中欧规范铁路桥梁结构混凝土强度性能分析研究_刘天培.pdf
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1、桥梁隧道DOI:10 13719/j cnki 1009 6825 202315038中欧规范铁路桥梁结构混凝土强度性能分析研究收稿日期:2022 11 22基金项目:中国铁建股份有限公司 2022 年度科研计划课题(2022 B23)作者简介:刘天培(1971 ),男,正高级工程师,从事桥梁设计与施工研究刘天培(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉430063)摘要:为有助于推动海外工程顺利实施,解决海外工程结构设计中的部分问题,研究对比中欧设计规范中混凝土强度性能的异同点是十分必要的。通过对比中欧设计规范中混凝土强度标准值和设计值的有关性能指标,分析研究了差异性,为海外工程项目的铁路
2、桥梁混凝土结构设计提供了有益参考和指导。关键词:欧洲规范;桥梁结构;混凝土强度中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0147 041概述近年来,随着国际化进程不断加快和“一带一路”倡议带来的商机与机遇,中国企业开始承担海外工程,中国设计公司也积极进入国际市场。在进行相关的海外桥梁工程时,要求我国设计施工人员对欧洲规范的掌握不应仅限于条文字面上的理解,还需对桥梁规范条文背后的理论支撑有一定的掌握。为进一步深入理解欧洲桥梁规范,本文针对中欧桥梁规范1(具体以 TB 100922017 铁路桥涵混凝土结构设计规范和 Q/C 93002018 铁路桥涵设计规
3、范(极限状 态 法)(以 下 简 称 中 桥 规)与 欧 洲 规 范 以 EN1992 1 1:2004(以下简称欧桥规)为主)中关于混凝土材料力学指标部分,就规范关于材料力学性能的制定依据和规定开展深入研究。混凝土结构设计规范涉及内容较广,本文仅对中欧规范中混凝土强度性能进行了对比,旨在为海外工程项目的设计提供指导。2强度标准值对比21抗压强度标准值欧桥规混凝土抗压强度采用两种标准试件试验测得,分别是 150 mm 300 mm 的圆柱或 150 mm 150 mm 150 mm 立方体2。试件需在温度为 20 2 的水中或温度为20 2 的室内以及相对湿度不小于 95%的养护条件下养护 2
4、8 d,加载时速率变化在02 MPa/s 1 0 MPa/s,最后取具有 95%保证率的抗压强度极限值作为混凝土的强度标准值。两种试件的抗压强度标准值分别表示为 fck和 fck,cube,抗压强度精确至01 MPa,并采用圆柱体抗压强度标准值作为抗压设计的力学指标。规定设计采用的混凝土最大值为 Cmax建议值为 C90/C105。桥梁结构设计(EN 1992 2)中,最小和最大推荐值为 C30/C37 和 C70/C85。GB 501072010 混凝土强度检验评定标准规定由于采用 150 mm 150 mm 300 mm 的棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力3,所以我国规定
5、以棱柱体作为轴心抗压强度试验的标准试件。强度等级按照立方体抗压强度标准值 fck,cube划分。立方体的抗压强度标准值应为按标准方法制作和养护(温度为 20 2 ,相对湿度 95%以上),用标准试验方法在 28 d 龄期测得的抗压强度总体分布中的一个值,使得小于该值的测试数量占所有测试值的百分率不超过 5%。中桥规规定,铁路桥梁设计中混凝土 强 度 等 级 可 采 用 C60,C55,C50,C45,C40,C35,C30,C254 5。22抗拉强度标准值欧桥规规定采用劈裂试验间接测定混凝土轴心抗拉强度,并以此作为混凝土抗拉强度的设计指标,采用fctk,0 05和 fctk,0 95两个抗拉强
6、度标准值,fctk,0 05代表混凝土抗拉强度概率分布的 5%分位值,具有 95%的保证率,用于混凝土抗拉强度起重要作用的情况,例如结构抗裂验算、梁的抗剪或板的抗冲切验算等;fctk,0 95代表混凝土抗拉强度概率分布 95%分位值,用于抗拉强度不起主要作用的情况,该值与抗拉强度平均值 fctm取值关系如下式:fctk,0 05=07fctm;fctk,0 95=1 3fctm。中桥 规 规 定 混 凝 土 轴 心 抗 拉 强 度 应 以 截 面150 mm 150 mm 的棱柱体或截面为 150 mm 的圆柱体的直接抗拉强度为准。考虑到直接抗拉试验比较复杂,我国目前仅制定了劈裂抗拉强度的标准
7、试验方法,得到的混凝土劈裂抗拉强度 fct,sp与抗拉强度 fct的关系为 fct=0 9fct,sp。23强度标准值对比分析1)强度分级不同:中桥规将混凝土的强度共分为8 个等级 C25 C60,C 代表混凝土,数字表示混凝土立方741第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug2023体抗压强度标准值或强度等级。欧桥规的混凝土强度等级使用在 28 d 确定的混凝土圆柱体强度标准值表示,共分为 16 个等级 C15 C105。桥梁设计推荐使用强度等级的最大和最小值为 C75/C85 和 C30/C37,其中分子表示
8、混凝土的圆柱体强度,分母表示相同等级的混凝土立方体强度。欧洲规范所取的强度等级比中国规范所取的等级范围宽。2)强度标准值:混凝土的强度除受到组成材料的特性、配合比、养护环境、施工方法等因素的影响外,还与试件的尺寸、形状以及试验方法有关。由于欧桥规采用的立方体标准试件和中桥规一致,均为 150 mm 150 mm 150 mm 的立方体试件,且保证率均为 95%,因此可以直接建立两规范之间的对应关系。a 抗压强度标准值。欧洲规范采用 150 mm 300 mm 圆柱体抗压强度作为抗压设计的力学指标,中国规范采用 150 mm 150 mm 300 mm 棱柱体轴心抗压强度作为设计依据,本文均采用
9、符号 fck表示。对应相同的立方体抗压强度,混凝土的抗压强度标准值的取值对比如表 1 所示。表 1中欧规范混凝土抗压强度标准值对比立方体抗压强度标准值欧洲规范混凝土强度等级混凝土抗压强度标准值(a)中国规范混凝土强度等级混凝土抗压强度标准值(b)相比差值/%(a b)/b25C20/C2520C251717 630C25/C3025C302025 035C3523 537C30/C373040C402745C35/C4535C453016 750C40/C5040C5033 519 455C45/C5545C553721 660C50/C6050C604025 067C55/C675575C6
10、0/C756085C70/C8570从表 1 可以看出,在混凝土标号相同条件情况下,中桥规规定的抗压强度标准值比欧桥规对应的值均低,最大的低约 25%。b 抗拉强度标准值。中欧规范中均以测试的劈裂抗拉强度换算为轴心抗拉强度,并以轴心抗拉强度作为抗拉设计的力学指标。二者不同的是,欧洲规范中定义了 fctk,0 05和 fctk,0 95两个抗压强度标准值分别代表混凝土抗拉强度概率分布的 5%和 95%分位值,用于混凝土抗拉强度起重要作用和不起主要作用的情况,中国规范的抗拉强度标准值为抗压强度概率分布的 5%分位值(见表 2)。从表 2 可以看出,混凝土标号相同等级情况下,欧洲规范规定的抗拉强度标
11、准值比我国规范对应的值均低,最大低 22 4%。表 2中欧规范混凝土抗拉强度标准值对比立方体抗压强度标准值欧洲规范混凝土强度等级抗拉强度标准值 fctk,0 05(a)抗拉强度标准值 fctk,0 95(b)中国规范混凝土强度等级抗拉强度标准值(c)相比差值/%(a c)/c25C20/C25155287C25222530C25/C3018333C302218235C352537C30/C3720337740C402745C35/C45225417C452922450C40/C50246456C503120655C45/C55266493C553319460C50/C60285529C6035
12、18667C55/C6729554875C60/C7530556685C70/C853235993强度设计值对比31抗压、抗拉强度设计值混凝土强度设计值是经可靠度校准后的用于结构极限状态设计的混凝土材料强度指标。欧桥规给出的桥梁结构混凝土抗压强度设计值、抗拉强度设计值与相应标准值的关系为:fcd=ccfckC,fctd=ctfctk,0 05C。其中,C为混凝土材料的强度分项系数,综合考虑了抗力计算模型不确定性分项系数和材料特性分项系数;cc为考虑抗压强度长期效应及加载方式不利影响的系数,取值范围为 0 8 1 0,具体由国家附录规定,欧规中桥梁结构的推荐值为 0 85,对于构件抗剪设计,可取
13、1 0。ct为考虑抗拉强度长期效应及加载方式不利影响的系数,取值范围为 0 8 1 0,具体由国家附录规定,欧规中桥梁结构的推荐值为 1 0(同样适用于抗剪设计),某些特殊情况下取 085,如压杆 拉杆模型。欧洲规范中关于混凝土的强度分项系数取值如表 3所示。表 3混凝土强度分项系数设计状态设计状况C承载能力极限状态持久与短暂设计状况1 5偶然设计状况1 2疲劳1 5正常使用极限状态1 0中桥规根据混凝土梁的目标可靠指标校准分析,取材料分项系数 C=135,混凝土抗压强度标准值按下式计算:fcd=fck/1 35。中桥规混凝土抗拉强度设计值 fctd的取值考虑到抗拉强度较抗压强度的离散性要大,
14、为偏于安全,混凝土抗拉强度的材料分项系数取为 1 5,计算关系式如下:fcd=fck/1 5。根据上述可得中国规范不同等级的混凝土强度设计值根据 铁路桥涵设计规范(极限状态法)取值,需要注意的是,在计算现浇钢筋混凝土轴心受压及偏心受压构841第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑件时,如截面长边或直径小于 30 cm,则下表混凝土强度设计值应乘以系数 0 8;当构件质量(如混凝土成型、截面和轴线尺寸等)确有保证时,可不受此限制。32对比分析强度设计值是由材料的标准值以及材料分项系数结合得到,欧洲规范在计算强度设计值时引入系数 cc和 ct以将抗压和抗拉强度长期效应及加载方
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