韓廣鵬

橋梁移動荷載偏載系數(shù)的研究

韓廣鵬

（重慶市設(shè)計院有限公司，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)計入汽車荷載的偏載效應(yīng)，偏載效應(yīng)可采用精細化有限元模型計算，或根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗確定。在實際設(shè)計工作中，在布置車道時，若已考慮了車道偏載的情況，還是否需要考慮偏載系數(shù)？本文將針對此問題，分別建立不同寬度、不同支座數(shù)量、不同車道數(shù)的單梁與空間實體橋梁模型，并分別考慮兩跨連續(xù)梁及簡支梁兩種結(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)計入汽車荷載的偏載效應(yīng)，偏載效應(yīng)可采用精細化有限元模型計算，或根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗確定[1~2]。同時在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(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]。

但是在實際設(shè)計工作中，在布置車道時，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？本文針對此問題進行分析，希望能為今后橋梁計算中偏載系數(shù)的選擇提供參考。

1 對比模型與計算工況選擇

1.1 對比模型建立

橋面寬度、支座布置形式以及橋梁車道數(shù)對偏載系數(shù)存在一定影響[4]，本次計算時選取4中不同寬度的橋梁，建立桿系及三維實體模型進行對比計算。為了避免橋梁結(jié)構(gòu)形式對計算結(jié)果的影響，本次計算模型均選擇2×30m兩跨連續(xù)梁及30m簡支梁兩種情況進行分析。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偏載系數(shù)的取值進行研究。

1.2 計算工況的選擇

本次主要是為了分析橋梁移動荷載作用偏載系數(shù)的選擇，故在計算時計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下表：

表1 計算工況匯總

2 計算結(jié)果

2.1 計算結(jié)果

根據(jù)單梁及實體模型的計算結(jié)果, 在單車道荷載作用下，8m寬連續(xù)梁近偏載側(cè)支點：中間墩支座反力實體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型小于單梁模型；遠偏載側(cè)支點：中間墩支座反力實體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型大于單梁模型。簡支梁：近偏載側(cè)支點支反力實體模型大于單梁模型，遠偏載側(cè)支反力結(jié)果為實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)梁及簡支梁支點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：中間墩支座反力實體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型小于單梁模型；遠偏載側(cè)支點：中間墩支座反力實體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型大于單梁模型。簡支梁：近偏載側(cè)支點支反力實體模型大于單梁模型，遠偏載側(cè)支反力結(jié)果為實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：中間墩支座反力實體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型小于單梁模型；遠偏載側(cè)支點與上述兩支點情況相反，中間墩支座反力實體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型大于單梁模型。簡支梁：近偏載側(cè)支點支反力實體模型大于單梁模型，遠偏載側(cè)支反力結(jié)果為實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：中間墩支座反力實體模型大于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型小于單梁模型；遠偏載側(cè)支點與上述兩支點情況相反，中間墩支座反力實體模型小于單梁模型，邊墩處支座反力實體模型大于單梁模型。簡支梁：近偏載側(cè)2支點支反力實體模型大于單梁模型，遠偏載側(cè)2支點支反力結(jié)果為實體模型小于單梁模型。

連續(xù)梁

簡支梁

2.2 計算結(jié)果對比分析

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

從簡支結(jié)構(gòu)單梁及實體模型的計算分析可以看出：對于雙支座橋梁，實體模型靠近偏載側(cè)支反力大于單梁模型；對于三支座橋梁，實體模型遠離偏載側(cè)支點反力小于單梁模型；對于四支座橋梁，實體模型靠近偏載側(cè)兩支點反力大于單梁模型，二另外兩支點支反力則相對與單梁模型較小。

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已考慮了車道偏置的情況，主梁受力與實際情況相比仍偏小，表明在橋梁設(shè)計工作中，若采用單梁模型對橋梁進行計算分析，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，對不同工況下的偏載系數(shù)進行計算，圖5及圖6分別為連續(xù)梁與簡支梁的偏載系數(shù)，其中橫坐標為工況1—4，豎坐標為對應(yīng)的偏載系數(shù)。

圖5 連續(xù)梁偏載系數(shù)

圖6 簡支梁偏載系數(shù)

從圖5及圖6可以看出，連續(xù)梁采用單梁模型進行分析時，偏載系數(shù)在1.03—1.08之間；簡支梁采用單梁模型進行分析時，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對橋梁偏載系數(shù)進行分析，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；簡支梁的偏載系數(shù)在1.02—1.04之間。但是本文僅針對兩跨連續(xù)梁及簡支梁進行了分析，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，在實際橋梁設(shè)計工作中應(yīng)根據(jù)具體情況進行分析。

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

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

[3] 中華人民共和國. 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. 大連理工大學(xué), 2014.

[5] 王開明, 董婷, 黃厚明. 一種橋梁偏載系數(shù)計算新方法[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：高級工程師，學(xué)歷：碩士，單位：重慶市設(shè)計院有限公司，研究方向：橋梁工程。

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1007-6344（2021）04-0272-02