鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范初稿_第1頁
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文檔簡介

1、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范(校審稿)鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范編制組2004年2月目 錄1 總則 12 術(shù)語和符號 2 2.1術(shù)語 2 2.2主要符號 33 材料 5 3.1混凝土 5 3.2鋼材 5 3.3鋼管混凝土 64 承載能力極限狀態(tài)計算 10 4.1一般規(guī)定 10 4.2軸心受力構(gòu)件 11 4.3偏心受力構(gòu)件 13 4.4整體穩(wěn)定性驗算 165 正常使用極限狀態(tài)計算 17 5.1一般規(guī)定 17 5.2撓度驗算 176 施工階段計算 18 6.1一般規(guī)定 18 6.2計算內(nèi)容 186.3材料的應(yīng)力限值 197 構(gòu)造要求 20 7.1拱肋 20 7.2吊桿及系桿 21 7.

2、3立柱及拱座 21 7.4節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 22 7.5拱肋合攏 23 7.6焊縫連接 238 鋼管拱肋防腐涂裝25附件:鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范條文說明 26注: 主編單位:重慶交通科研設(shè)計院 聯(lián)系人: 許曉鋒 黃福偉1 總 則1.0.1 為使公路鋼管混凝土拱橋的設(shè)計符合安全可靠、耐久適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求,特制定本規(guī)范。1.0.2 本規(guī)范適用于公路鋼管混凝土拱橋,鋼管為圓形截面。1.0.3 采用本規(guī)范進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)同時遵守相關(guān)的國家和行業(yè)技術(shù)規(guī)范。1.0.4 本規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計。1.0.5 公路鋼管混凝土拱橋應(yīng)按以

3、下兩類極限狀態(tài)設(shè)計:1 承載能力極限狀態(tài):對應(yīng)于公路鋼管混凝土拱橋及其構(gòu)件達(dá)到最大承載能力,或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形或變位的狀態(tài)。2 正常使用極限狀態(tài):對應(yīng)于公路鋼管混凝土拱橋及其構(gòu)件達(dá)到正常使用,或耐久性的某項限值的狀態(tài)。1.0.6 根據(jù)不同種類的作用(或荷載)及其對橋梁的影響,橋梁所處的環(huán)境條件,應(yīng)考慮以下三種設(shè)計狀況,并進(jìn)行相應(yīng)的極限狀態(tài)設(shè)計:1 持久狀況:橋梁建成后承受自重、車輛荷載等持續(xù)時間很長的狀況。應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。2 短暫狀況:橋梁施工過程中承受臨時性作用(或荷載)的狀況。一般僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,必要時才作正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。3 偶然狀況:

4、在橋梁使用過程中偶然出現(xiàn)的如罕遇地震的狀況。僅作承載能力極限狀態(tài)設(shè)計。1.0.7 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件之間的連接,以及施工安裝階段(混凝土澆注前和混凝土硬結(jié)前)的承載力、變形和穩(wěn)定,應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。2 術(shù)語和符號2.1 術(shù)語2.1.1 鋼管混凝土 concrete filled steel tube 在鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的組合材料。2.1.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu) concrete filled steel tubular structure 由鋼管混凝土材料形成的結(jié)構(gòu)。2.1.3 鋼管混凝土拱橋 concrete filled steel tubular arch bridge 主拱為鋼管

5、混凝土結(jié)構(gòu)的拱橋。2.1.4 組合軸壓強(qiáng)度 composite compressive strength 鋼管混凝土組合截面所能承受的最大名義壓應(yīng)力。2.1.5 組合抗剪強(qiáng)度 composite shear strength 鋼管混凝土組合截面所能承受的最大名義剪應(yīng)力。2.1.6 組合軸壓彈性模量 composite compressive modulus of elasticity 鋼管混凝土組合截面在單向受壓,且其縱向名義應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系時,截面上名義正應(yīng)力與對應(yīng)的正應(yīng)變的比值。2.1.8 約束效應(yīng)系數(shù) constraining coefficient 反映鋼管混凝土組合截面的幾何特征

6、和組成材料的物理特性的綜合參數(shù),標(biāo)準(zhǔn)值用表示,設(shè)計值用表示,。2.1.9 鋼管初應(yīng)力 initial stress of steel tube 在鋼管混凝土形成組合截面前鋼管的應(yīng)力。(刪除“內(nèi)”字)2.2 主要符號2.2.1 力彎矩設(shè)計值;軸力設(shè)計值;剪力設(shè)計值;2.2.2 計算指標(biāo)C30立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30的混凝土強(qiáng)度等級;混凝土的彈性模量;鋼材的彈性模量;鋼管混凝土的組合軸壓彈性模量;鋼管混凝土的組合抗彎彈性模量歐拉臨界力;鋼材的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值;、混凝土的軸心抗壓、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;、混凝土的軸心抗壓、抗拉強(qiáng)度設(shè)計值;鋼管混凝土的組合軸壓強(qiáng)度設(shè)計值;鋼管混凝土的組合抗剪強(qiáng)度設(shè)

7、計值;2.2.3 幾何參數(shù)鋼管內(nèi)混凝土的截面面積;鋼管的截面面積;鋼管混凝土構(gòu)件的截面面積;鋼管混凝土截面的彈性抵抗矩;鋼管內(nèi)混凝土的彈性抵抗矩。鋼管的外直徑;2.2.4 計算系數(shù)及其他截面的含鋼率()等效彎矩系數(shù);構(gòu)件截面抗彎塑性發(fā)展系數(shù);構(gòu)件截面抗剪塑性發(fā)展系數(shù)長細(xì)比;鋼管混凝土組合軸壓強(qiáng)度的徐變折減系數(shù);鋼管混凝土組合軸壓強(qiáng)度的鋼管初應(yīng)力影響系數(shù);結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù);軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)3 材料3.1 混凝土 公路鋼管混凝土拱橋的管內(nèi)混凝土等級不宜低于C30,可參照下列材料組合:Q235鋼配C30或C40級混凝土;Q345鋼配C40、C50或C60級混凝土。公路鋼管混凝土拱橋其他構(gòu)件的混凝土可

8、參照公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(,選用符合要求的等級,并滿足相關(guān)規(guī)范要求。3.1.3鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土應(yīng)具有低水灰比、高流動性、低收縮、低水化熱、緩凝、早強(qiáng)等特點(diǎn)。宜摻適量減水劑。3.1.4對于高溫和寒冷地區(qū)修建公路鋼管混凝土拱橋,管內(nèi)混凝土的性能要求應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的具體要求。3.1.5 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值、軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值、彈性模量按表3.1.5采用。表3.1.5 混凝土強(qiáng)度和彈性模量() 強(qiáng)度種類強(qiáng)度等級 抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計值標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計值C3020.113.82.011.393.00×104C40

9、26.818.42.401.653.25×104C5032.422.42.651.833.45×104C6038.526.52.851.963.60×1043.1.6 混凝土的剪變模量可按表3.1.5中彈性模量Ec的0.4倍采用,混凝土的泊松比可采用為0.2。3.2 鋼材3.2.1鋼管和其它承重結(jié)構(gòu)鋼材采用B級或B級以上級別的Q235號鋼和Q345號鋼,鋼材的質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB700-88)低合金結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-94)、橋梁用結(jié)構(gòu)鋼(GBT714-2000)和結(jié)構(gòu)用無縫鋼管(GB/T8162-1999)等有關(guān)規(guī)定。3.2.2鋼

10、管可采用卷制焊接管和無縫鋼管。當(dāng)鋼管直徑超過600mm時應(yīng)采用卷制焊接管。3.2.3 鋼管拱肋節(jié)段應(yīng)采用對接焊縫,符合建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)。3.2.4 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值按表3.2.4采用。表3.2.4 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值 ()鋼材抗拉、抗壓、抗彎抗剪端面承壓(刨平頂緊)鋼號組別厚度或直徑(mm)Q235第1組20215125320第2組>2040200115320第3組>4060190110320Q345第1組16315185445第2組1725300175425第3組26362901704103.2.5 鋼材的物理性能指標(biāo)按表3.2.5采用。表3.2.5 鋼材的物理性能指標(biāo)

11、彈性模量()剪變模量()線膨脹系數(shù)(/0C)密 度()泊松比2.06×1057.9×1041.2×10-57.85×1030.33.3 鋼管混凝土3.3.1 鋼管混凝土組合軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計值按下式計算: () ()式中 鋼管的截面面積 核心混凝土的截面面積 ¾ 鋼管混凝土的約束效應(yīng)系數(shù)設(shè)計值,一般不宜小于0.60; ¾ ¾ 采用第一組鋼材的值由式()計算。采用第二組、第三組鋼材的值應(yīng)將式()計算值乘以換算系數(shù)后確定。 3.3.2 對鋼管混凝土軸壓構(gòu)件和的偏壓構(gòu)件,其承受永久荷載引起的軸壓力占全部軸壓力的30 及以上時,應(yīng)將組

12、合軸壓強(qiáng)度設(shè)計值乘以混凝土徐變折減系數(shù) (見表3.3.2-1)。構(gòu)件的長細(xì)比計算見式()和(),主拱的計算長度見表。表3.3.2-1 徐變折減系數(shù)構(gòu)件長細(xì)比l永久荷載所占比例(%)305070及以上50<£700.900.850.8070<£1200.850.800.75 注:表內(nèi)中間值可采用插入法求得表3.3.2-2 主拱計算長度兩端結(jié)合情況計算長度三鉸拱0.58雙鉸拱0.54無鉸拱0.36 注:拱軸線長度。鋼管初應(yīng)力對鋼管混凝土構(gòu)件承載能力的影響,可以通過將組合軸壓強(qiáng)度設(shè)計值乘上鋼管初應(yīng)力影響系數(shù)來考慮,的計算公式如下: () () () ()式中,考慮構(gòu)件

13、長細(xì)比影響的函數(shù); 考慮構(gòu)件荷載偏心率影響的函數(shù); 鋼管中的初應(yīng)力; 空鋼管的穩(wěn)定系數(shù),按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB500172003取值。3.3.4 鋼管混凝土組合抗剪強(qiáng)度設(shè)計值按下式計算: ()截面的含鋼率()宜在0.050.08; ¾ 鋼管混凝土的約束效應(yīng)系數(shù)設(shè)計值;組合軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計值。采用第一組鋼材的由式()計算(由表給出)。采用第二、第三組鋼材的值應(yīng)按()的計算值乘換算系數(shù)后確定。表 值()鋼材混凝土aS=0.050.060.070.08Q235C30C40C50C608.038.919.7910.699.2710.1511.0411.9410.3311.2312.1313.0

14、311.4112.3213.2314.14Q345C30C40C50C6010.0311.3212.6313.9611.2712.5613.8615.1712.3513.6414.9416.2513.4514.7516.0517.373.3.5 鋼管混凝土軸壓剛度按下式計算: ()式中:為鋼管混凝土組合軸壓彈性模量(采用第一組鋼材時的計算值見表)。采用第二、第三組鋼材的值應(yīng)按()的計算值乘換算系數(shù)后確定。表 值()鋼材混凝土aS=0.050.060.070.08Q235C30C40C50C60331394042347619556863534642609497935785037517447555

15、19245997139653468625401462048Q345C30C40C50C60304713604641570477723306038600441035029135590410884656752736380614351048961551103.3.6 鋼管混凝土組合彈性抗彎剛度按下式計算: 1 內(nèi)力計算時 (3.3.6-1)2 撓度和穩(wěn)定計算時 (3.3.6-2)式中:、鋼管和混凝土的彈模、鋼管和混凝土的彈性抗彎慣矩4 承載能力極限狀態(tài)計算4.1 一般規(guī)定4.1.1 鋼管混凝土拱橋進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計算時采用統(tǒng)一理論,將鋼管混凝土視為一種復(fù)合材料。 4.1.2 鋼管混凝土拱橋應(yīng)按承

16、載能力極限狀態(tài)的要求,對構(gòu)件進(jìn)行承載力及穩(wěn)定計算。在進(jìn)行上述計算時,作用(或荷載)(其中汽車荷載應(yīng)計入沖擊系數(shù))效應(yīng)應(yīng)采用其組合設(shè)計值;結(jié)構(gòu)材料性能采用其強(qiáng)度設(shè)計值。4.1.3 對承載能力極限狀態(tài),應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度,按表劃分的三個安全等級進(jìn)行設(shè)計。 對于有特殊要求的橋梁結(jié)構(gòu),其安全等級可根據(jù)具體情況另行確定。表4.1.3 橋梁結(jié)構(gòu)安全等級安 全 等 級橋 梁 類 型一級特大橋、重要大橋二級大橋、中橋、重要小橋三級小橋4.1.4 同座橋梁的各種構(gòu)件宜取相同的安全等級,必要時部分構(gòu)件的安全等級可作適當(dāng)調(diào)整。4.1.5 鋼管混凝土拱橋或構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)計算,應(yīng)采用下列

17、表達(dá)式: (4.1.5-1) ()式中 橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),對安全等級為一級、二級、三級的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)分別取1.1、1.0、0.9;橋梁的抗震設(shè)計不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù); 作用(或荷載)(其中汽車荷載應(yīng)計入沖擊系數(shù))效應(yīng)的組合設(shè)計值,按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTJ021的規(guī)定計算; 構(gòu)件承載力設(shè)計值; 構(gòu)件的承載力函數(shù); 材料強(qiáng)度設(shè)計值; 幾何參數(shù)設(shè)計值。4.2 軸心受力構(gòu)件 單肢鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的承載力按下列公式計算: ()式中 N 軸向壓力組合設(shè)計值;鋼管混凝土的組合軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計值;鋼管混凝土構(gòu)件的截面面積,; 鋼管的外直徑。 軸心受壓穩(wěn)定系數(shù),按表采用; 構(gòu)件長細(xì)比,; 構(gòu)件的計

18、算長度,按表3.3.2-2的規(guī)定確定。 表4.2.1 穩(wěn)定系數(shù)值構(gòu)件長細(xì)比 10 20 30 40 50 60 70 80鋼材Q235Q3451.0 0.998 0.989 0.972 0.946 0.912 0.860 0.8191.0 0.997 0.987 0.966 0.935 0.895 0.844 0.783構(gòu)件長細(xì)比 90 100 110 120 130 140 150鋼材Q235Q3450.760 0.692 0.617 0.521 0.444 0.383 0.3330.712 0.632 0.541 0.455 0.387 0.334 0.291 注:表內(nèi)中間值可采用插入法求

19、得。4.2.2 單肢鋼管混凝土軸心受拉構(gòu)件的承載力按下列公式計算: (4.2.2)式中 鋼管的截面面積。4.2.3 格構(gòu)式鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的整體承載力應(yīng)按公式()計算,其受壓穩(wěn)定系數(shù)根據(jù)構(gòu)件的換算長細(xì)比查表。構(gòu)件的換算長細(xì)比按表的規(guī)定確定。表4.2.3 格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比項 目截面型式腹桿類別計算公式雙肢構(gòu)件平腹桿斜腹桿三肢構(gòu)件斜腹桿四肢構(gòu)件斜腹桿; () ()式中 、整個構(gòu)件對Y軸、X軸的長細(xì)比; 、構(gòu)件對Y軸、X軸的計算長度; 單肢的截面面積和慣性矩; As單肢的鋼管截面積; Aw一根斜腹桿空鋼管的截面積; 單肢中心到虛軸和的距離; 單肢一個節(jié)間的長細(xì)比; 單肢節(jié)間距離。4.2.

20、4 格構(gòu)式鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件除按第4.2.3 條驗算整體穩(wěn)定承載力外,尚應(yīng)按第4.2.1 條公式()驗算單肢穩(wěn)定承載力。當(dāng)單肢的節(jié)間長細(xì)比符合下列條件時,可不再驗算單肢穩(wěn)定承載力。 平腹桿格構(gòu)式構(gòu)件:及; 斜腹桿格構(gòu)式構(gòu)件:; 其中是構(gòu)件在和方向換算長細(xì)比的較大值。4.2.5 格構(gòu)式鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件腹桿所受剪力可按下式計算: ()式中 格構(gòu)式構(gòu)件單肢截面積; 肢數(shù)。 4.3 偏心受力構(gòu)件 4.3.1 單肢鋼管混凝土構(gòu)件承受壓力、彎矩、剪力及共同作用時,構(gòu)件承載力應(yīng)按下列公式計算: 1 構(gòu)件的強(qiáng)度承載力按下列公式驗算:1) 當(dāng)時 (4.3.1-1) 2) 當(dāng)時 (4.3.1-2)2 構(gòu)

21、件的穩(wěn)定承載力按下列公式驗算: 1) 當(dāng)時 (4.3.1-3) 2) 當(dāng)時 (4.3.1-4) (4.3.1-5) (4.3.1-6) (4.3.1-7) (4.3.1-8)式中 N,所計算構(gòu)件段內(nèi)的和相應(yīng)的、組合設(shè)計值;以及和相應(yīng)的、組合設(shè)計值,此時M取所計算構(gòu)件段內(nèi)的最大值; NE歐拉臨界力; 構(gòu)件截面抗彎塑性發(fā)展系數(shù),; 構(gòu)件截面抗剪塑性發(fā)展系數(shù),; 鋼管混凝土的套箍系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,; 鋼管內(nèi)混凝土的截面面積; Wsc構(gòu)件截面抵抗矩,; bm等效彎矩系數(shù),按表4.3.1采用。表4.3.1 等效彎矩系數(shù)荷載作用情況無橫向荷載作用的構(gòu)件有端彎矩和橫向荷載同時作用的構(gòu)件無端彎矩但有橫向荷載作用的構(gòu)

22、件等效彎矩系數(shù) 且,其中:(1) 使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時,、取同號; (2) 使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時,、取異號。(1) 使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率時, (2) 使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時, 4.3.2 單肢鋼管混凝土拉彎構(gòu)件的承載力應(yīng)按下列公式驗算: (4.3.2)4.3.3 格構(gòu)式鋼管混凝土構(gòu)件承受壓力、彎矩、剪力及共同作用時,平面內(nèi)的整體穩(wěn)定承載力按下列公式驗算: (4.3.3)式中 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件驗算平面內(nèi)的穩(wěn)定系數(shù),按本標(biāo)準(zhǔn)第4.2.3條的相關(guān)規(guī)定采用; ,格構(gòu)式構(gòu)件截面總面積和總抵抗矩; NE歐拉臨界力,其計算公式(4.3.1-8)中采用格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細(xì)比。Page: 13單肢鋼管混凝土構(gòu)件無

23、換算長細(xì)比,查DL是否為格構(gòu)規(guī)定對斜腹桿格構(gòu)式構(gòu)件的單肢,可按桁架的弦桿計算;對平腹桿格構(gòu)式構(gòu)件的單肢,尚應(yīng)考慮由剪力引起的局部彎矩影響,按偏壓構(gòu)件計算。腹桿所受剪力應(yīng)取實際剪力和按公式(4.2.5)計算剪力中的較大值。4.3.4 啞鈴式鋼管混凝土偏壓構(gòu)件(短柱)的承載力按下列公式計算: (), () ,其中 ()1 當(dāng)時,將N1、代入公式(4.3.1-1)、(4.3.1-2)(其中V=0),按單肢鋼管混凝土偏壓構(gòu)件驗算其承載力;2 當(dāng)時,除按1款規(guī)定驗算外,還需將N2、代入公式(4.3.2),按單肢鋼管混凝土拉彎構(gòu)件驗算其承載力。式中 N,啞鈴式構(gòu)件軸力和相應(yīng)的彎矩組合設(shè)計值,及彎矩和相應(yīng)的

24、軸力組合設(shè)計值;N1,N2,分配到兩個肢上的軸力、彎矩組合設(shè)計值; h啞鈴式截面兩肢中心的距離; 單肢鋼管混凝土和整個啞鈴式構(gòu)件截面抗彎剛度之比; 計算系數(shù); 鋼管和混凝土彈性模量之比; 一個肢鋼管的截面面積和慣性矩; 一個肢鋼管內(nèi)混凝土的截面面積和慣性矩。4.4 整體穩(wěn)定性驗算4.4.1 鋼管混凝土拱橋宜通過空間有限元分析驗算其整體穩(wěn)定性。4.4.2 鋼管混凝土拱橋的整體穩(wěn)定系數(shù)按彈性理論計算時不小于4.0,考慮材料和幾何非線性后不小于2.0。5 正常使用極限狀態(tài)計算5.1 一般規(guī)定5.1.1 鋼管混凝土拱橋應(yīng)按持久狀況正常使用極限狀態(tài)對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的應(yīng)力和變形進(jìn)行計算。5.1.2 正常使用極

25、限狀態(tài)的計算,采用作用(或荷載)的短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的撓度按基本可變荷載驗算,并使各項計算值不超過本規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)限值。在上述各種組合中,汽車荷載效應(yīng)不計沖擊系數(shù)。5.1.3 持久狀況下鋼管混凝土拱肋的鋼管應(yīng)力應(yīng)不大于。中、下承式鋼管混凝土拱橋的吊桿在持久狀況下應(yīng)考慮吊桿長度和水平變位的影響,其安全系數(shù)K不得小于3.0。5.1.5 系桿拱橋的系桿安全系數(shù)K不得小于2.5。5.2 撓度驗算5.2.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件撓度計算應(yīng)考慮混凝土徐變、收縮的影響。如缺乏可靠的實測數(shù)據(jù)時,混凝土收縮可按降溫2025計算,徐變按。5.2.3 汽車荷載作用時,鋼管混凝土拱肋在同一工況下的

26、正負(fù)撓度最大絕對值之和不應(yīng)大于/800,此處,為鋼管混凝土拱肋的計算跨徑。5.2.4 鋼管混凝土拱橋應(yīng)設(shè)置預(yù)拱度,拱肋預(yù)拱度一般在范圍內(nèi)。預(yù)拱度應(yīng)取恒載撓度、混凝土收縮、徐變撓度和1/2靜活載撓度之和??缍却笳呷⌒≈怠9袄哳A(yù)拱度按計算所得的撓度值反向比例設(shè)置。6 施工階段設(shè)計和計算6.1 一般規(guī)定6.1.1 施工階段按彈性理論,采用應(yīng)力疊加原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算,按容許應(yīng)力法進(jìn)行應(yīng)力控制。假定拱肋鋼管與混凝土之間有足夠的粘結(jié)力,能保證二者共同協(xié)調(diào)受力,符合平截面假定。鋼管內(nèi)混凝土材料不承擔(dān)拉應(yīng)力,拉應(yīng)力全部由鋼管承擔(dān)。6.1.2 施工階段的結(jié)構(gòu)計算力學(xué)模型及加載程序應(yīng)與設(shè)計相符。6.1.3 施工階段

27、的設(shè)計應(yīng)提出拱肋加載時對該拱肋已澆注混凝土的強(qiáng)度要求,一般要求不宜低于設(shè)計強(qiáng)度的80%。若混凝土的收縮、徐變對結(jié)構(gòu)的受力影響較大時,還可根據(jù)需要提出對混凝土加載齡期的要求。施工階段對未充填混凝土的空心管桁式拱肋,當(dāng)其采用腹桿鋼管與弦桿鋼管直接焊接的節(jié)點(diǎn)時,應(yīng)參照“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范” (GB 50017-2003) 第十章“鋼管結(jié)構(gòu)”的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行節(jié)點(diǎn)承載力校核。6.1.5 施工階段的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定,應(yīng)依據(jù)施工階段劃分,逐階段地進(jìn)行驗算。施工各階段的整體結(jié)構(gòu)彈性一類穩(wěn)定荷載系數(shù)應(yīng)不少于4.0。6.1.6 施工階段的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形計算,一般應(yīng)計入混凝土的收縮、徐變的影響。6.1.7 采用泵送頂壓法澆注

28、鋼管內(nèi)混凝土?xí)r,應(yīng)對鋼管的環(huán)向應(yīng)力進(jìn)行驗算。6.1.8 施工和加載程序設(shè)計應(yīng)以使主拱拱肋受力均勻,避免劇烈的反復(fù)變形為原則。計算荷載按照“公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范” (JTJ021-89)、“公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范”(JTJ041-2000)等相關(guān)規(guī)定根據(jù)施工實際情況采用。6.2 計算內(nèi)容施工階段的設(shè)計和計算內(nèi)容應(yīng)根據(jù)選用的施工方案確定。一般應(yīng)包括如下內(nèi)容: 1拱肋構(gòu)件的運(yùn)輸、安裝過程中的應(yīng)力、變形和穩(wěn)定計算; 2與拱肋形成有關(guān)的附屬結(jié)構(gòu)(如拱鉸、扣點(diǎn)以及拱段接頭等)的設(shè)計和計算; 3拱肋形成過程的施工程序設(shè)計及拱肋形成過程中自身的應(yīng)力、變形和穩(wěn)定計算; 4拱上結(jié)構(gòu)或橋面系的加載程序設(shè)計與相應(yīng)階段的

29、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形和穩(wěn)定計算; 5系桿拱分階段預(yù)加力的設(shè)計和計算;6對灌注每根鋼管內(nèi)混凝土的施工階段還應(yīng)將該階段再予細(xì)分進(jìn)行計算。6.3 材料的應(yīng)力限值 施工階段鋼管內(nèi)混凝土邊緣的法向應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定: 1 壓應(yīng)力 ha0.70 其中為該施工階段的混凝土設(shè)計要求達(dá)到的軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)值。6.3.2 施工階段鋼管的邊緣法向應(yīng)力(彎曲應(yīng)力)應(yīng)符合下列規(guī)定:w 1.30w其中w 為鋼管材料的彎曲容許應(yīng)力。6.3.3 其他結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在施工階段的計算應(yīng)力限值,可分別按“公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”(JTJ025-86)、“公路鋼筋混凝土及應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范”()的規(guī)定采用。7. 構(gòu)造要求7.1 拱肋7

30、.1.1 拱肋截面可根據(jù)跨徑大小選用以下截面型式的一種。當(dāng)跨徑小于120m時,宜選用單圓式或啞鈴式;當(dāng)跨徑大于120m時,宜選用三肢式、四肢式、橫啞鈴式、混合式中的一種。 (a)單圓式 (b)啞鈴式 (c)啞鈴式 (d)三肢式 (e)四肢式 (f)橫啞鈴式 (g)混合式7.1.2 拱肋用鋼管直徑宜在5501200mm范圍內(nèi)選擇,管徑一般隨主拱跨徑增大而增大。對于跨度大于300m的特大跨徑橋梁,其拱肋截面型式及鋼管直徑應(yīng)特殊考慮。7.1.3 弦桿鋼管的壁厚不宜小于10mm。弦桿鋼管的外直徑與壁厚之比宜在50 d/t80范圍內(nèi)選用,約束效應(yīng)系數(shù)設(shè)計值不宜小于0.60,常用的截面含鋼率宜為0.05s

31、0.08。7.1.4 弦桿鋼管初應(yīng)力值不宜超過鋼材標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的50。7.1.5 拱肋矢跨比一般采用1/41/6。拱軸線宜為懸鏈線或拋物線,懸鏈線拱軸系數(shù)m一般取1.21.8。7.1.6 鋼管混凝土拱橋拱肋截面的高、寬尺寸的擬定,應(yīng)充分考慮主拱跨徑及拱肋片數(shù)的影響。對于采用單圓式截面的小跨度橋,肋高一般為0.60.8m;對于采用啞鈴式或多肢式截面的跨度不大于300m的橋,拱肋截面高度尺寸可按下式進(jìn)行初步估算:式中: H拱肋高度(m) L0拱肋凈跨徑(m) K1荷載系數(shù),對汽20及以下為0.9,對汽超20為1.0。 K2車行道系數(shù),2、3行車道時為0.9,4行車道時為1.0,6行車道時為1.1。拱肋

32、截面的寬度與拱肋截面形式有關(guān),一般可取其高度H的0.41.0倍,此寬高比值隨拱肋高度的增大而取用低值。對于跨度大于300m的特大跨徑橋梁,其拱肋截面宜采用變截面。7.1.7 為了保證拱的橫向穩(wěn)定,拱肋間宜設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的橫撐。橫撐一般為空心鋼管組成的桁架撐、K形撐、X形撐、米字形撐等。在無橫撐時,則應(yīng)通過加強(qiáng)橋面系的橫向剛度或拱肋自身的橫向剛度來提高其抵抗橫向變形的能力。7.1.8 對于鋼管混凝土拱肋,應(yīng)設(shè)置避雷設(shè)施;同時,還應(yīng)隨著跨徑增大,因檢修與維護(hù)的需要,在拱肋上設(shè)置檢修通道。7.2 吊桿及系桿7.2.1 對于設(shè)置吊桿、系桿的鋼管混凝土拱橋,應(yīng)考慮吊桿和系桿的防護(hù)措施和耐久性。還應(yīng)提出更換

33、吊桿、系桿的具體措施。7.2.2 吊桿及系桿所用防護(hù)材料不得含有對鋼材有腐蝕作用的成分。7.2.3 吊桿錨具宜采用冷鑄錨式的拉錨體系錨具;系桿錨具另可采用經(jīng)過耐疲勞及強(qiáng)度試驗證明其可靠性的預(yù)應(yīng)力體系常規(guī)錨具,但應(yīng)考慮防止退錨的措施。7.2.4 對外露的錨具部分應(yīng)設(shè)防護(hù)罩;對靠邊的短吊桿錨端宜設(shè)可轉(zhuǎn)動球鉸。7.3 立柱及拱座7.3.1 鋼管混凝土拱橋(主要指上承式、中承式)中的立柱,可采用鋼管混凝土構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件。 對于鋼管混凝土構(gòu)件,立柱下端可直接與拱肋鋼管焊接形成固結(jié),立柱上端周邊應(yīng)有鋼筋分別伸入立柱和蓋梁。鋼筋伸入長度應(yīng)滿足錨固長度要求,鋼筋截面積應(yīng)不小于立柱混凝土計算截面積的0.4

34、%。 對于鋼筋混凝土構(gòu)件,立柱下端應(yīng)通過其主筋與焊接于主拱肋上的鋼板焊接,形成固結(jié),上端與蓋梁的連接,按一般鋼筋混凝土構(gòu)件處理。7.3.2 鋼管混凝土無鉸拱應(yīng)將拱肋伸入拱座內(nèi),伸入長度應(yīng)大于拱肋弦管直徑的1倍以上,以確保拱肋與拱座固結(jié)。在拱腳埋置段內(nèi),宜在鋼管外緣設(shè)置螺旋箍筋或其它可靠構(gòu)造措施。7.3.3 拱座內(nèi)拱腳截面下應(yīng)設(shè)置24層分布鋼筋網(wǎng)。7.4 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造7.4.1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)做到構(gòu)造簡單、整體性好、傳力明確、安全可靠、節(jié)約材料和施工方便。7.4.2 鋼管對接時,宜直接采用與母材等強(qiáng)度的焊縫連接;作為節(jié)段間的臨時連接,可采用內(nèi)法蘭盤配螺栓連接或其他可靠方式連接。采用法蘭盤連接時,法蘭盤應(yīng)

35、為帶孔板,使管內(nèi)混凝土保持連續(xù)。 7.4.3 對于多肢拱肋截面,受壓弦桿及壓力較大的腹桿宜采用鋼管混凝土構(gòu)件,其它構(gòu)件可采用空鋼管。弦桿、腹桿間的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造見圖,并應(yīng)符合下列規(guī)定:1 弦桿和腹桿應(yīng)直接焊接,腹桿不能穿入弦桿。2 相鄰的腹桿端部凈距不得小于50mm。3 腹桿軸線宜交于節(jié)點(diǎn)中心,當(dāng)不能滿足時,允許腹桿軸線不交于弦桿軸線,但偏心距e不得大于d/4,若大于d/4,應(yīng)考慮其偏心影響。同時,任意兩鋼管之間的夾角不得小于30°。4 腹桿鋼管直徑應(yīng)不小于弦桿鋼管直徑的1/3。5 腹桿鋼管壁厚應(yīng)大于鋼管直徑的1/50,腹桿鋼管壁厚不應(yīng)超過弦桿鋼管壁厚。 (a) (b) 圖7.4.3

36、弦、腹桿連綴節(jié)點(diǎn)7.4.4 鋼管連接的其它構(gòu)造要求及焊縫計算等,可按現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。7.5 拱肋合攏7.5.1 鋼管混凝土拱肋宜在空管階段完成合攏。分段吊裝的拱段接頭處應(yīng)設(shè)置臨時定位構(gòu)件,既要能使拱連為一體,又要能便于調(diào)節(jié)接點(diǎn)高程。7.5.2 為便于拱肋合攏,宜單獨(dú)設(shè)置合攏段。7.5.3 拱肋合攏過程中,為便于拱段準(zhǔn)確對位,必要時,可在前段拱肋鋼管端部設(shè)置導(dǎo)向管,導(dǎo)向管伸出長度不宜大于50mm。7.6 焊縫連接7.6.1 焊縫金屬應(yīng)與主體金屬相適應(yīng)。當(dāng)不同強(qiáng)度的鋼材連結(jié)時,可采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊接材料。7.6.2 在設(shè)計中不得任意加大焊縫,避

37、免焊縫立體交叉和在一起集中大量焊縫。7.6.3 鋼管的對接環(huán)焊縫可采用無襯管的雙面熔透焊和有襯管的單面坡口焊。對于焊工能進(jìn)入管內(nèi)施焊的大管徑鋼管對接,應(yīng)盡量采用無襯管的雙面熔透焊。7.6.4 支管與主管之間的連接,可沿全周用角焊縫或部分采用對接焊縫、部分采用角焊縫。支管管壁與主管管壁之間的夾角大于或等于120°的區(qū)域宜用對接焊縫或帶坡口的角焊縫。角焊縫的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍。7.6.5 支管端部宜使用自動切割機(jī)切割。7.6.6 鋼管構(gòu)件在承受較大橫向荷載的部位應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施,防止產(chǎn)生過大的局部變形。構(gòu)件的主要受力部位應(yīng)避免開孔,如必須開孔時,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)措施。

38、8 鋼管拱肋防腐涂裝8.0.1 鋼管拱肋防腐涂裝的設(shè)計使用年限應(yīng)不小于10 20年。8.0.2 鋼管拱肋外表面宜優(yōu)先采用熱噴涂金屬防腐體系,也可采用重防腐料涂體系。熱噴涂金屬體系宜采用電弧噴涂鋅、鋁及其合金。重防腐料涂體系宜以富鋅漆(無機(jī)富鋅、環(huán)氧富鋅漆)為底漆。8.0.3 鋼管拱肋外表面涂裝防腐體系應(yīng)由底層、中間層、面層組成。8.0.4 熱噴涂金屬防腐體系的噴涂金屬為鋅時,噴涂金屬層的厚度宜為150250;噴涂金屬為鋁和合金時,噴涂金屬層的厚度宜為150200。中間層的厚度宜為6080。面層的厚度宜為3060。8.0.5 重防腐料涂體系的富鋅底漆厚度宜為7080;中間層的厚度宜為80150。

39、面層的厚度宜為80100。8.0.6 采用電弧噴涂金屬防腐體系時,鋼材表面的除銹等級宜為Sa3級,表面清潔度等級宜為一級,表面粗糙度宜在25100范圍內(nèi)。8.0.7 采用重防腐料涂體系時,鋼材表面的除銹等級宜為Sa2.5級,表面清潔度等級宜為一級,表面粗糙度宜在2560范圍內(nèi)。8.0.8 灌注混凝土的鋼材內(nèi)表面可不進(jìn)行涂裝。不灌注混凝土的鋼材內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行簡易的涂料涂裝。8.0.9 除銹應(yīng)符合涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級(GB 8923-88)規(guī)定;表面凈化和粗化應(yīng)符合熱噴涂金屬件表面預(yù)處理通則(GB/T 11373-89)規(guī)定;噴涂金屬層應(yīng)符合金屬和其它無機(jī)覆蓋層熱噴涂鋅、鋁及其合金(GB

40、/T 9793-1997)規(guī)定。其他可參照鐵路鋼橋保護(hù)涂裝(TB/T 1527-1995)等。附件中華人民共和國交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范條 文 說 明1 總則從1990年我國建成第一座主跨110m的鋼管混凝土拱橋四川旺蒼東河大橋以來,由于鋼管混凝土拱橋具有材料強(qiáng)度高、施工方便、造型美觀等優(yōu)點(diǎn),在我國得以迅速發(fā)展,根不完全統(tǒng)計,我國已建和在建鋼管混凝土拱橋達(dá)100座以上。目前,國內(nèi)外都沒有一本鋼管混凝土拱橋設(shè)計的技術(shù)規(guī)范,為了規(guī)范公路鋼管混凝土拱橋的設(shè)計,確保公路鋼管混凝土拱橋的設(shè)計質(zhì)量,制訂公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范是非常迫切和必要的。1.0.2 我國的鋼管混凝土拱橋一般使用圓形鋼

41、管,而且從理論上來說,圓形鋼管對混凝土的約束也是最好的,因此本規(guī)范的使用范圍為圓形鋼管拱肋。采用本規(guī)范進(jìn)行設(shè)計時,有關(guān)作用(或荷載)及其組合應(yīng)采用公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTJ021的規(guī)定;鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)采用公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017;材料和工程質(zhì)量應(yīng)符合公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)JTJ071及有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求;結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)采用公路工程抗震設(shè)計規(guī)范JTJ004;結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計應(yīng)采用公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計指南。3 材料3.1混凝土由于鋼管對核心混凝土的約束作用,使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)不僅具有很高的強(qiáng)度,而且具有很好的塑性和韌性。鋼

42、管和混凝土本身的性能對鋼管混凝土力學(xué)性能的影響很大,鋼管和混凝土如何“匹配”,同樣對鋼管混凝土的力學(xué)性能有著重要的影響。為了保證鋼管混凝土構(gòu)件具有良好的力學(xué)性能,并具有較好的經(jīng)濟(jì)性,特作出此條規(guī)定。3.1.3 由于鋼管是封閉的,混凝土內(nèi)多余的水分不能排除,因此水灰比不宜過大,一般應(yīng)控制在0.45及以下;目前,大多數(shù)鋼管混凝土拱橋的施工都采用泵送混凝土的方法,因此對混凝土的坍落度要求較高,宜保持在160mm左右;為了抵消管內(nèi)混凝土的收縮,保證管內(nèi)混凝土的密實,應(yīng)要求管內(nèi)混凝土具有低收縮性;管內(nèi)混凝土的封閉環(huán)境,不利于水化熱的散發(fā),因此要求低水化熱;為了使管內(nèi)混凝土澆注能夠一次完成,要求混凝土具有

43、緩凝的特點(diǎn);早強(qiáng)是讓混凝土盡早形成強(qiáng)度和參與受力,以加快施工速度,縮短落裸拱狀態(tài)時間。 要使管內(nèi)混凝土既有良好的工作性能,又有較好的使用性能,需要填加適量的外摻劑,常用的外摻劑為減水劑。鋼管混凝土拱橋的設(shè)計,一般是鋼管的應(yīng)力控制;如果采用極限狀態(tài)法進(jìn)行驗算,鋼管對混凝土有套箍作用,混凝土的強(qiáng)度也不必要求太高。我國已建成的鋼管混凝土拱橋,鋼管內(nèi)混凝土一般都在C60及以下。因此,本規(guī)范的鋼管內(nèi)混凝土強(qiáng)度和彈性摸量表只列出了標(biāo)號為C30C60的混凝土。、都是參照公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范()編寫。3.2 鋼材3.2.1 為了滿足悍接性能和承受動力荷載的需要,要求鋼管和其它承重結(jié)構(gòu)鋼材采

44、用B級及或B級以上的鋼材。3.2.2 當(dāng)管徑較大時,卷制焊接管無論是質(zhì)量還是經(jīng)濟(jì)性方面均優(yōu)于無縫管,所以優(yōu)先選用。3.2.3 本條明確焊縫質(zhì)量等級為“建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)”。建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB500172003)和鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范(GB502052001)規(guī)定的一、二級焊縫,對應(yīng)于鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級法(GB11345)和鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級(GB3323)的2、3級質(zhì)量等級。3.2.4 由于目前組合材料強(qiáng)度的研究成果,其鋼材分類都是基于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GBJ17-88),將鋼材分為三組,所以,本規(guī)范的鋼材也分為三組,而沒有按新版

45、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB 50017-2003),將鋼材分為四組。3.3 鋼管混凝土 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程(DL/T 5085-1999)的鋼管混凝土組合軸壓強(qiáng)度設(shè)計值計算公式為:,并給出了相應(yīng)的表格;鋼管混凝土構(gòu)件實用設(shè)計方法(福州大學(xué)科研報告,2002)的鋼管混凝土組合軸壓強(qiáng)度設(shè)計值的計算公式為:,經(jīng)過比較分析,后者的計算更簡單,計算結(jié)果偏安全。2003年11月1日開始實施的福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(DBJ13-51-2003,J10279-2003)也采用了后一個計算公式,因此,本規(guī)范也采用這一比較簡單而安全的公式。 一般建筑結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)小于橋梁,本規(guī)范是通過采

46、用橋梁規(guī)范的混凝土設(shè)計強(qiáng)度來調(diào)整的。因為同一強(qiáng)度等級的混凝土,橋梁規(guī)范采用的設(shè)計強(qiáng)度比建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的設(shè)計強(qiáng)度低。 根據(jù)試驗結(jié)果分析,在長期荷載作用下,鋼管內(nèi)混凝土產(chǎn)生徐變,引起鋼管和混凝土的應(yīng)力重分布,二者的模量發(fā)生變化,使構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低,其下降幅度與長期荷載大小、占全部荷載的比例及構(gòu)件的長細(xì)比有關(guān)(對長柱和極短柱沒有影響)。對偏壓構(gòu)件,只在小偏心率,且時,才考慮混凝土徐變的影響;當(dāng)時,以及,但及時,都可以不考慮混凝土徐變的影響。(詳見鐘善桐鋼管混凝土結(jié)構(gòu)(修訂版)(1994)149160頁)。3.3.3 由于鋼管混凝土拱橋一般都是用于大跨徑,因此鋼管的初應(yīng)力一般都比較大。根據(jù)最新的研究成果鋼管初應(yīng)力對鋼管混凝土壓彎構(gòu)件承載能力的影響研究(土木工程學(xué)報2003年4月,p9-18),在工程常用參數(shù)范圍內(nèi),鋼管初應(yīng)力的存在,可使鋼管混凝土構(gòu)件的極限承載能力最多降低20%左右。因此,應(yīng)該計入鋼管初應(yīng)力對鋼管混凝土構(gòu)件的極限承載能力的影響。 本條是參照福建省工程

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