第3期(总第263期）域命i祈5衫決
2021 年 3 月U R B A N R O A D S B R ID G E S &FL O O D C O N T R O L桥梁结构D O I:10.16799/jki.csdqyfh.2021.03.018 韩雄刚
(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市300000)
摘要：在美国公路桥梁设计规范“AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2017-8th Edition”的基础上，采用 美国本土桥梁设计软件CSI Bridge，从强度极限状态、使用极限状态、疲劳极限状态等方面介绍了混凝土桥梁上部结 构的设计验算。
关键词：AASHTO LRFD;CSI Bridge；极限状态；桥梁上部结构
中图分类号：U441 文献标志码：A文章编号：1009-7716(2021 )03-0059-03
0引言
美国公路桥梁设计规范AASHTO LRFD Bridge
Design Specifications 2017-8th E d itio n(简称A A S H-
TO L R F D规范）为目前现行美国桥梁设计的最新规
范，相比之前版本有较大变化，我国现行《公路钢筋
混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT G3362—2018)许多条文均参考了AASHTO L R F D规范。很 多国内设计院对于按照AASHTO L R F D规范设计桥 梁还比较陌生，且用美标设计桥梁存在许多难点。本 文通过按美标设计T梁的流程来介绍AASHTO L R F D规范，以期为国内设计院走出国门、承揽按美 标设计的桥梁项目提供技术参考和借鉴。
1工程概况
本工程为某高速公路项目，标准跨径以30 m简 支结构为主，上部结构采用预应力混凝土T梁，桥梁 全宽20.56 m，横桥向由6片中梁和2片边梁组成，横 向设置2道端横隔板和3道中横隔板，间距7.04 m。梁顶设置2.5%横坡，梁底水平。梁高1.7 m，跨中腹 板厚0.2 m，支点腹板厚0.5 m，翼缘厚度为0.25 m ~ 0.16m，马蹄宽度为0.5 m，湿接缝宽度为0.6 m，悬 臂长为1.08 m，中梁和边梁的T梁断面见图1。
2设计标准及规范
(a)中梁 （b)边梁
图1中梁和边梁断面（单位：m m)
第8版，简称AASHTO L R F D规范）。
(2)S ta n d a r d Specifications for Highway Bridges 2012,17th E d iti〇n(美国高速公路桥梁设计规范2012，
第17版）。
(3)A A S H T0G uide Specifications for LRFD S eis
mic Bridge D esign一2015 (美国桥梁抗震设计规范一 2015)。
(4) LRFD Bridge C onstruction S pecifications 2017-4th E d itio n(美国桥梁施工技术规范-第4版）。
(5)S tandard Specification for S tru ctu ral Steel for Bridges 2015(2015美国桥梁结构用钢标准规范）。
(6)ASTM A615 / A 615M—2016(美国材料标准 规范_2016)。
(7)ASTM A416/ A416M_2017(美国材料标准规 范一.2017)。
(8)ACI318M — 2005(美国混凝土结构建筑规范一2005)。
(1)A A S H T0LRFD Bridge Design S p ecifica- tions 2017-8th Edition (美国公路桥梁设计规范-
收稿曰期：2020-08-04
sofa评分作者简介：韩雄刚（1982—)，男，硕士.高级工程师，从事
桥梁设计工作。3设计材料
3.1混凝土材料
混凝土材料指标按AASHTO L R F D规范取值，见表1。
韩雄刚：基于A A SH T O规范的混凝土桥梁上部结构设计2021年第3期表1混凝土材料指标表
构件名称等级
抗压强
度 /M P a
抗拉强
度 /M P a
热膨胀系数
IX r'
弹性模
量 /M P a
泊松比
T梁P40 3.8210.8 x 1〇-631 4190.2
铺装
混凝土
A40 3.8210.8 x 1〇-631 4190.2护栏A35 3.5710.8 x 1〇-629 7350.2 3.2钢筋
钢筋需要满足AASHTO M31(A S T M A615 —2016)60级的相关规定，可焊接钢筋的屈服强度至少 414M P a，钢筋须为可焊接钢筋，钢筋焊接应遵守ANSI/AW S 规定。
3.3预应力钢筋
本工程采用满足AASHTO M203(A STM A416—2017 )规定的无涂层、低松弛的7丝钢绞线，其极限 抗拉强度为1860 M P a。预应力钢筋的弹性模量基于 公称横截面面积，可取为197 000 M P a，张拉控制应式中：为温度变化引起的位移；《为线膨胀系数；l为桥梁一联全长；r M a x D e s is…为设计最咼温度；r M i…D e s ig…为设计最低温度；r M a x D l:sig n与r M in D6S i g I I根据当地气温确 定。
4.4温度梯度
计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，需 根据桥梁所处区域查表确定正温度梯度最高和最低 温度，或根据当地条件确定。
负温度梯度由正温度梯度乘以系数确定，该系数 根据桥面铺装层确定：混凝土铺装时取-0.3，沥青混 凝土铺装时取-0.2。
4.5疲劳荷载
疲劳荷载应按AASHTO L R F D规范规定的1辆 设计货车或其各轴确定，但2个145 k N轴之间的间 距为恒值9 m，汽车荷载应考虑动荷载增计值。
5验算过程
力为1395 M P a。
4设计荷载
4.1恒载
4.1.1自重(D C)
根据AASHTO LRFD 规范第3.5.1 条表3.5.1-1, 素混凝土容重取y=24.0k N/m3，钢筋混凝土的重量考虑钢筋及其他影响，取7=26.0kN/m3。
4.1.2二期桥面铺装（D W)
沥青混凝土容重取7=23.0kN/m3，防水混凝土 容重取y=26.0 kN/m3，铺装层荷载为3.23 kN/m2。防 撞护栏按10.4 k N/m计。
4.2汽车活载（LL)
AASHTO L R F D规范将作用在桥面和附属结构上的汽车荷载定名为H L-93，包括以下3种情况：
(1) 3 轴货车荷载（35 k N、145 k N、145 k N)。
(2)设计双轴（110 k N，轴距1.2 m)。
CO2封存(3)车道荷载(9.34 k N/m，车道宽3 m)。
设计货车或双轴的静力效应（不包括离心力及制动力）考虑动荷载增计值。
4.3整体温度
选举与治理桥梁整体温度计算分整体升温和整体降温，整 体温差引起的内力按AASHTO L R F D规范采用下式计算:
^T-CxL(y T^MaxDesign
2008年奥运会会徽根据AASHTO L R F D规范，各极限状态分别为：强度极限组合I~1V、使用极限状态I~1V、疲劳极限 状态丨~n和偶然极限状态丨〜n ，比我国现行《公路 桥涵设计通用规范》(JT G D60—2015)的极限状态要多一个疲劳极限状态。
结合桥梁图纸，采用CSI B r i d g e美国本土桥梁 设计软件建立l x30 m T梁有限元模型，模型中有 630个节点，16个框架单元，24根钢束和259个壳 单元。软件内部提供了按AASHTO L R F D规范或按 有限元模型计算横向分布系数的方法，由于按A ASHTO L R F D规范计算横向分布系数有其局限性，所
以此次计算采用有限元模型来计算横向分布系数％ 将荷载和边界条件施加到有限元模型上以后，就可 以对模型进行求解并按AASHTO L R F D规范进行验 算。
我的职业选择5.1疲劳极限状态验算
疲劳极限状态组合0.8 (L L+I M)(其中L L为汽 车荷载效应，I M为汽车荷载增计值）下，主梁的弯矩 为0.8 x (1018.4+0.33x 1018.4)=1083.6kN -m; 预应力应力幅为119.4 M P a< 125 MPa (125M P a为 AASHTO L R F D规范中5.5.3.3条的指标）〇
5.2抗弯验算
针对各梁最大弯矩，采用CSI B r i d g e软件的验 算结果见图2。
图2中阴影部分为最大和最小荷载效应，上下2
2〇2丨年第3期韩雄刚：基于A A SH T O规范的混凝土桥梁上部结构设计衫珙
>»es
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
梁长/m
图2上部T梁正截面抗弯承载能力结果图形
条边界线为结构实际抗力线；阴影部分位于上下抗 力线内部，说明结构满足AASHTO L R F D规范要求。
5.3抗剪计算
高温氧化铝针对各梁剪力，采用CSI B r i d g e软件的验算结 果见图3(图中D/C为剪力效应与抗力的比值）。
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
梁长/m
图3上部T梁抗剪结果图形
由图3可见，D/C最大值为0.3596，最小值为 0.062，均小于1，满足AASHTO L R F D规范要求。5.4使用极限状态下抗裂验算
T梁顶部拉应力验算见图4，T梁底部拉应力验 算见图5。
梁长/m
图4 T梁顶部拉应力验算结果图形
is'W ut--«db
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
梁长/m
图5 T梁底部拉应力验算结果图形
由图4可知，T梁顶部最大拉应力为0.3127MPa, 最大压应力为4.629M P a，均介于上下限值以内，满 足AASHTO L R F D规范要求。
由图5可知，T梁底部最大拉应力为0.808 3 MPa, 最大压应力为9.44M P a，均介于上下限值以内，满
足AASHTO L R F D规范要求0
5.5预应力筋的应力验算
中梁和边梁的有效预应力验算见表2。
表2中梁和边梁的有效预应力表
梁名称钢束名
张拉前应力
/M P a
张拉后应力
/M P a
有效预应力
/M P a
N11 3951 317.9881180.093边梁N21 3951 318.2571180.362
N31 3951 323.3901185.495
N11 3951 317.9881180.093中梁N21 3951 318.2571180.362
N31 3951323.3901185.495由表2可知：边梁和中梁的N1、N2、N3钢束有 效预应力均小于AASHTO L R F D规范所规定的0.72/p u=l 339.2M P a(/pu为抗拉强度），满足该规范要求。
5.6挠度验算
活载挠度根据AASHTO L R F D规范计算，上部 结构挠度见图6。
图6上部结构挠度图（单位：m m>
由图6可见，上部结构最大挠度为22.1 m m，小 于AASHTO LRFD 规范规定的L/800=36.4mm 限 值，满足AASHTO L R F D规范要求。
6结语
从材料、荷载、荷载组合及验算项目等方面对现行AASHTO L R F D规范进行了介绍，并采用美国本
土桥梁设计软件CSI B r id g e分析验算了1座1X30 m 预应力混凝土T梁桥。通过分析发现，美标桥梁的设 计流程与国内桥梁设计流程基本一致，最大区别在 于材料指标取值的不同，而对于桥梁结构需要控制 的主要因素基本相同。美国现行AASHTO L R F D规 范较我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》在桥梁各部位的控制指标上更加全面和细致，值得学习借鉴。
参考文献：
[1]章娜娜，孙水生，卢稳健.公路桥梁荷载横向分布系数综述m.四川
建筑，2009,29(6M48-150.
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