承載力8A規(guī)范特點(diǎn)-車輛荷載 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 HS20卡車 LRFD規(guī)范使用了新的載荷HL-93,它包括HS20卡車和一個均勻分布力； 卡車考慮沖擊系數(shù)，而均布力沒有沖擊系數(shù)； 連續(xù)梁橋負(fù)彎矩區(qū)域內(nèi)力和橋中跨支座反力，沿橋縱向放置兩輛卡車，兩車相距15m，并布置均布力，所得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和支座反力的90%作為最終設(shè)計(jì)荷載。 9A規(guī)范特點(diǎn)-荷載分布系數(shù)（1） 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（ASD和L

6、FD）中，鋼混疊合梁橋內(nèi)梁，橫向系數(shù)等于S/D，其中，S代表縱梁的間距，D代表某一常數(shù)，LRFD 規(guī)范中，荷載橫向分布系數(shù)（鋼混疊合梁橋在雙車道或者多車道荷載下 ）梁的間距，梁跨徑，梁縱向剛度系數(shù)，混凝土橋面板厚度再計(jì)算出單車道的荷載橫向系數(shù)和用杠桿法求的荷載橫向分布系數(shù)，取最大值作為該梁的荷載橫向分布系數(shù)，如是斜橋，需要乘上考慮斜度的系數(shù)。S10A規(guī)范特點(diǎn)-荷載分布系數(shù)（2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和LRFD規(guī)范荷載橫向彎矩分布系數(shù)比較（M. Adnan, 2005）（1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)荷載橫向分布系數(shù)比LRFD大；（2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中斜橋斜度和跨徑的影響沒有考慮；（3）LRFD規(guī)范中，斜橋斜度越大，荷載分布系數(shù)

7、越?。唬?）LRFD規(guī)范中，跨徑越大，荷載分布系數(shù)越小。 11A設(shè)計(jì)案例-背景Gowanus 高速公路拓寬改造工程位于：美國紐約城建于：1941年， 60年代拓寬總長：約10公里車道：雙向4車道-雙向6車道車流量：約20萬次/日上部結(jié)構(gòu)：鋼混疊合梁，大部分橋跨采用簡支梁形式，部分路段采用雙層結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)：鋼結(jié)構(gòu)橋墩高架位置12A設(shè)計(jì)案例13A設(shè)計(jì)案例14A設(shè)計(jì)案例-拓寬措施為了解決以上困難，主要做法有： 1）在立交處拓寬高架寬度；2）使用快速固結(jié)混凝土澆筑橋面板；3）充分利用中央橫隔帶的寬度；4）每次只更換一條行車道的橋面鋪裝；5）設(shè)計(jì)一條獨(dú)立的車道分流交通。 15AAA截面 A-A平面圖截面

8、 B-BBB平面圖16A設(shè)計(jì)案例-設(shè)計(jì)方法 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于涉及到不同時(shí)期的結(jié)構(gòu)，不同的分析方法被運(yùn)用。新匝道包括橋面板，鋼混疊合梁，支座，立柱和下部基礎(chǔ)，使用 LRFD 設(shè)計(jì)方法，而舊鋼橋橋臺則使用 ASD 法復(fù)核其承載力，對于在舊高架上的新疊合梁設(shè)計(jì)采用 LFD?？紤]到地震對新，舊橋的影響，開發(fā)了三維有限元模型，要求新橋設(shè)計(jì)能符合抗震要求，對舊橋部分，提供抗震加固方案。新匝道彎曲疊合梁設(shè)計(jì)采用 MDX 橋梁專用軟件，該軟件包含 LRFD 設(shè)計(jì)模塊。相對了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)，LRFD 更適合于計(jì)算機(jī)，因?yàn)閺?fù)核的項(xiàng)目更多，公式更復(fù)雜。 17A設(shè)計(jì)案例-抗震評估 全局Larsa 3D模型局部模型#1

9、局部模型#2A18A小結(jié)（1） 為了完善 LRFD 規(guī)范，滿足施工，荷載評估和特種橋梁的要求，相繼出版了一系列規(guī)范:AASHTO LRFD 橋梁施工規(guī)范 （AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications），AASHTO LRFD 開合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 （AASHTO LRFD Specification for Movable Bridges），和AASHTO公路橋梁狀況評估和LRFR承載能力評估指導(dǎo)手冊 （AASHTO Guide Manual for Condition Evaluation and Load and Resistance Factor Rating of Highway Bridge）。19A小結(jié)（2） 自從2007年10月，美國所有聯(lián)邦政府資助的橋梁項(xiàng)目必須使用 LRFD 設(shè)計(jì)規(guī)范;聯(lián)邦公路局做了大量的準(zhǔn)備