关于城市桥梁设计荷载探析

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关于城市桥梁设计荷载探析摘要：在对工程实例进行分析的基础上，探讨了城-A车道荷载、论述了城-A荷载在跨度LP=20m处不衔接对影响设计的问题,在进行了分析计算的基础上,指出城-A车道荷载的相关建议值。关键词：桥梁设计、城-A车道荷载、建议中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：前言在进行城市桥梁设计工作时,会涉及到城市桥梁设计荷载的应用。在实际应用中发现,对连续弯梁的计算影响最大的是城-A车道荷载在桥梁跨径LP=20m的不衔接情况。通常体现在扭矩、水平力、支点反力的计算取值,因此分析探讨城市桥梁设计荷载具有重大意义。二、城-A、城-B级车道荷载的来源所谓车道荷载,最开始应用于美国。车道荷载形式简明,实用性强,就防止车队排列繁琐的情况。与应用汽车荷载相比,应用车道荷载还能够减少验算挂车荷载的工作量,极大提高工作效率。1、我国城-A、城-B级车道荷载的确定原则6 我国城-A、城-B级车道荷载的确定原则是尽量兼容汽-超20、挂-120及汽-20、挂-100的规定,根据汽车荷载与挂车荷载(除以系数1.25)的控制值来制定车道荷载的大小。车道荷载用以进行桥梁主结构的分析,包括主桁架、主梁、主拱圈等。车辆荷载用以计算横隔梁、行车道板、桥台等。在荷载的模式上,我国城-A、城-B级车道荷载采用的是均布荷载+单一集中荷载(弯矩与剪力不同值)模式。2、我国城-A、城-B级车道荷载的折算确定了荷载的基本模式之后要进行荷载的折算。折算以汽-超20、挂-120及汽-20、挂-100荷载为基础,在折算车道荷载时,要满足下列三个基本公式:M=PL/4+qL2/8;Q=P+qL/2;W=P+qL。在以上公式里,M为跨中弯矩;Q为梁端剪力;W为荷载全重;P为车道荷载的集中力;q为均布荷载;L为桥梁跨度。按上述三个公式进行计算,推求出需要确定的城级荷载标准。三、《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011中城-A级荷载的情况城-A级车道荷载的均布荷载标准值(qk)应为10.5kN/m。集中荷载标准值(Pk)的选取:当桥梁计算跨径小于或等于5m时，Pk=180kN;当桥梁计算跨径等于或大于50m时，Pk6 =360kN;当桥梁计算跨径在5m-50m之间时，Pk值应采用直线内插求得。当计算剪力效应时，集中荷载标准值(Pk)应乘以1.2的系数。图1、车道荷载四、实际应用城级荷载过程中存在的问题通过对上述城级荷载的观察,大家会发现对于LP=20m时,城-A荷载有不衔接情况,城-B级车道荷载情况也是这样。荷载的不衔接对分片的简支梁影响不大,但对整体截面的连续弯梁影响较大。下面针对城-A荷载进行分析。设计实例:在某互通立交工程匝道桥设计为4~20m钢筋混凝土连续箱梁,桥面全宽9m,曲线半径为R=50m,独柱桥墩。分别对LP=20m、LP=20.1m情况进行分析,分析的原则是通过调整支座位置,保证边墩支座最小支反力不小于20kN,避免边墩支座脱空,并酌留安全储备。计算分别采用孙广华的弯梁计算软件和桥梁博士软件进行。截面形式见图3。如表1所示，LP=20.1m梁跨计算结果。表1、20.1m跨梁计算结果2、如表2所示，LP=20m梁跨计算结果。表2、20m跨梁计算结果3、两者分析对比从两个软件的计算数据可以看出,计算结果基本一致,证明了计算的可靠性。通过对两种跨度的计算对比,分析可知:对于城市桥梁荷载标准,桥梁跨径LP=206 m时确实是一个突变点,在弯梁的计算中,对支点反力、扭矩、水平力都有影响。最大支点反力相差100kN;梁端扭矩相差630kN·m,占扭矩值的24%~32%,影响到梁部抗扭钢筋的配置以及边墩支座的横向间距;水平力相差154kN,约为LP=20m水平力的一半,影响到下部结构的尺寸和配筋。总的趋势是在LP=20m附近,跨度大反而最大支反力小,梁端扭矩小,制动墩水平力小。城市桥梁设计中,以16~50m中小跨度居多,特别是在互通立交的匝道桥,中小跨度的连续弯梁占了很大比重,桥梁布跨时,由于地下管线和地面道路的影响,同一匝道桥中往往有类(3×18+4×20+4×22)m的孔跨布置,由于LP=20m处设计荷载突变,致使理论计算确定的支座反力、支座间距及桥墩尺寸也有突变,特别是对于连续梁跨度略小于20m时,边墩双支座横向间距较大,而梁跨度略大于20m时,边墩双支座横向间距较小,而且从上面结果来看,两者的差距达到1.6~1.7m,与设计人员的边墩支座间距和跨度成正比的习惯思维不一致,易导致设计上的失误。五、城-A级荷载的修改建议探讨1、修改的基本原则(1)考虑到计算的方便,建议的设计荷载也是采用均布荷载qK和集中荷载PK组成。6 (2)城市桥梁,50m跨度以下的中小跨度桥梁居多,考虑到荷载的连续性,建议参照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004,5~50m跨度按荷载内插考虑。2、建议的城-A级设计荷载如图4城-A级的均布荷载标准值为qK采用10.5kN/m;集中荷载标准值按以下原则选取:桥梁计算跨径小于或等于5m时,PK=200kN;桥梁计算跨径等于或大于50m时,PK=360kN;桥梁计算跨径在5~50m之间时,PK值采用直线内插求得。计算剪力效应时,上述集中荷载标准值PK乘以1.2的系数。车辆荷载同《城市桥梁设计荷载标准》CJJ77-98中的取值。3、计算分析根据《城市桥梁设计荷载标准》CJJ77-98中城级荷载的确定原则,按汽车-超20、挂车-120、城-A车辆荷载以及上述拟定车道荷载进行了大量的计算分析,结果如表3、表4及图5、图6。表3跨中弯矩对比表(kN·m)注:限于篇幅只列出5~50m跨度的计算结果,经对5~150m跨度分析,拟定值与控制值的差值百分比均值为0.0128,标准方差为0.0426。表4梁端剪力对比表(kN)注:经对5~150m跨度分析,拟定值与控制值的差值百分比均值为0.1094,标准方差为0.0833。图5计算弯矩对比图图6计算剪力对比图6 六、结语综上可知,拟定的车道荷载和挂车-120、汽车-超20以及城-A车辆荷载的控制值具有较好的拟合度,其中梁端剪力的误差为10.9%,跨中弯矩误差为1.28%,然而要注意到梁端剪力增大10.9%影响梁部和桥梁下部结构的程度较小,因此,文中所拟定的车道荷载较为科学。参考文献：[1]王朝晖：《关于城市桥梁设计荷载的探讨》，《四川建筑》，2007年02期[2]郑永红：《关于城市桥梁设计荷载的探讨》，《华东公路》，2007年02期[3]CJJ11-2011城市桥梁设计规范[S][4]JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范[S]注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。6