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    施工技术

    梁宽与轮距对横向分布系数的影响

        在我国公路桥梁建设中,对于由多片主梁通过现浇湿接成整体的简支转连续T 型梁桥来说,桥梁因具有纵向和横向刚度,作用在桥梁上的汽车荷载沿桥梁纵向和横向均发生传递,使得各片主梁均承受到大小不等的荷载效应。桥梁结构的受力和变形属于空间计算理论问题,由于空间计算问题的复杂性,借助横向分布系数将其近似的转化为平面问题有利于简化桥梁结构的受力分析[1]。而且随着横向连接的增强,各主梁共同受力性能越好,横向分布系数随着横向刚度的增强而变小[2]。
    关于简支转连续T 型梁桥横向分布系数的研究大多是在强调计算方法[3,4],而关于桥梁截面几何尺寸的变化对横向分布系数的影响方面还缺乏相应的参考资料,此外,由于交通运输业的发展必然带动汽车制造业的发展和革新,许多重载汽车类型应运而生,现在公路上运行的重载汽车车型轮距不仅限于我国公路桥梁设计规范规定的轮距和轴距[5],这种规范规定以外的车型运行到公路桥梁上,轮距的变化必然导致汽车荷载布置不同于基于规范的设计布置,桥梁实际运营阶段的荷载效应与设计期的荷载效应是不一致的[6],而公路桥梁汽车荷载标准的适应性应基于全国范围内的汽车荷载数据研究才能得出适用的结论,所以关于汽车荷载标准与实际汽车荷载的适应程度还需大量的统计数据。
    1· 桥梁概况
    简支转连续预应力混凝土T 型梁桥,跨径为L = 40 m,桥宽B = ( 0. 5 + 11. 25 + 0. 5) m,5 片主梁,设计主梁宽度2. 47 m。桥梁跨中横断面如图1所示。
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
    2· 梁宽与轮距
    桥梁横向分布系数计算要在桥宽方向布置最不利汽车荷载,桥宽( 即主梁间距) 会对横向分布系数有影响,而实际作用于公路桥梁的汽车轮距不同也会对桥梁横向分布系数有影响。
    在桥梁设计梁宽2. 47 m 基础上翼缘板尺寸增加10 cm,20 cm, 30 cm,分析主梁加宽对横向分布系数的影响。现今在公路上运行的国内生产和国外进口的重型汽车类型众多,公路行业的汽车荷载标准适应性需进一步研究,而我国公路交通荷载标准研究需要大量的基础调研资料,调查资料的缺乏导致我国公路规范中车辆荷载标准已显滞后[7]。
    根据我国公路交通荷载标准研究资料以及现实运行汽车荷载数据,列出如表1 所示几种公路上普遍运行的重型汽车类型及参数,并选取实际运行汽车轮距[8]。
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
    从表1 可以看出现如今在公路运行的重型汽车轮距并不仅仅是规范中规定的1.8 m,已经超过1.8 m,为求与规范1.8 m 轮距有一个直观的比较,将表中涉及轮距归整,那么现今公路运行的重载汽车轮距包括规范规定的1. 8 m 轮距在内有: 1.8 m,1.9 m,2 .0 m 这3 种轮距。分析3 种汽车轮距对桥梁横向分布系数的影响。
    3· 等效刚度系数
    连续梁桥横向分布系数计算不同于简支梁桥,需要按照等刚度原则将连续梁某一跨换算成等跨径的简支梁进行计算。而等刚度原则就是在跨中施加一个集中荷载或者一个集中扭矩后,连续梁某一跨与等效简支梁的跨中挠度和扭转角彼此相等。可计算单位荷载作用于连续梁某一跨跨中时的跨中挠度f,再计算与之跨径相等换算刚度为EI* 的等效简支梁在跨中单位荷载作用下的挠度f* ,可由f* /f 得出等效简支梁惯性矩I* 换算系数Cw。Cw = f* /f。换算系数Cw其实也可以说是一个连续梁之等跨径等效简支梁的刚度提高系数。
    应用Ansys 软件中的Beam3 单元建立单跨简支梁和三跨连续梁,实常数输入主梁截面面积A,惯性矩I,梁高h。材料属性中弹性模量输入钢筋混凝土弹性模量,泊松系数0.2。通过划分单元,施加跨中单位荷载,并且求解,得出跨中挠度位移图,见图2。
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
    可以得出三跨连续梁等效简支梁刚度修正系数:
    边跨: Cw = 0.406 /0.289 = 1.405;
    中跨: Cw = 0.406 /0.226 = 1.795。
    4 ·主梁宽度对横向分布系数的影响
    采用比拟正交异性板法计算桥梁横向分布系数[9],计算的横向分布系数考虑多车道折减[10]。分析在汽车轮距一定情况下,设计主梁宽度基础上翼缘板尺寸增加时各主梁横向分布系数的变化。根据桥梁的整体结构和保证桥面翼缘板根部受力允许的情况下,在主梁设计宽度247 cm 基础上,翼缘板尺寸增加10 cm,20 cm, 30 cm,并先按照公路桥梁规范车辆荷载技术标准中规定的汽车轮距1. 8 m 进行最不利荷载布置时,荷载横向分布系数计算结果如表2 所示,横向分布系数与梁宽关系见图3。
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
    在表2 中,主梁间距为247 cm, 257 cm 时,布置三车道,主梁间距为267 cm, 277 cm 时,对于3 号梁可布置四车道。各梁的横向分布系数随主梁间距增大而增大,只是在最不利布载下,车道数增加,横向分布系数的增大幅度较大。其中1 号、2 号梁的横向分布系数与梁宽有很明显的线性关系,并且求得线性回归方程:
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
    5· 轮距对横向分布系数的影响
    在设计主梁宽度247 cm 的桥面上分别布置3 种不同轮距的汽车荷载来计算桥梁横向分布系数,得出不同汽车轮距下桥梁横向分布系数见表3,横向分布系数和轮距的关系见图4。
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
    由图4 可知,在主梁宽度一定的情况下,荷载横向分布系数随着汽车轮距的增大而减小。1 号、2 号主梁横向分布系数随轮距增大而减小的趋势相近,二者有明显线性关系。而轮距变化对3 号梁( 中梁) 横向分布系数影响很小。并且求得1 号、2 号梁横向分布系数与轮距关系线性回归方程:
    梁宽与轮距对横向分布系数的影响
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