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摘要：“桥建合一”站房承轨层结构构件的设计要求同时满足建筑和铁路工程规范的相关要求。为了厘清两本规范对裂缝设计的影响，本文以钢筋混凝土矩形截面梁为研究对象，比较两本规范计算差别。根据本文的计算结果，在裂缝宽度的计算上，建筑工程规范的计算结果比铁路工程规范更为保守。本文研究成果将有利于方便承轨层结构的设计，也为后续相关研究提供一定借鉴。
关键词：桥建合一；裂缝；铁路桥涵混凝土结构设计规范；混凝土结构设计规范
1.引言
随着我国铁路建设的快速发展，“桥建合一”的结构体系逐渐成为铁路交通枢纽的主要结构体系。这种结构的承轨层构件不仅属于建筑构件，也属于铁路桥梁构件，对该类构件，在结构设计中必须同时满足建筑工程规范和铁路桥涵规范。
正常情况下，承轨层的钢筋混凝土结构是允许带裂缝工作的。根据之前的研究，从建筑工程规范的计算特点而言，其轨道梁的最终配筋结果往往是受裂缝宽度来控制的。而铁路工程规范采用容许应力法，其设计理念与建筑工程规范相比是存在较大差异的，若单纯按照桥梁规范进行设计，其配筋计算结果基本上将由材料的容许强度控制，裂缝宽度的验算往往是可以满足桥梁规范要求。当综合采用两种规范时，其计算结果差异还缺乏详细研究。因此，本文将详细比较这两种算法的差异，从而减少在设计承轨层结构时，这些计算理念和计算公式上的差异对设计人员所造成的困难。
2.两本规范中关于裂缝宽度的计算特点分析
《铁路桥涵混凝土结构设计规范》［3］6.2.7中给出了混凝土受弯构件的裂缝宽度计算公式为：
与铁路工程规范不同，建筑工程规范［2］采用基于经验结果的理论推导方法首先推导出平均裂缝计算间距，其公式为：
继而，考虑荷载短期、长期效应组合作用的影响。根据《混凝土结构设计规范》，裂缝计算公式为：
铁路工程规范最新修订裂缝宽度的计算基本上仍然采用原规范的计算公式，只是根据高强钢筋的研究成果，将带肋钢筋表面形状影响系数K1调整为0.72。公式中分别考虑了钢筋表面特征、长期荷载、反复荷载及受拉钢筋的影响，属于一种单纯的经验公式。
建筑工程规范中采用的最大裂缝宽度计算公式属于基于经验结果的理论推导公式，根据理论研究结果表明，混凝土的平均裂缝间距主要取决于构件受拉钢筋的配筋状况，其中包括配筋面积及钢筋表面形状特征。当然，裂缝宽度也与混凝土保护层厚度有关.从设计角度而言，配筋率越高，钢筋直径越小，其裂缝计算宽度越小。而保护层越大时构件出现第二批裂缝与第一批裂缝的间距便会越远，即平均裂缝间距会越大从而导致了构件的裂缝宽度增大。
同铁路工程规范相同，建筑工程规范也考虑了荷载的影响。不过，铁路工程规范是通过荷载的作用时间来区分，即恒荷载和活荷载。而建筑工程规范考虑的是荷载组合效应。在结构设计中，通过两本规范的计算结果可以对构件的裂缝宽度进行校核。
对于具体的构件设计，按照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015年版）的相关要求，构件的裂缝宽度是按照0.2mm来进行控制，根据《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB10092－2017/J462－2017）6.2.6条，除特殊腐蚀环境，钢筋混凝土结构构件的计算裂缝宽度要求不应超过0.2mm。从裂缝宽度控制来看，两本规范的控制指标是相同的。在实际工程设计时，往往是预先假定构件的尺寸，根据计算得到受拉钢筋信息来对裂缝宽度进行校核。因此，构件的材料、截面尺寸及配筋状况以及钢筋应力均为已知，而构件保护层厚度一般按照构造确定，基本上不存在调整空间。
3.算例
现就一算例来比较两种方法裂缝计算结果。已知一矩形截面简支梁，其梁宽为200mm，梁高为500mm，构件采用C30混凝土，配置4根直径16的HRB400级的受拉钢筋，混凝土的保护层为25mm，按照荷载标准值计算的跨中弯矩为80kN，试求解其裂缝宽度。
（1）按照桥涵规范进行计算
假定为主力工况，荷载全部为恒荷载，即
（2）按照建筑工程规范进行计算
由上述算例可以看出，如果裂缝按照0.2mm进行控制时，当桥涵规范裂缝满足规范要求时，其配筋不一定能满足建筑工程规范。假定钢筋的直径、配筋率是一定的，比较两种设计规范在裂缝宽度为0.2mm时，钢筋应力的大小特点，从而探索两本规范在控制混凝土构件裂缝宽度的特点。依此假定，上述两种规范关于裂缝的计算公式可以表示为：
根据比较发现，在大多数情况下，桥涵规范计算得到的
，故在控制裂缝上，建筑工程规范的裂缝公式控制更为严格。不过桥涵规范中对受拉钢筋的应力做了严格要求，根据张巍［1］的研究，容许应力法在强度控制时更加严格。
4.结论
根据以上的比较研究，可以得出以下结论：
《铁路桥涵混凝土结构设计规范》采用的裂缝计算公式为单纯的经验公式，《混凝土结构设计规范》采用的裂缝计算公式为基于经验结果的理论推导公式，从公式考虑的影响因素来看，两种公式均考虑了钢筋表面特征、长期荷载、反复荷载及受拉钢筋配筋率的影响，不过建筑工程规范考虑得更加全面和详细。
通过对一钢筋混凝土矩形截面的裂缝校核结果，两种规范计算得到的裂缝宽度不同，《铁路桥涵混凝土结构设计规范》裂缝宽度较小。不过，容许应力法对材料强度控制更为严格，单纯从裂缝来比较规范的设计结果是不适宜的。
根据本文的研究成果，从裂缝控制角度而言，建筑结构设计规范的裂缝控制更为严格，在设计时，承轨层结构构件如能满足建筑工程规范裂缝要求，基本也能满足铁路工程规范要求。不过，从目前研究来看，铁路工程规范在材料强度控制上更为保守，实际设计时，还需要根据桥涵规范取校核钢筋及混凝土的应力状况，从而保证设计的可靠性。
参考文献：
［1］张巍. 极限状态法和容许应力法对高架车站轨道梁设计的影响分析［J］. 铁道标准设计，2017，61（6）：150-153.
［2］中华人民共和国住房和城乡建设部．GB 50010—2010 混凝土结构设计规范（2015年版）［S］．北京：中国建筑工业出版社，2016．
［3］中华人民共和国铁道部．TB10092－2017 /J 462－2017 铁路桥涵混凝土结构设计规范［S］．北京：中国铁道出版社，2017．
论文作者:胡健
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/14
标签：裂缝论文; 宽度论文; 构件论文; 荷载论文; 钢筋论文; 桥涵论文; 建筑工程论文; 《建筑模拟》2018年第34期论文;