护栏对空心板梁桥校验系数的影响分析

2019-10-18程咏春

筑路机械与施工机械化 2019年9期

程咏春

(中交路桥建设有限公司，北京 101107)

0 引言

防护栏是公路桥梁上最基本的安全设施，大量的荷载试验结果表明，防护栏对提高主梁结构的承载能力有一定的贡献[1]。

在进行板桥设计时，一般将护栏作为二期恒载施加在主梁上，不考虑护栏对桥梁结构承载能力的贡献；而现在修建的护栏一般与桥梁结构刚接在一起，其钢筋配置越来越多，高度越来越大，如不考虑护栏对桥梁结构的影响，计算结果将与桥梁结构的实际受力状态不相符。实践证明，护栏提供的刚度并非是平均分配给每一片板，而是沿桥梁结构横向合理分布在有限宽度范围内。因此，许多学者对此做了大量研究。文献[2]中护栏刚度沿桥梁结构横向呈三角形分布在14%的桥面宽度，由于桥面宽度的限制，桥梁越窄，护栏提供的刚度影响越明显，因此该分布模式具有一定的局限性。邹兰林[3]提出护栏刚度沿桥梁横向呈三角形分布在两块边板上，该分布模式计算简便，但是与实际分布状态有一定的偏差。由于获得实际桥梁样本不容易，因此护栏对结构受力程度的影响如何还有待于进一步研究。本文以1座无护栏空心板桥和1座有护栏空心板桥的荷载试验为依托，通过实测挠度校验系数分析，提出护栏提供的刚度沿桥梁横向的合理分布形式，并通过应变校验系数及频率得以验证，为有护栏的桥梁荷载的校验系数提供理论依据。

1 理论分析

计算假定如下。

(1)同一座桥各片主梁的校验系数是一定的。

(2)材料特性和施工条件相同的2座桥校验系数应相等。

根据校验系数相等的原则，可由无护栏桥的校验系数推出有护栏桥的理论挠度值，根据挠曲线方程EIy″=M列出挠曲线近似微分方程，进而积分变换得出各片板的惯性矩I，分别如式(1)、(2)。

式中：y为竖向荷载作用下的挠度值；x为沿梁纵向的任意一点坐标；a、b为外力FP距左右两端支座的距离；l为结构跨径；E为主梁的弹性模量；I为主梁的抗弯惯性矩。

求出有护栏桥的抗弯惯性矩与无护栏桥各片板的惯性矩差值，即可近似认为是由护栏等效到各片板上的惯性矩。先假设把护栏等效成矩形，其宽度为空心板宽，即可计算出护栏的等效高度h。考虑护栏刚度应在有限宽度范围内渐变分布，将等效矩形拟合成连续线型，即可确定护栏刚度沿桥横向的分布形式。

2 依托工程概况

A中桥和B中桥均是国道219线新藏公路(西藏境)区界至日土段改建整治工程的简支空心板桥，两桥梁设计单位、施工单位均相同，其中A中桥无护栏，B中桥有护栏。2座桥的基本概况如表1所示。

对2座桥进行荷载试验，选择跨中位置作为试验控制截面，其荷载试验[4]分为中载和偏载2个工况，横向布置2辆车，各工况计算加载效率均为1.03，加载车采用2辆36.83 t三轴车(车重和货重)，车辆平均两后轴合计重29.49 t，前轴重7.34 t。

每片空心板底中部各布置1个应变测点和1个挠度测点，各工况加载位置和测点布设如图1所示(以B中桥的横断面示意，A中桥的加载位置和测点布设相同)，图中梁号与应变测点、挠度测点编号均相同。B中桥和A中桥的实测挠度值和实测应变值见表2、3。

图1 B中桥加载布置及测点编号

利用桥梁空间分析模型Midas Civil-2013进行梁格法[5]建模。其中，A中桥共建立182个梁单元，B中桥共建立198个梁单元，梁的一端约束x(纵向)、y(横向)、z(竖向)方向的位移和x、z方向的转动，另一端约束y、z方向的位移和x、z方向的转动。横向虚拟横梁[6]采用释放梁端约束，刚度取值以与铰接板法计算出单梁的弯矩和挠度相等为原则，试算出虚拟横梁的刚度。结构离散图如图2、3所示。