TB10092-2017_铁路桥涵混凝土结构设计规范_铁路规范.pdf

UDC 中华人民共和国行业标准 TB TB 10092－2017 P J 462－2017 铁路桥涵混凝土结构设计规范 Code for Design of Concrete Structures of Railway Bridge and Culvert 2017-01-02 发布 2017-05-01 实施 国 家 铁 路 局 发布 中华人民共和国行业标准 铁路桥涵混凝土结构设计规范 Code for design of concrete structures of railway bridge and culvert TB10092－2017 J 462－2017 主编单位中铁工程设计咨询集团有限公司 批准部门国家铁路局 施行日期2017 年 05 月 01 日 版本版本1951 年 12 月第 1 版 1958 年 11 月第 2 版 1975 年 6 月第 3 版 1986 年 10 月第 4 版 1996 年 8 月第 5 版 2000 年 1 月第 6 版 2005 年 8 月第 7 版 2017 年 1 月第 8 版 中 国 铁 道 出 版 社 2017 年 北京 1 前 言 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （TB10002.3-2005）和铁 路桥涵混凝土和砌体结构设计规范 （TB10002.4-2005）发布以来，我国铁路尤其高速 铁路建设取得了举世瞩目的成就，京沪、京广、郑西、哈大等高速铁路，宜万、太中银 等客货共线铁路，山西中南部通道、蒙华等重载铁路，珠三角及武汉城市圈城际铁路等 大批铁路项目相继建成通车，完善了路网结构，增加了铁路运输服务的有效供给。经过 十多年的积极探索和创新实践，我国铁路桥梁建造技术取得重大突破，已跻身世界先进 行列。南京大胜关长江大桥、武汉天兴洲长江大桥等一批深水、大跨、特殊地质条件、 复杂结构形式桥梁的成功建设，自主研发的大吨位箱梁成套技术的广泛应用，为进一步 完善铁路桥梁技术标准积累了丰富经验，奠定了坚实基础。 本规范根据国家铁路局构建铁路工程建设标准体系要求， 为满足铁路桥涵建设和发 展需要，统一铁路桥涵设计标准，提高铁路桥涵设计水平，保障铁路桥涵安全与质量， 在原规范的基础上，总结近年来我国高速、城际、客货共线和重载铁路桥涵建设、运营 的实践经验和科研成果，全面修订而成。 本规范贯彻落实了安全优先的原则，强化了质量安全、节约资源、保护环境等技术 要求，并结合我国国情、经济社会发展水平、环境条件等因素，合理确定了不同运输性 质类型、不同速度等级铁路桥梁的主要设计标准，进一步提升了规范的科学性和技术经 济合理性。 本规范共分 9 章，主要内容包括总则、术语和符号、材料、设计基本规定、素混 凝土与砌体结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、支座、既有线顶进桥涵，另有 5 个附录。 本次修订的主要内容有 1. 整 合 修 订 了 铁 路 桥 涵 钢 筋 混 凝 土 和 预 应 力 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 （TB10002.3-2005）和铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范 （TB10002.4-2005） 。 2.修订了规范适用范围，适用于高速、城际、客货共线Ⅰ级和Ⅱ级铁路、重载铁路 桥涵结构设计。 3.修订了 HRB400、HRB500 钢筋材料要求、强度、容许应力、疲劳应力、弹性模 量等相关设计参数。 4.修订了钢筋混凝土结构裂缝计算公式。 2 5.修订了 HRB400、HRB500 钢筋标准弯钩及锚固长度取值，修订了钢筋混凝土受 弯构件和受压构件最小配筋率。 6.修订了混凝土箱梁梯度温差的相关规定。 7.修订了预应力筋管道间距的构造要求。 8.修订了桥面板整体连接的工字形或 T 形截面分片式结构的构造要求。 9.增加了箱梁有效宽度折减系数。 10.根据铁路混凝土结构耐久性设计规范的相关规定，修订了钢筋混凝土结构裂 缝宽度容许值。 11.增加了钢筋混凝土桥墩防车辆撞击构造要求。 12.修订了箱梁构造设计的内容。 13.增加了球型钢支座相关设计内容。 在执行本规范过程中，希望各单位结合工程实践，认真总结经验，积累资料。如发 现需要修改和补充之处， 请及时将意见和有关资料寄交中铁工程设计咨询集团有限公司 （北京市丰台区广安路 15 号， 邮政编码 100055） ， 并抄送中国铁路经济规划研究院 （北 京市海淀区北蜂窝路乙 29 号，邮政编码100038） ，供今后修订时参考。 本规范由国家铁路局科技与法制司负责解释。 主编单位主编单位中铁工程设计咨询集团有限公司 参编单位参编单位铁道第三勘察设计院集团有限公司、中国中铁二院工程集团有限责任公 司。 主要起草人主要起草人徐升桥、刘永锋、沈平、高静青、苏伟、陈列、高策、张莉、周四思、 杜宝军、鄢勇、曾玲、鲁昭、王德华、李辉、余鹏、简方梁、林辉、王爱霞。 主要审查人主要审查人殷宁骏、吴少海、刘燕、薛吉岗、陈克坚、王召祜、赵会东、杨鹏健、 韩晓强、王芳、鄢勇、王新国、彭华春、宁伯伟、桂婞。 3 目次 1 总则 ...................................................................................................................................... 1 2 术语和符号 .......................................................................................................................... 2 2.1 术语 ........................................................................................................................... 2 2.2 符号 ........................................................................................................................... 4 3 材料 ...................................................................................................................................... 7 3.1 混凝土 ....................................................................................................................... 7 3.2 石料、水泥砂浆和砌体 ......................................................................................... 10 3.3 钢筋 ......................................................................................................................... 11 4 设计基本规定 .................................................................................................................... 16 4.1 一般要求 ................................................................................................................. 16 4.2 板的计算 ................................................................................................................. 16 4.3 梁的计算 ................................................................................................................. 17 4.4 刚架的计算 ............................................................................................................. 20 4.5 墩台的计算 ............................................................................................................. 21 4.6 拱桥的计算 ............................................................................................................. 21 4.7 涵洞的计算 ............................................................................................................. 21 5 素混凝土与砌体结构 .......................................................................................................... 23 5.1 一般要求 ................................................................................................................... 23 5.2 计算 ......................................................................................................................... 24 5.3 构造 ......................................................................................................................... 27 6 钢筋混凝土结构 ................................................................................................................ 29 6.1 一般要求 ................................................................................................................. 29 6.2 计算 ......................................................................................................................... 30 6.3 构造 ......................................................................................................................... 38 7 预应力混凝土结构 ............................................................................................................ 44 7.1 一般要求 ................................................................................................................. 44 7.2 强度计算 ................................................................................................................. 45 7.3 运营阶段的结构计算 ............................................................................................. 53 4 7.4 预加应力、运送及安装阶段的结构计算 ............................................................. 71 7.5 构造 ......................................................................................................................... 76 8 支座 .................................................................................................................................... 79 8.1 一般要求 ................................................................................................................. 79 8.2 材料 ......................................................................................................................... 80 8.3 计算 ......................................................................................................................... 83 8.4 构造 ......................................................................................................................... 88 9 既有线顶进桥涵 ................................................................................................................ 89 9.1 一般要求 ................................................................................................................. 89 9.2 计算 ......................................................................................................................... 89 9.3 构造 ......................................................................................................................... 90 附录 A 预应力混凝土结构体系转换后弯矩重分布的计算 .............................................. 92 附录 B 混凝土箱梁温差应力计算 ...................................................................................... 96 附录 C 预应力混凝土受弯构件斜截面强度检算 ............................................................ 103 附录 D 后张法预应力混凝土梁预应力筋反向摩阻计算 ................................................ 106 附录 E 预应力混凝土受弯构件消压后开裂截面应力计算 ............................................ 108 本规范用词说明 ..................................................................................................................... 111 条文说明 ................................................................................................................................ 112 1 1 总则 1.0.1 为统一铁路桥涵混凝土结构设计标准，使设计符合安全可靠、先进成熟、经济适用 的要求，制定本规范。 1.0.2 本规范适用于铁路桥涵的砌体、素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计。 1.0.3 桥涵混凝土结构设计应符合现行铁路桥涵设计规范 （TB 10002） 、 铁路工程抗 震设计规范 （GB50111）及铁路混凝土结构耐久性设计规范 （TB10005）的有关规 定。 1.0.4 桥涵结构的强度、刚度和稳定性，应满足轨道平顺性、列车运行安全性和旅客乘坐 舒适性的要求。 1.0.5 桥涵混凝土主体结构的设计使用年限应为 100 年。 1.0.6 桥涵混凝土结构设计， 除应符合本规范外， 尚应符合国家现行有关强制性标准的规 定。 2 2 术语和符号 2.1 术语 2.1.1 混凝土结构 concrete structure 以混凝土作为主要建筑材料制成的结构，包括素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝 土结构。 2.1.2 砌体结构 block masonry structure 桥涵中以混凝土块或石块用水泥砂浆砌成的结构。 2.1.3 素混凝土结构 plain concrete structure 无筋或不配置受力钢筋的混凝土结构。 2.1.4 钢筋混凝土结构 reinforced concrete structure 配置受力普通钢筋的混凝土结构。 2.1.5 预应力混凝土结构 prestressed concrete structure 配置受力的预应力钢筋并被施加预应力的混凝土结构。 2.1.6 桥跨结构 bridge superstructure 梁桥支承以上或拱桥起拱线以上，跨越桥孔的结构。 2.1.7 简支梁 simply supported beam 一端为纵向活动支座，一端为纵向固定支座的两端支承的梁。 2.1.8 连续梁 continuous beam 两跨或两跨以上梁部连续，由支座支承的梁。 2.1.9 刚架 frame 由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构。 2.1.10 刚构桥 rigid framebridge 桥跨结构与桥墩或桥台刚性连接的桥。 2.1.11 拱桥 arch bridge 以拱圈或拱肋作为桥跨结构的桥。 2.1.12 实体墩台 solid pier and abutment 墩身和台身为实体的桥墩和桥台。 2.1.13 空心墩 hollow pier 墩身有空腔体的桥墩。 3 2.1.14 顶进桥涵 jacked-in bridge or culvert 穿越既有线路用顶进方法施工的桥涵。 2.1.15 铁路涵洞 railway culvert 横穿铁路路基，用以排洪、灌溉或作为通道的建筑物。 2.1.16 盖板涵 slab culvert 洞身由钢筋混凝土盖板、石料或混凝土边墙、基础组成的涵洞。 2.1.17 框架箱涵 frame box culvert 洞身由钢筋混凝土箱形管节组成的涵洞。 2.1.18 圆涵 circle culvert 洞身由钢筋混凝土圆形管节组成的涵洞。 2.1.19 拱涵 arch culvert 洞身顶部呈拱形的涵洞。 2.1.20 支座 bearing 支承桥跨结构，并将其荷载传给墩（台）的构件。 2.1.21 强度 strength 材料或构件受力时抵抗破坏的能力。其值为在一定受力状态下，材料所能承受的最 大应力或构件所能承受的最大内力。 2.1.22 刚度 stiffness 结构或构件抵抗变形的能力。 2.1.23 预应力度 degree of prestressing 结构或构件中，由预加应力所抵消的设计荷载产生的应力的程度。 2.1.24 有效预应力 effective prestress 在计入外部荷载作用之前，扣除各项因素引起的应力损失之后，预应力钢筋中的应 力。 2.1.25 挠度 deflection 在弯矩作用平面内， 结构构件轴线或中面上某点由挠曲引起垂直于轴线或中面方向 的线位移。 2.1.26 预拱度 camber 为抵消桥跨结构在荷载作用下产生的挠度， 在制作时所预留的与挠度方向相反的校 正量。 4 2.1.27 预应力钢筋 Prestressing tendon 用于混凝土结构构件中施加预应力的钢筋、钢丝和钢绞线的总称。 2.1.28 疲劳应力幅 fatigue stress range 在疲劳荷载作用下构件的最大应力与最小应力之差。 2.2 符号 2.2.1 材料性能 c E 混凝土弹性模量 c G 混凝土剪切变形模量 c v 混凝土泊松比 s E 普通钢筋弹性模量 p E 预应力钢筋弹性模量 ctc ff , 混凝土轴心抗压、抗拉极限强度 skpk ff, 预应力钢筋、普通钢筋拉抗强度标准值 ss ff, 普通钢筋抗拉、抗压计算强度 pp ff, 预应力钢筋抗拉、抗压计算强度 [c  ] 中心受压时混凝土的容许应力 [b  ] 弯曲受压及偏心受压时混凝土的容许应力 [1tp  ] 有箍筋及斜筋时混凝土的容许主拉应力 [2tp  ] 无箍筋及斜筋时混凝土的容许主拉应力 [3tp  ] 梁部分长度中全由混凝土承受的主拉应力 [ c ] 纯剪时混凝土的容许剪应力 [c] 光圆钢筋与混凝土之间的容许粘结力 [1c  ] 局部承压时混凝土的容许压应力 [s  ] 普通钢筋的容许应力 [] 钢筋应力幅容许值 2.2.2 荷载及荷载效应 N 计算轴向力 Ncr 墩台顺截面回转半径较小方向弯曲的纵向弯曲（屈曲）临界荷载 5 M 计算弯矩 V 计算剪力 c  ，ct  混凝土压、拉应力 c  混凝土剪应力 tp  ，cp  混凝土主拉、主压应力 con  预应力钢筋锚下控制应力 p  预应力钢筋拉应力 1p  预应力钢筋有效预应力 s  普通钢筋拉应力 L  预应力钢筋应力损失 f  裂缝宽度 p  ,s  预应力钢筋、普通钢筋应力幅 2.2.3 几何参数 b 矩形截面宽度，T 形、工字形截面腹板宽度 ff bb, T 形或工字形截面受拉、受压区翼缘宽度 d 直径 e 偏心距 h 截面高度 ff hh, T 形或工字形截面受拉、受压区翼缘高度 0 l 计算跨度或计算长度 i 截面回转半径 A 截面面积 W 截面抵抗矩 I 截面惯性矩 S 面积矩 Ss 沿墩台身截面重心与合力作用点的连线上量取， 自截面重心至该连线与 截面外包轮廓线的交点的距离。 S0 截面重心至最大压应力边缘的距离。 2.2.4 计算系数及其它 6 K 强度安全系数 f K 抗裂安全系数  受拉区混凝土塑性影响系数  纵向弯曲系数 n 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比 p n ，s n 预应力钢筋、普通钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比  偏心距增大系数  预应力度 B 截面抗弯刚度 7 3 材料 3.1 混凝土 3.1.1 混凝土强度等级可采用 C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55 和 C60。 3.1.2 混凝土的设计强度等级应符合下列规定 1 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于 C30。 2 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 C40。 3 耐久性要求的混凝土强度等级应符合铁路混凝土结构耐久性设计规范 （TB10005）的相关规定。 3.1.3 混凝土的极限强度应按表 3.1.3 采用。 表 3.1.3 混凝土的极限强度（MPa） 强度种类 符号 混凝土强度等级 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 轴心抗压 fc 17.0 20.0 23.5 27.0 30.0 33.5 37.0 40.0 轴心抗拉 fct 2.00 2.20 2.50 2.70 2.90 3.10 3.30 3.50 3.1.4 混凝土的容许应力应按表 3.1.4 采用，并应符合下列规定 1 计算主力加附加力时，表列第 1、2 及 8 项容许应力可提高 30； 2 对厂制及工艺符合厂制条件的构件，表列第 1、2 及 8 项容许应力可提高 10； 3 当检算施工临时荷载产生的应力时，表列第 1、2 及 8 项容许应力在主力加附加 力的基础上可再提高 10； 4 带肋钢筋与混凝土之间的粘结力按表列第 7 项数值的 1.5 倍采用； 5 计算主力加特殊荷载时，表列第 1、2、8 项容许应力可提高 50。 3.1.5 混凝土局部承压应力提高系数 β 取值应符合下列规定 1 混凝土局部承压应力提高系数 β 应按下式计算 （3.1.5） 式中 Ac局部承压面积； A计算底面积，可按图 3.1.5 计算，但该部分的混凝土厚度应大于底面积 A 8 的短边尺寸，图中 a矩形局部承压面积 Ac长边的一半； bAc短边的一半； cAc的外边缘至构件边缘的最小距离； d/2圆形局部承压面积 Ac的圆心至构件边缘的最小距离。 2β在图 3.1.5（a） 、 （b） 、 （c） 、 （d）情况下不应大于 3，在（e）情况下不应大于 1.5。 图 3.1.5 计算底面积 A 示意图 3 局部承压面与计算底面间有预留孔洞时，局部承压的提高系数应根据实际情况 予以折减。 3.1.6 混凝土受压或受拉时的弹性模量 Ec应按表 3.1.6 采用。混凝土的剪切变形模量 Gc 可按表 3.1.6 所列数值的 0.43 倍采用。混凝土泊松比可采用 0.2。 表 3.1.6 混凝土弹性模量 Ec（MPa） 混凝土 强度等级 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 弹性模量 Ec 3.00 104 3.20 104 3.30 104 3.40 104 3.45 104 3.55 104 3.60 104 3.65 104 3.1.7 后张预应力混凝土管道压浆用水泥浆强度等级不应低于 M35。 9 表 3.1.4 混凝土的容许应力（MPa） 序 号 应力种类 符号 混凝土强度等级 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 1 中心受压 [σc] 6.8 8.0 9.4 10.8 12.0 13.4 14.8 16.0 2 弯曲受压及偏心受压 [σb] 8.5 10.0 11.8 13.5 15.0 16.8 18.5 20.0 3 有箍筋及斜筋时的主拉应力 ［σtp-1］ 1.80 1.98 2.25 2.43 2.61 2.79 2.97 3.15 4 无箍筋及斜筋时的主拉应力 [σtp-2] 0.67 0.73 0.83 0.90 0.97 1.03 1.10 1.17 5 梁部分长度中全由混凝土承 受的主拉应力 [σtp-3] 0.33 0.37 0.42 0.45 0.48 0.52 0.55 0.58 6 纯剪应力 [τc] 1.00 1.10 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 7 光圆钢筋与混凝土之间的粘 结力 ［c］ 0.83 0.92 1.04 1.13 1.21 1.29 1.38 1.46 8 局部承压应力 [σc-1] 6.8β 8.0β 9.4β 10.8β 12.0β 13.4β 14.8β 16.0β 注β 为混凝土局部承压应力提高系数，可按式（3.1.5）计算。 10 3.2 石料、水泥砂浆和砌体 3.2.1 石料、水泥砂浆的强度等级应按下列规定采用 1 石料的强度等级应按表 3.2.1-1 采用。 表 3.2.1‐1 石料强度等级及其抗压极限强度 石料强度 等级 MU120 MU100 MU90MU80MU70MU60MU50 MU40 MU30 抗压极限 强度（MPa） 120 100 90 80 70 60 50 40 30 2 水泥砂浆的强度等级应按表 3.2.1-2 采用。 表 3.2.1‐2 水泥砂浆抗压极限强度（MPa） 水泥砂浆强度等级 M20 M10 抗压极限强度 20 10 3.2.2 砌体受压容许应力[σc]应按表 3.2.2 采用。 表 3.2.2 砌体受压容许应力（MPa） 砌体种类 石料和混凝土块 强度等级 水泥砂浆强度等级 M20 M10 片石砌体 MU100 3.0 2.2 MU80 2.7 2.0 MU70 2.5 1.9 MU50 2.1 1.6 MU30 1.8 1.3 块石砌体 MU100 5.6 4.9 MU80 4.7 4.1 MU70 4.2 3.6 MU50 3.3 2.8 粗料石 砌体 MU120 8.2 5.0 MU100 7.1 5.0 MU80 6.0 4.8 MU60 4.9 4.1 混凝土块 砌体 C30 5.6 4.7 注1 介于表列石料或水泥砂浆的强度等级之间的砌体的受压容许应力可用内插确定； 11 2 如有特殊需要必须采用细料石及半细料石砌体时， 其受压容许应力可按粗料石砌体的受压容许应力分别乘以提 高系数 1.43 及 1.14 取值，但不应大于相应水泥砂浆抗压极限强度的 1/2； 3 当混凝土块厚度 h 超过 0.20m 时，受压容许应力应乘以提高系数 C。当 h 大于 0.4m 时，C 为 1.20.5h，且不 大于 1.7；h 不大于 0.4m 时，C 为 0.62.0h。 3.2.3 各种荷载组合作用下，表 3.2.2 的各项容许应力可乘以下表规定的提高系数 表 3.2.3 容许应力提高系数 序号 荷载组合 提高系数 1 主力 1.0 2 主力附加力 1.3 3 主力特殊荷载（地震力除外） 1.4 3.2.4 石砌体的受压弹性模量可采用 12GPa。 3.3 钢筋 3.3.1 铁路桥涵混凝土结构采用的普通钢筋和预应力钢筋应符合下列规定 1 普通钢筋应采用 HPB300 和未经高压穿水处理过的 HRB400、HRB500 钢筋，并 应符合钢筋混凝土用钢第 1 部分热轧光圆钢筋 （GB 1499.1）和钢筋混凝土用钢 第 2 部分热轧带肋钢筋 （GB 1499.2）的规定。HRB400 钢筋的化学成分不应 大于 0.5。HRB500 钢筋的化学成分不应大于 0.52。 2 预应力钢丝应符合预应力混凝土用钢丝 （GB 5223）的规定。 3 预应力钢绞线应符合预应力混凝土用钢绞线 （GB 5224）的规定。 4 预应力螺纹钢筋应符合预应力混凝土用螺纹钢筋 （GB/T 20065）的规定。 5 当采用其他种类的钢筋时，应有试验资料为依据。 3.3.2 普通钢筋及预应力钢筋抗拉强度标准值应分别按表 3.3.2-1、3.3.2-2、3.3.2-3 采用。 表 3.3.2‐1 钢筋抗拉强度标准值（MPa） 种类 强度 普通钢筋 fsk 预应力螺纹钢筋 fpk HPB300 HRB400HRB500PSB830 PSB980 抗拉强度标准值 300 400 500 830 980 12 表 3.3.2‐2 预应力钢丝抗拉强度标准值 fpk（MPa） 公称直径（mm） 4～5 6～7 抗拉强度标准值 1 470 1 470 1 570 1 570 1 670 1 670 1 770 1 770 1 860 1 860 表 3.3.2‐3 预应力钢绞线抗拉强度标准值（MPa） 公称直径（mm） 12.7 15.2 15.7 标准型 17 模拔型 （17）C 标准型 17 模拔型 （17）C 标准型 17 抗拉强度标准值 1770 1860 1960 1 860 1 470 1 570 1