中华人民共和国行业标准公路圬工桥涵设计规范JTG D61—2005 1
主编单位：中交公路规划设计院
批准部门：中华人民共和国交通部
实施日期：2005年11月01日
关于发布《公路圬工桥涵设计规范》
(JTG D6l一2005)的公告
第12号
现发布《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)，自2005年11月1日起施行，原《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022--85)同时废止。
《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中第3．2．1、3．3．1、3．3．2、3．3．3、3．3．4、4．0．3、4．0．4、5．3．4为强制性条文，必须按照国家有关工程建设标准强制性条文的有关规定严格执行。《工程建设标准强制性条文》(公路工程部分)2002版中关于《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022--85)的强制性条文同时废止。
《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)由中交公路规划设计院负责编制，规范的解释权和管理权归交通部，日常解释及管理工作由中交公路规划设计院负责。
请各有关单位在实践中注意积累资料，总结经验，及时将发现的问题和修改意见函告中交公路规划设计院(地址：北京市东四前炒面胡同33号，邮政编码：100010，联系电话：010--65279988转1210分机)，以便修订时参考。
特此公告。
中华人民共和国交通部
二OO五年八月十六日
前 言
本规范系根据中华人民共和国交通部交公路发[1999]739号文《关于下达1999年度公路建设标准规范、定额等编制、修订工作计划的通知》的要求，对《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022--85)进行修订而成，并根据本规范编制大纲审查会议纪要的精神，将规范名称改为《公路圬工桥涵设计规范》。
在修订过程中，规范修订组吸取了国内有关单位的研究成果和实际工程设计经验，借鉴了国际先进的标准规范，与国内相关规范作了比较和协调。在规范条文初稿编写完成以后，通过多种方式广泛地征求了有关单位和个人的意见，对规范的主要内容进行了试算比较，经反复讨论、修改和充实，最后由交通部会同有关部门审查定稿。
修订后的规范共有7章2个附录，修订的主要内容包括：
1．按《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB／T 50283-1999)的规定，采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法。
2．按《工程结构设计基本术语和通用符号》(GBJl32--90)的规定，修改了符号并列出了基本名词术语。
3．增加了有关加筋土桥台方面的内容。
4．在材料方面，取消了砖材料，采用了新的符合国家标准的石材、混凝土和砂浆强度等级。按极限状态设计方法，制定了各种材料的强度设计值。
5．适度提高了材料最低强度等级的规定，提出了耐久性要求。
6．对原规范圬工偏心受压计算作了适当修正和改进。
请有关单位在执行本规范的过程中，注意总结经验，积累资料，随时将问题和建议函告中交公路规划设计院(北京东四前炒面胡同33号，邮编100010)，以供再次修订时参考。
本规范主编单位：中交公路规划设计院
本规范参编单位：长安大学、湖南省交通规划勘察设计院、四川省交通厅公路规划勘察设计研究院
本规范主要起草人：鲍卫刚、李扬海、袁伦一、胡大琳、张贵明、胡建华、范远才
1 总 则
1．0．1 为在圬工桥涵设计中贯彻执行国家的技术经济政策，合理地选择桥涵结构方案和建筑材料，做到技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理，制定本规范。
1．0．2 本规范适用于一般公路圬工桥涵的结构设计。
1．0．3 本规范根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》(CB／T 50283)规定的原则与方法制订。
1．0．4 采用本规范进行公路圬工桥涵的结构设计时，尚应符合相关国家标准、规范的规定。
2 术语和符号
2．1 术语
2．1．1 圬工桥涵 masonry bridge and culvert
以石材或混凝土包括以其块件和砂浆或小石子混凝土结合而成的砌体作为建筑材料，所建成的桥梁和涵洞。
2．1．2 极限状态 limit state
整体结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态为该功能的极限状态。
2．1．3 材料强度标准值 characteristic value of material strength
设计结构构件时采用的材料强度的基本代表值。该值可根据符合规定标准的材料，取其强度概率分布的0．05分位值确定。
2．1．4 材料强度设计值 design value of material strength
材料强度标准值除以材料强度分项系数后的值。
2．1．5 作用 action
施加在结构上的集中力或分布力，如汽车、结构的自重等，称为直接作用，也称为荷载；引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、基础不均匀沉降、温度变化等，称为间接作用。两者统称为作用。
2．1．6 作用标准值characteristic value of an action
作用的主要代表值。其值可根据设计基准期内最大概率分布的某一分位值确定。
2．1．7 作用效应 effect of an action
结构所受作用的反应，称为作用效应。如由作用产生的结构或构件的轴向力、弯矩、剪力、应力、裂缝和变形等。
2．1．8 安全等级 safety class
为使桥涵具有合理的安全性，根据桥涵结构破坏所产生后果的严重程度而划分的设计安全等级。
2．1．9 结构重要性系数 coefficient for importance of a structure
对不同安全等级的结构，为使其具有规定的可靠度而采用的作用效应附加的分项系数。
2．1．10 分项系数 partial safety factor
为保证所设计的结构或构件具有规定的可靠度，在结构极限状态设计表达式中采用的系数。分为作用分项系数和材料分项系数等。
2．2 符号
2．2．1 材料性能
MU--石材强度等级；
C--混凝土强度等级；
M--砂浆强度等级；
fck、fcd--石材、混凝土、砌体轴心抗压强度标准值、设计值；
ftk、ftd --砌体轴心抗拉强度标准值、设计值；
ftmk、ftmd---石材、混凝土、砌体弯曲抗拉强度标准值、设计值；
fvk、fvd--混凝土、砌体直接抗剪强度标准值、设计值；
Ec--混凝土受压弹性模量；
Gc--混凝土剪变模量；
Em--砌体受压弹性模量；
Gm--砌体剪变模量。
2．2．2 作用效应
Nd--计入作用分项系数后的轴向力设计值；
Md--计入作用分项系数后的弯矩设计值；
Vd--计入作用分项系数后的剪力设计值。
2．2．3 几何参数
A--截面面积；
Al--局部承压面积；
Ab--局部承压计算底面积；
W-截面弹性抵抗矩；
S--截面面积矩；
e--轴向力的偏心矩；
s--截面重心至偏心方向截面边缘的距离；
i--弯曲平面内的截面回转半径；
r--圆形截面半径；
h--矩形截面高度；
b--矩形截面宽度；
l--构件支点间长度或跨径；
l0--构件计算长度；
ln--净跨径；
La--拱轴线长度。
2．2．4 计算系数
γ0--结构重要性系数；
φ--砌体构件受压承载力影响系数、混凝土轴心受压构件弯曲系数或拱脚处拱轴线的切线与跨径的夹角；
m--截面形状系数或悬链线拱拱轴系数；
β--混凝土局部承压强度提高系数；
μf--摩擦系数
3 材 料
3．1 材料强度等级
3．1．1 石材、混凝土和砂浆的强度等级，应按下列规定采用：
1 石材强度等级：MUl20、MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30。
2 混凝土强度等级：C40、C35、C30、C25、C20、C15。
3 砂浆强度等级：M20、M15、M10、M7．5、M5。
注：(1)石材强度等级采用边长70mm的含水饱和的立方体试件的抗压强度(MPa)表示。抗压强度取三块试件平均值。
(2)混凝土强度等级的定义见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D26-2004)。
(3)砂浆的强度等级采用边长70．7mm的标准立方体试件28d抗压强度(MPa）表示。抗压强度取三块试件平均值。
3．1．2 不同尺寸的石材试件强度换算系数及石砌体的分类可按附录A的规定采用。
3．2 材料基本要求
3．2．1 公路圬工桥涵结构物所使用的材料的最低强度等级应符合表3．2. 1的规定。
3．2．2 片石混凝土为混凝土中掺入不多于其体积20％的片石，片石强度等级不应低于混凝土强度等级和本规范第3．2．1条规定的石材最低强度等级。片石混凝土各项强度、弹性模量和剪变模量可按同强度等级的混凝土采用。
3．2．3 累年最冷月平均温度低于或等于-10℃的地区，所用的石材抗冻性指标应符合表3．2．3的规定。
3．2．4 石材应具有耐风化和抗侵蚀性。用于浸水或气候潮湿地区的受力结构的石材的软化系数不应低于0．8。
注：软化系数系指石材在含水饱和状态下与干燥状态下试块极限抗压强度的比值。
3．2．5 结构混凝土应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)关于结构混凝土耐久性的要求。
3．3 材料设计指标
3．3．1 石材强度设计值应按表3．3．1的规定采用。
3．3．2 混凝土强度设计值应按表3．3．2规定采用。
3．3．3 砂浆砌体抗压强度设计值规定如下：
1 混凝土预制块砂浆砌体轴心抗压强度设计值fcd应按表3．3．3．1的规定采用。
2 块石砂浆砌体轴心抗压强度设计值fcd应按表3．3．3-2的规定采用。
3 片石砂浆砌体轴心抗压强度设计值fcd应按表3．3．3-3的规定采用。
4 各类砂浆砌体的轴心抗拉强度设计值ftd、弯曲抗拉强度设计值ftmd和直接抗剪强度设计值fvd应按表3．3．3-4的规定采用。
5 施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度，可按砂浆强度为零进行验算。
3．3．4 小石子混凝土砌块石、片石砌体强度设计值应分别按表3．3．4-1和表3．3．4-2及表3．3．4．3的规定采用。
3．3．5 混凝土及各类砌体的受压弹性模量、线膨胀系数和摩擦系数，应分别按表3．3．5-1～表3．3．5-4的规定采用。混凝土和砌体的剪变模量Gc和Gm分别取其受压弹性模量的0．4倍。
3．3．6 混凝土收缩应变可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定计算。
4 构件设计与计算
4．0．1 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，采用分项系数的设计表达式进行计算。
4．0．2 圬工桥涵结构应按承载能力极限状态设计，并满足正常使用极限状态的要求。
注：根据圬工桥涵结构的特点，其正常使用极限状态的要求，一般情况下可由相应的构造措施来保证。
4．0．3 圬工桥涵结构的承载能力极限状态，应按表4．0．3规定的设计安全等级进行设计。
4．0. 4 公路圬工桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用下列表达式：
4．0．5 砌体(包括砌体与混凝土组合)受压构件，在本规范表4．0．9规定的受压偏心距限值范围内的承载力应按下列公式计算：
4．0．6 砌体偏心受压构件承载力影响系数φ，按下列公式计算：
4．0．7 计算砌体偏心受压构件承载力的影响系数φ时，构件长细比βx、βy按下列公式计算：
4．0．8 混凝土偏心受压构件，在本规范表4．0．9规定的受压偏心距限值范围内，当按受压承载力计算时，假定受压区的法向应力图形为矩形，其应力取混凝土抗压强度设计值，此时，取轴向力作用点与受压区法向应力的合力作用点相重合的原则(图4．0．8)确定受压区面积Ac。受压承载力应按下列公式计算：
2 双向偏心受压
受压区高度和宽度，应按下列条件确定[图4．0．8b）]：
4．0．9 砌体和混凝土的单向和双向偏心受压构件，除符合本规范第4．0．10条的规定外，其受压偏心距e的限值应符合表4．0．9的规定。
4．0．10 当轴向力的偏心距e超过本规范表4．0．9偏心距限值时，构件承载力应按下列公式计算：
按弹性模量比换算截面面积、弹性抵抗矩(或惯性矩)，可参见本规范第4．0．6条的规定。
4．0．11 混凝土截面局部承压的承载力应按下列公式计算：
4. 0．12 结构构件正截面受弯时，应按下列公式计算：
4. 0．13 砌体构件或混凝土构件直接受剪时，应按下列公式计算：
4．0．14 对多阶段受力的组合构件，应分别验算各阶段的承载能力。
5 拱桥
5．1 拱桥计算
5．1．1 拱上建筑为梁(板)式结构的拱桥的计算，不应考虑拱上建筑与主拱圈的联合作用；拱上建筑为拱式结构的拱桥的计算，可考虑拱上建筑与主拱圈的联合作用。当采用公路-I级、公路一Ⅱ级车道荷载计算拱的正弯矩时，自拱顶至拱跨1／4各截面应乘以0．7折减系数；拱脚截面乘以0．9折减系数；拱跨1／4至拱脚各截面，其折减系数按直线插入法确定。
5．1．2 拱桥设计应优选拱轴线，使拱在作用组合的受力情况下，轴向力的偏心距较小。对大跨径拱桥，如某些截面的结构重力压力线与拱轴线偏离过大，或在结构重力及其所引起的弹性压缩和温度下降、混凝土收缩等作用组合下的纵向偏心距较大时，则应作适当调整，且应考虑拱轴线偏离结构重力压力线引起的偏离弯矩。
5．1．3 拱桥应考虑活载的横向不均匀分布，但实腹式拱桥和拱上建筑为拱式结构的空腹式拱桥或拱上建筑采用墙式墩且活载横桥向布置不超过拱圈以外的拱桥，可考虑活载均匀分布于拱圈全宽。
5．1．4 拱桥应验算各阶段的截面强度和拱的整体"强度一稳定"验算。
1 拱的截面强度验算
拱圈应按本规范第4．0．5条至第4．0．10条验算截面强度。
1)砌体截面的强度验算可按本规范第4．0．5条至第4．0．7条和第4．0．9条至第4．0．10条的规定计算，计算时可不计长细比βx、βy对受压构件承载力的影响，即可令本规范公式(4．0．6-2)和(4．0. 6-3)内βx、βy小于3取为3。
2)混凝土截面的强度验算可按本规范第4．0．8条至第4．0．10条的规定计算，计算时可取混凝土轴心受压构件弯曲系数φ为1．0。
2 拱的整体"强度一稳定"验算
拱圈应按本规范第4．0．5条至第4。0．9条进行拱的整体"强度一稳定"验算。按本规范公式(4．0．7-1)和(4．0．7-2)计算砌体构件长细βx、βy和按本规范表4．0．8查取混凝土轴心受压构件弯曲系数φ值时，拱圈纵向(弯曲平面内)计算长度l0，三铰拱为0．58La、双铰拱为0．54La、无铰拱为0．36La，La为拱轴线长度；拱圈横向(弯曲平面外)计算长度l0见表5. 1. 4。
轴向力偏心距可取与水平推力计算时同一荷载布置的拱跨1／4处弯矩设计值Md除以Nd。
1)砌体拱可按本规范第4. 0．5条至第4．0．7条规定计算。如符合本规范第5. 1．1条规定，考虑拱上建筑与拱圈的联合作用时，纵向长细比βy对构件承载力的影响系数φy可不考虑，即令βy小于3取为3。
2)混凝土拱可按本规范第4．0．8条规定计算。如符合本规范第5．1．1条规定，考虑拱上建筑与拱圈的联合作用时，纵向稳定可不予考虑，即可取纵向轴心受压构件弯曲系数φ=1．0。
3)当板拱拱圈宽度等于或大于1／20计算跨径时，砌体拱可不考虑横向长细比βx对构件承载力的影响，即令βx小于3取为3；混凝土拱可不考虑横向稳定，即可取横向轴心受压构件弯曲系数φ=1．0。
5．1．5 施工阶段验算时，构件自重效应分项系数取为1．2，施工附加荷载效应分项系数取为1．4。当按承载能力极限状态设计时，作用分项系数按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60--2004)的规定取用。
5. 1．6 计算风力或离心力引起的拱脚截面的作用效应时，可按以下假定计算：
1 拱圈视作两端固定的水平直梁，其跨径等于拱的计算跨径，全梁平均承受风力或离心力，计算梁端弯矩M1。
2 拱圈视作下端固定的竖向悬臂梁，其跨径等于拱的计算矢高，悬臂梁平均承受1／2拱跨的风力，在梁的自由端承受1／2拱跨的离心力，计算固定端弯矩M2。
3 拱的计算弯矩M为上述两项弯矩在垂直于曲线平面内拱脚截面上的投影之和：
5．1．7 多跨无铰拱桥应按连拱计算。当桥墩抗推刚度与主拱抗推刚度之比大于37时，可按单跨拱桥计算。
5．1．8 计算拱圈的温度变化和混凝土收缩影响时，作用效应可乘以下列系数：
温度作用效应：0．7；
混凝土收缩作用效应：0．45。
5．1．9 箱形截面拱的设计应考虑：
1 设计水位(当洪水淹没拱脚)时，漂浮物对拱圈边腹板的撞击力。
2 箱室内外温差作用效应。当无可靠资料时，箱室内外温差可按不低于5℃计算。
5．1．10 计算超静定拱桥由相邻墩台引起的不均匀沉降或桥台水平位移引起的作用效应时，其计算作用效应可乘以0．5的折减系数。
5．1．11 拱桥应按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规定的作用短期效应组合，在一个桥跨范围内的正负挠度的绝对值之和的最大值不应大于计算跨径的1／1000。