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不同跨径整体式截面桥梁荷载试验效率的计算分析

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  摘 要:基于midas Civil,分别对20m、25m、30m整体式截面简支、连续梁桥的荷载试验效率问题进行了计算分析,结果表明:对于设计荷载为公路-I级,在35t三轴车最大满布情况下,设计車道为单车道(桥面净宽﹤7m)的20m整体式截面简支梁、20m整体式截面连续梁、25m整体式截面连续梁,最大正弯矩工况试验效率均达不到0.85;双车道(7m≦桥面净宽﹤10.5m)的20m整体式截面连续梁中跨最大正弯矩工况试验效率达不到0.85。
  关键词:不同跨径;整体式截面桥梁;荷载试验效率
  0引言
  随着交通量的日益增大,不少地区采取在原有桥梁基础上设置增宽桥的方式缓解交通压力,增宽桥的桥面宽度设置一般不大,大多设置为1~2个车道,结构形式多为整体式箱梁。高速公路互通中的匝道桥桥面也多设置为1个车道,结构形式多为整体式箱梁。
  《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)第5.4.2条规定“静载试验荷载效率ηq,对交(竣)工验收荷载试验,宜介于0.85~1.05之间;否则ηq宜介于0.95~1.05之间”[1],此条规定说明,对于交竣工验收的新建桥梁,荷载效率应当在0.85~1.05之间;对于已运营的桥梁,荷载效率应当在0.95~1.05之间。
  笔者在现场实际工作中发现对于此类桥梁,会出现达不到规范要求效率的现象,因此本文分别对20m、25m、30m整体式截面简支、连续梁桥的荷载试验效率问题进行了计算分析。
  1模型建立
  本文利用MIDAS CIVIL建立20m、25m、30m整体式截面简支、连续梁桥单车道、双车道共12个模型[2-3],设计荷载:公路-I级,试验截面示意图见图1,主要计算结果见表1。
  2布载结果分析
  2.1荷载车辆选择
  根据《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)第5.4.3条,采用三轴载重汽车作为试验加载车辆,当车辆单轴轴重超过14t时,应对桥梁桥面板进行局部验算,故选择试验加载车辆参数见表2和图2。
  2.2荷载效率分析
  经过多次试算,K2截面墩顶最大负弯矩工况经过合理的车辆布置均可达到效率,K1、K3截面最大正弯矩工况在如图3所示车辆布置时,加载效率达到最大[4]。各工况加载效率结果如图4~图6所示。
  对于新建桥梁,《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)要求荷载效率在0.85~1.05之间,由图4~图6结果可知,单车道(桥面净宽﹤7m)的20m整体式截面简支梁、20m整体式截面连续梁、25m整体式截面连续梁最大正弯矩工况试验效率均达不到0.85;双车道(7m≦桥面净宽﹤10.5m)的20m整体式截面连续梁中跨最大正弯矩工况试验效率达不到0.85,不能满足规范要求。
  对于在役桥梁,荷载效率要求在0.95~1.05之间,由图3~图5结果可知,单车道(桥面净宽﹤7m)的20m、25m、30m整体式截面简支梁、连续梁最大正弯矩工况试验效率均达不到0.95;双车道(7m≦桥面净宽﹤10.5m)的20m整体式截面简支梁、连续梁最大正弯矩工况试验效率均达不到0.95,25m、30m整体式截面连续梁边跨最大正弯矩工况试验效率均达不到0.95,不能满足规范要求。
  比较图4~图6,随着跨径和横向车道数的增加,能够达到规范要求效率的试验工况逐渐增加,这是由于:(1)随着跨径的增大,影响线长度也增加,加载效应越明显;(2)随着车道数的增加,加载弯矩线呈线性成倍增大,而控制计算弯矩因车道折减系数增加较缓慢,因此二者比值逐渐增大,加载效应越明显。
  对于达不到加载效率的桥梁,可通过以下2种方法进行调控:(1)增大加载车载重,但是需要进行桥面板验算,跨径越小,需要加载车载重就越大,甚至可能达到40t以上,对桥面板的安全有一定的危险性;(2)选择其它加载方式,如堆载,此类方法费时费力,经济性差。
  3结语
  对于设计荷载为公路-I级的整体式截面桥梁,在35t三轴车最大满布情况下:(1)对于桥面净宽﹤7m的新建桥梁,20m简支梁、20m连续梁、25m连续梁最大正弯矩工况试验效率均达不到0.85;(2)对于7m≦桥面净宽﹤10.5m的新建桥梁,20m连续梁中跨最大正弯矩工况试验效率达不到0.85;(3)对于桥面净宽﹤7m的在役桥梁,20m、25m、30m整体式截面简支梁、连续梁最大正弯矩工况试验效率均达不到0.95;(4)对于7m≦桥面净宽﹤10.5m的在役桥梁,25m、30m整体式截面连续梁边跨最大正弯矩工况试验效率均达不到0.95;(5)对加载达不到效率的桥梁,可通过提高加载车辆载重进行加载,但是必须要进行桥面板的验算;也可通过其它方式加载,比如堆载,但是这类方式费时费力,经济性差。
  参考文献
  [1] 长安大学.JTG/T J21-01—2015,公路桥梁荷载试验规程[S].北京:人民交通出版社,2015.
  [2] 葛俊颖.桥梁工程软件midas Civil使用指南[M].北京:人民交通出版社,2013.
  [3] 邱顺冬.桥梁工程软件midas Civil应用工程实例[M].北京:人民交通出版社,2011.
  [4] 王愉龙.中小跨径梁桥荷载试验加载效率研究[D].西安:长安大学,2013.
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