橋梁移動(dòng)荷載偏載系數(shù)的研究

韓廣鵬

橋梁移動(dòng)荷載偏載系數(shù)的研究

韓廣鵬

（重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400015）

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）第4.1.7條3款規(guī)定：汽車荷載的作用效應(yīng)計(jì)入汽車荷載的偏載效應(yīng)，偏載效應(yīng)可采用精細(xì)化有限元模型計(jì)算，或根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗(yàn)確定。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，在布置車道時(shí)，若已考慮了車道偏載的情況，還是否需要考慮偏載系數(shù)？本文將針對(duì)此問(wèn)題，分別建立不同寬度、不同支座數(shù)量、不同車道數(shù)的單梁與空間實(shí)體橋梁模型，并分別考慮兩跨連續(xù)梁及簡(jiǎn)支梁兩種結(jié)構(gòu)形式，分析其在已經(jīng)考慮車道荷載偏心布置的情況下單梁模型與實(shí)體模型受力的區(qū)別，并據(jù)此得出偏載系數(shù)的取值范圍。

偏載系數(shù)；三維分析；有限元法

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）第4.1.7條3款規(guī)定：汽車荷載的作用效應(yīng)計(jì)入汽車荷載的偏載效應(yīng)，偏載效應(yīng)可采用精細(xì)化有限元模型計(jì)算，或根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗(yàn)確定[1~2]。同時(shí)在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》應(yīng)用指南中第4.3節(jié)規(guī)定，正應(yīng)力放大系數(shù)取1.05，剪應(yīng)力放大系數(shù)取1.15[3]。

但是在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，在布置車道時(shí)，若已考慮了車道偏載的情況，還是否需要考慮偏載系數(shù)，偏載系數(shù)具體取值多少？本文針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析，希望能為今后橋梁計(jì)算中偏載系數(shù)的選擇提供參考。

1 對(duì)比模型與計(jì)算工況選擇

1.1 對(duì)比模型建立

橋面寬度、支座布置形式以及橋梁車道數(shù)對(duì)偏載系數(shù)存在一定影響[4]，本次計(jì)算時(shí)選取4中不同寬度的橋梁，建立桿系及三維實(shí)體模型進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。為了避免橋梁結(jié)構(gòu)形式對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，本次計(jì)算模型均選擇2×30m兩跨連續(xù)梁及30m簡(jiǎn)支梁兩種情況進(jìn)行分析。從橋梁支座抗力矩m’等于作用的偏載力矩m,根據(jù)抗力分布形態(tài)直接求算抗力分布數(shù)值,從而計(jì)算整體式梁橋的偏載系數(shù)[5]。本文也以不同模型的支反力出發(fā)，根據(jù)不同模型支反力的差值對(duì)偏載系數(shù)的取值進(jìn)行研究。

1.2 計(jì)算工況的選擇

本次主要是為了分析橋梁移動(dòng)荷載作用偏載系數(shù)的選擇，故在計(jì)算時(shí)計(jì)算模型只考慮車道荷載的作用，不考慮結(jié)構(gòu)自身重力等其他荷載。針對(duì)不同的橋梁寬度，設(shè)置不同的支座數(shù)量，布置不同數(shù)量的車道，具體工況及邊界條件見(jiàn)下表：

表1 計(jì)算工況匯總

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)單梁及實(shí)體模型的計(jì)算結(jié)果, 在單車道荷載作用下，8m寬連續(xù)梁近偏載側(cè)支點(diǎn)：中間墩支座反力實(shí)體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型小于單梁模型；遠(yuǎn)偏載側(cè)支點(diǎn)：中間墩支座反力實(shí)體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型大于單梁模型。簡(jiǎn)支梁：近偏載側(cè)支點(diǎn)支反力實(shí)體模型大于單梁模型，遠(yuǎn)偏載側(cè)支反力結(jié)果為實(shí)體模型小于單梁模型。

圖1 單車道箱梁車道荷載（偏載）作用下支反力

在雙車道荷載作用下，9m寬連續(xù)梁及簡(jiǎn)支梁支點(diǎn)反力分布情況與單車道箱梁分布規(guī)律相同，具體為：連續(xù)梁近偏載側(cè)支點(diǎn)：中間墩支座反力實(shí)體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型小于單梁模型；遠(yuǎn)偏載側(cè)支點(diǎn)：中間墩支座反力實(shí)體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型大于單梁模型。簡(jiǎn)支梁：近偏載側(cè)支點(diǎn)支反力實(shí)體模型大于單梁模型，遠(yuǎn)偏載側(cè)支反力結(jié)果為實(shí)體模型小于單梁模型。

圖2 雙車道箱梁車道荷載（偏載）作用下支反力

在三車道荷載作用下，11.5m寬連續(xù)梁近偏載側(cè)及臨近支點(diǎn)：中間墩支座反力實(shí)體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型小于單梁模型；遠(yuǎn)偏載側(cè)支點(diǎn)與上述兩支點(diǎn)情況相反，中間墩支座反力實(shí)體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型大于單梁模型。簡(jiǎn)支梁：近偏載側(cè)支點(diǎn)支反力實(shí)體模型大于單梁模型，遠(yuǎn)偏載側(cè)支反力結(jié)果為實(shí)體模型小于單梁模型。

圖3 三車道箱梁車道荷載（偏載）作用下支反力

在四車道荷載作用下，15.5m寬連續(xù)梁近偏載側(cè)3支點(diǎn)：中間墩支座反力實(shí)體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型小于單梁模型；遠(yuǎn)偏載側(cè)支點(diǎn)與上述兩支點(diǎn)情況相反，中間墩支座反力實(shí)體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實(shí)體模型大于單梁模型。簡(jiǎn)支梁：近偏載側(cè)2支點(diǎn)支反力實(shí)體模型大于單梁模型，遠(yuǎn)偏載側(cè)2支點(diǎn)支反力結(jié)果為實(shí)體模型小于單梁模型。

連續(xù)梁

簡(jiǎn)支梁

2.2 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

從連續(xù)結(jié)構(gòu)單梁及實(shí)體模型的計(jì)算分析可以看出：對(duì)于雙支支座的橋梁，在橋梁中墩處，靠近偏載側(cè)，實(shí)體模型支反力要略大于單梁模型支反力；而在邊支點(diǎn)處，靠近偏載側(cè)，實(shí)體模型支反力要略小于單梁模型結(jié)果。對(duì)于三支座橋梁，在中墩處，實(shí)體模型靠近偏載側(cè)及中間支點(diǎn)支反力大于單梁模型；邊支點(diǎn)處，實(shí)體模型近偏載側(cè)支反力小于單梁模型。對(duì)于四支座橋梁，在中墩處，僅實(shí)體模型遠(yuǎn)離偏載側(cè)支點(diǎn)支反力小于單梁模型，其余三個(gè)支點(diǎn)反力均為實(shí)體模型較大；邊支點(diǎn)處，支反力結(jié)果與中墩處支反力結(jié)果相反。

從簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)單梁及實(shí)體模型的計(jì)算分析可以看出：對(duì)于雙支座橋梁，實(shí)體模型靠近偏載側(cè)支反力大于單梁模型；對(duì)于三支座橋梁，實(shí)體模型遠(yuǎn)離偏載側(cè)支點(diǎn)反力小于單梁模型；對(duì)于四支座橋梁，實(shí)體模型靠近偏載側(cè)兩支點(diǎn)反力大于單梁模型，二另外兩支點(diǎn)支反力則相對(duì)與單梁模型較小。

2.3 偏載系數(shù)取值分析

根據(jù)以上的分析結(jié)果可以看出，在考慮車道偏載布置的情況下，簡(jiǎn)支橋?qū)嶓w模型靠近偏載側(cè)支反力大于單梁模型；而連續(xù)梁實(shí)體模型在中墩處靠近偏載側(cè)支反力大于單梁模型，而邊墩處支反力結(jié)果與中墩處結(jié)果相反。這表明在單梁模型中，雖然在布置車道荷載時(shí)已考慮了車道偏置的情況，主梁受力與實(shí)際情況相比仍偏小，表明在橋梁設(shè)計(jì)工作中，若采用單梁模型對(duì)橋梁進(jìn)行計(jì)算分析，在考慮車道荷載偏置的情況下，仍需考慮車道的偏載系數(shù)。

根據(jù)上述分析，對(duì)不同工況下的偏載系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，圖5及圖6分別為連續(xù)梁與簡(jiǎn)支梁的偏載系數(shù)，其中橫坐標(biāo)為工況1—4，豎坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的偏載系數(shù)。

圖5 連續(xù)梁偏載系數(shù)

圖6 簡(jiǎn)支梁偏載系數(shù)

從圖5及圖6可以看出，連續(xù)梁采用單梁模型進(jìn)行分析時(shí)，偏載系數(shù)在1.03—1.08之間；簡(jiǎn)支梁采用單梁模型進(jìn)行分析時(shí)，偏載系數(shù)在1.02—1.04之間。

3 結(jié)論

1）本文以以支反力為研究目標(biāo)對(duì)橋梁偏載系數(shù)進(jìn)行分析，分析表明在單梁模型考慮車道偏載布置的情況下，仍需考慮偏載系數(shù)。

2）連續(xù)梁的偏載系數(shù)在1.03—1.08之間；簡(jiǎn)支梁的偏載系數(shù)在1.02—1.04之間。但是本文僅針對(duì)兩跨連續(xù)梁及簡(jiǎn)支梁進(jìn)行了分析，且分析模型均為直線橋，其他跨徑布置及曲線橋梁并未涉及，在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)工作中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。

[1] 中華人民共和國(guó).JTG 3362—2018. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2018.

[2] 中華人民共和國(guó).JTG D60—2015. 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2015.

[3] 中華人民共和國(guó). 978-7-114-14991-7. JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》應(yīng)用指南[S]. 北京：人民交通出版社，2018.

[4] 安麗勇. 橋梁寬度和跨度對(duì)城市橋梁活載偏載系數(shù)影響的研究[C].大工橋梁學(xué)科三十年學(xué)術(shù)研討會(huì). 大連理工大學(xué), 2014.

[5] 王開(kāi)明, 董婷, 黃厚明. 一種橋梁偏載系數(shù)計(jì)算新方法[J]. 公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版, 2015, 000(005):P.252-254.

韓廣鵬（1983.5-），男，漢，籍貫：重慶市渝北區(qū)，職稱：高級(jí)工程師，學(xué)歷：碩士，單位：重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：橋梁工程。

S210

A

1007-6344（2021）04-0272-02