李乔说桥：设计规范条文必须执行吗？

命题是否严谨？

初看本文标题，很多人都会立刻回答：当然必须执行！但实际上，这种回答既对也不对。为何会如此说？因为这个命题本身就不严谨！何谓执行？是机械地、无条件地、生搬硬套地执行，还是有判断、有条件、有理由地执行？

作为一名优秀的工程师，必须具备足够的专业知识、工程经验和判断能力，这样才能正确理解和使用设计规范，才能作出好的设计。

下面就通过举例，谈谈设计规范条文的执行问题。

图1 执行还是不执行？这是个问题

“严格”也是分等级的

在谈到执行规范问题时，时常会用到一个词：严格。但一定要注意，在规范用语中，所谓严格也是分等级的，严格并不代表非做不可。几乎每一部设计规范都对其用词的涵义给出了定义，说明不同的用词所代表的不同严格程度。例如公路桥涵设计通用规范中这样描述：

对执行规范条文严格程度的用词，采用以下写法：

1. 表示很严格，非这样做不可的用词： 正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。

2. 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词： 正面词采用“应”；反面词采用“不得”。

3. 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词： 正面词采用“宜”；反面词采用“不宜”。 表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

其他设计规范关于此问题的说明也都与此相同或相近，这是通用的规则。

图2 “严格”也分等级

由此可见，除了第1条的“必须”和“严禁”以外，其余用词限定的条文都不是必须执行的，但这绝不意味着可以随意地不执行。对于第2条用词限定的条文，如果认为不适合执行，必须说明为何不属于“正常情况”；而对于第3条用词限定的条文，如果认为不适合执行，则必须说明不执行或选择其他方法或数据的依据和理由。

规范条文是有适用条件的

设计规范是面向工程实际的，故此其中的规定、公式、方法、数据等，都是有其适用条件的，而不是普遍适用的。所以，在使用相关条文时，不能仅仅关注条文本身，还要注意是否满足相关适用条件，甚至可以说，适用条件跟条文本身一样重要。如果连适用条件都不符合，条文本身便已失去意义。

有些适用条件在规范中有明文说明，有些则是隐含的。对于前者，若说明和条文本身在规范中的位置靠近，则一般都会被注意到。但若相隔较远，就容易被忽略。而对于隐含的适用条件，则更容易被忽略或用错。

图3 啥？适用条件还有隐含的？（图片引自互联网）

可选择执行的条文举例

从本文第2节可知， “可”、“宜”或“不宜”属于严格程度较低的用词，而设计规范中用此描述的条文也非常多，这给工程师带来了灵活执行的可能性。当然，如前所述，如果不执行这些条文，必须有不执行的理由和依据，而不是随心所欲。

举例1 ：关于混凝土结构体系转换引起的徐变次效应计算 ，公路及铁路桥梁设计规范都给出了相同的计算公式，例如对于自重引起的徐变次效应，“可”按下式计算：

这个公式在很多桥梁专业教科书上都有，公式本身也当然是正确的。 但如果直接用它进行实际工程计算，会带来很多困难。

在实际工程中，结构的体系转换往往是多次的，而每次都要分别计算先期结构的荷载在先期结构体系和后期结构体系上引起的内力 M _{1 g} 和 M _{2 g} ，并且由于各个梁段的加载龄期不同，还要分别计算考虑了各自加载历程的各个梁段的徐变系数，这对于软件编程和使用都是非常麻烦和困难的，而且可能还会因为某些不得已的简化而使计算产生较大误差。 因此，当前的桥梁结构分析软件几乎没有直接使用这个公式的，而是采用其他既方便编程又更加有效的方法，比如基于等效弹性模量法的等效荷载法。

笔者认为，鉴于计算手段的进步，规范中已无必要给出该公式，只须要求计算各种徐变次效应即可。

图4这程序可怎么写啊！？（图片引自互联网）

举例2 ： 关于预应力弹性次内力 。公路桥梁2004和2018规范以及铁路桥梁1985和2018规范都规定，在进行预应力混凝土构件承载能力极限状态验算时，“应”考虑预应力引起的弹性次内力；而公路桥梁1985规范和铁路桥梁1999、2005及2017等规范则规定，“可”不考虑该次内力。

值得注意的是，铁路桥梁2018规范是中国铁路总公司颁布的企业标准，而铁路桥梁2017规范是国家铁路局颁布的行业标准，二者目前处于并行阶段。这就给铁路桥梁设计者带来一个困惑，到底要不要考虑上述次内力？

从理论上来说，考虑或不考虑都是近似的作法，这在李乔说桥-11中已经讨论过，感兴趣的读者可去阅读该文。

从设计规范角度看，铁路桥梁2017规范采用“可”不考虑描述，而铁路桥梁2018规范和公路桥梁2018规范均采用“应”考虑描述，这说明多数规范编制者认为，相对而言，考虑该次内力比不考虑更合理一些。、

鉴于上述分析，对仍按铁路桥梁2017规范的设计而言，即可考虑预应力弹性次内力，也可不考虑，前者是遵守2017规范，后者是对“可”的另外一种有理由的选择。

但需注意，有时这种次内力影响还不算小，按一种选择能够通过验算，按另外一种选择不一定能通过。此时，可以只选一种，也可以选不利者。这也表明，设计阶段的计算是有误差的，一定要留有安全余地。

不满足适用条件的举例

举例3 ： 关于PC受弯构件超筋限值 。受弯构件正截面抗弯承载力的验算包括三项内容，即：（1）通过限制最小配筋率避免少筋破坏模式；（2）通过限制受压区高度 x _b 或 x _{o ob} 避免超筋破坏模式，即要保证破坏始于钢筋首先达到其抗拉设计强度或对应的应变 ε _y ，然后才发生混凝土压坏或达到极限压应变 ε _cu ； （3）通过承载力计算保证适筋破坏模式下具有足够的安全度，其单筋矩形截面 PC 构件的计算图式如图5a所示。 图中 x _o 为实际受压区高度， x 为按矩形应力图形计算时的受压区高度，其他符号读者容易识别其意义，此处不赘述。

图5 单筋截面抗弯承载力计算图式

图5a所示是一般控制截面的情况，规范所给出的承载力验算公式也是基于此情况的，其中隐含如下假设（适用条件）：受拉钢筋布置在靠近受拉区边缘附近，且各层钢筋较为靠近，因此可以用距受压区边缘为 h _o 处的各层钢筋合力位置应变代替所有钢筋应变。而界限受压区高度 x _b 就是按此位置应变达到 ε _y 并依据平截面假设算得的。

假设按照图5a所示的情况验算时，受压区高度满足 x _b 条件，且 x 已接近 x _b 。 对于同一构件的非控制截面，可能由于构件弯起而变为图5b所示情况，其中一组钢筋已靠近中性轴。 为叙述简便，假设忽略由于倾斜角度引起的钢筋合力变化，此时受压区高度与图5a基本一致，但有效高度 h _o 却比原来小了很多，因此可能造成 x > x _b 。

表面上看，这似乎已不满足规范要求。 但值得注意的是，这种情况首先不满足的是隐含的适用条件，即直接这样计算x并校验其是否小于界限受压区高度的方法是不适用的，因为此时两层钢筋相距太远，并且靠近中性轴的那层钢筋应变很难达到 ε _y ，所以不能用受拉钢筋合力位置的应变代表各钢筋应变。 另外，从截面变形或延性的角度看，在截面破坏时，底层钢筋早已超过 ε _y 很多，截面已发生较大的变形，不会发生脆性破坏。

实际工程中的大跨度连续梁或连续刚构桥，为了抵抗强大的负弯矩，经常会布置多层预应力钢筋，在非控制截面，下弯钢筋也是多层布置，情况比图5b更复杂一些，但基本原理并无差别，因此仍可按上述原则处理。

上述情况在采用手算时不会发生，因为不会计算非控制截面。但采用软件计算时，一般习惯于计算所有的截面，于是就时常出现上述情况。如果软件不具备自动处理这种情况的功能，设计者就必须通过自己的判断和辅助计算，排除错误的结果，而不必修改配筋或其他参数。

举例4 ： 关于跨度128米以上铁路 PC 梁桥工后徐变变形限值 。由于铁路桥梁设计规范的适用范围为128米及以下跨度的混凝土桥和160米及以下跨度的钢桥，规范中关于 PC 梁桥工后徐变变形限值当然也只适用于128米及以下跨度范围。那么当设计128米以上跨度的 PC 梁桥时，该如何取这个限值呢？

一种做法是仍然按照规范限值取用，但这会带来极大的困难。由于规范的限值非常苛刻，加之当前混凝土徐变计算方法的误差很大，在128米及以下跨度时要满足要求已非常困难，更大跨度时就更加困难，甚至无法满足要求。而且即使计算数值上满足了要求，由于前述的较大误差，也使这种形式上的满足变得没有实际意义。所以本文认为，不应再机械地硬套规范限值，而是根据超过规范适用跨度的多少，适当放宽要求，比如参照规范中无碴轨道 PC 梁的限制方式之一，按 L /5000进行限制。具体数值还可进一步研究，总而言之，不能把本来就很苛刻且又不很准确的徐变限制直接扩展到更大跨度结构中。

诚然，规范对工后徐变变形的限制，是为了能够方便地通过调整垫板或道碴厚度来保证轨面高程和平顺度，并且因为减少垫板或道碴厚度是有限度的，所以针对预加力引起的向上徐变变形更加严格。在大跨度桥梁中放宽上述要求，必须通过其他辅助措施进行调整。

作者简介 ：李乔，西南交通大学教授，博士生导师，在中国公路学会桥梁分会等学术组织任常务理事或理事，在多个重要学术期刊任编委会委员。曾任国务院学科评议组成员、全国土木工程专业评估委员会委员、国家科学技术奖会评专家等。研究兴趣为桥梁结构力学行为、大跨斜拉桥结构理论及施工控制方法等。主要理论成果：提出结构的过程-状态相关性原理及曲线箱梁空间分析理论等。主要技术成果：研发桥梁结构分析系统BSAS、桥梁非线性分析系统NLABS及曲线桥分析系统ASCB等软件系统，长期在多家设计院使用。