桥梁移动荷载偏载系数的研究

2021-04-16韩广鹏

四川水泥 2021年4期

韩广鹏

桥梁移动荷载偏载系数的研究

韩广鹏

（重庆市设计院有限公司，重庆 400015）

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）第4.1.7条3款规定：汽车荷载的作用效应计入汽车荷载的偏载效应，偏载效应可采用精细化有限元模型计算，或根据可靠的工程经验确定。在实际设计工作中，在布置车道时，若已考虑了车道偏载的情况，还是否需要考虑偏载系数？本文将针对此问题，分别建立不同宽度、不同支座数量、不同车道数的单梁与空间实体桥梁模型，并分别考虑两跨连续梁及简支梁两种结构形式，分析其在已经考虑车道荷载偏心布置的情况下单梁模型与实体模型受力的区别，并据此得出偏载系数的取值范围。

偏载系数；三维分析；有限元法

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）第4.1.7条3款规定：汽车荷载的作用效应计入汽车荷载的偏载效应，偏载效应可采用精细化有限元模型计算，或根据可靠的工程经验确定[1~2]。同时在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》应用指南中第4.3节规定，正应力放大系数取1.05，剪应力放大系数取1.15[3]。

但是在实际设计工作中，在布置车道时，若已考虑了车道偏载的情况，还是否需要考虑偏载系数，偏载系数具体取值多少？本文针对此问题进行分析，希望能为今后桥梁计算中偏载系数的选择提供参考。

1 对比模型与计算工况选择

1.1 对比模型建立

桥面宽度、支座布置形式以及桥梁车道数对偏载系数存在一定影响[4]，本次计算时选取4中不同宽度的桥梁，建立杆系及三维实体模型进行对比计算。为了避免桥梁结构形式对计算结果的影响，本次计算模型均选择2×30m两跨连续梁及30m简支梁两种情况进行分析。从桥梁支座抗力矩m’等于作用的偏载力矩m,根据抗力分布形态直接求算抗力分布数值,从而计算整体式梁桥的偏载系数[5]。本文也以不同模型的支反力出发，根据不同模型支反力的差值对偏载系数的取值进行研究。

1.2 计算工况的选择

本次主要是为了分析桥梁移动荷载作用偏载系数的选择，故在计算时计算模型只考虑车道荷载的作用，不考虑结构自身重力等其他荷载。针对不同的桥梁宽度，设置不同的支座数量，布置不同数量的车道，具体工况及边界条件见下表：

表1 计算工况汇总

2 计算结果

2.1 计算结果

根据单梁及实体模型的计算结果, 在单车道荷载作用下，8m宽连续梁近偏载侧支点：中间墩支座反力实体模型大于单梁模型，边墩处支座反力实体模型小于单梁模型；远偏载侧支点：中间墩支座反力实体模型小于单梁模型，边墩处支座反力实体模型大于单梁模型。简支梁：近偏载侧支点支反力实体模型大于单梁模型，远偏载侧支反力结果为实体模型小于单梁模型。

图1 单车道箱梁车道荷载（偏载）作用下支反力

在双车道荷载作用下，9m宽连续梁及简支梁支点反力分布情况与单车道箱梁分布规律相同，具体为：连续梁近偏载侧支点：中间墩支座反力实体模型大于单梁模型，边墩处支座反力实体模型小于单梁模型；远偏载侧支点：中间墩支座反力实体模型小于单梁模型，边墩处支座反力实体模型大于单梁模型。简支梁：近偏载侧支点支反力实体模型大于单梁模型，远偏载侧支反力结果为实体模型小于单梁模型。

图2 双车道箱梁车道荷载（偏载）作用下支反力

在三车道荷载作用下，11.5m宽连续梁近偏载侧及临近支点：中间墩支座反力实体模型大于单梁模型，边墩处支座反力实体模型小于单梁模型；远偏载侧支点与上述两支点情况相反，中间墩支座反力实体模型小于单梁模型，边墩处支座反力实体模型大于单梁模型。简支梁：近偏载侧支点支反力实体模型大于单梁模型，远偏载侧支反力结果为实体模型小于单梁模型。

图3 三车道箱梁车道荷载（偏载）作用下支反力

在四车道荷载作用下，15.5m宽连续梁近偏载侧3支点：中间墩支座反力实体模型大于单梁模型，边墩处支座反力实体模型小于单梁模型；远偏载侧支点与上述两支点情况相反，中间墩支座反力实体模型小于单梁模型，边墩处支座反力实体模型大于单梁模型。简支梁：近偏载侧2支点支反力实体模型大于单梁模型，远偏载侧2支点支反力结果为实体模型小于单梁模型。

连续梁

简支梁

2.2 计算结果对比分析

从连续结构单梁及实体模型的计算分析可以看出：对于双支支座的桥梁，在桥梁中墩处，靠近偏载侧，实体模型支反力要略大于单梁模型支反力；而在边支点处，靠近偏载侧，实体模型支反力要略小于单梁模型结果。对于三支座桥梁，在中墩处，实体模型靠近偏载侧及中间支点支反力大于单梁模型；边支点处，实体模型近偏载侧支反力小于单梁模型。对于四支座桥梁，在中墩处，仅实体模型远离偏载侧支点支反力小于单梁模型，其余三个支点反力均为实体模型较大；边支点处，支反力结果与中墩处支反力结果相反。

从简支结构单梁及实体模型的计算分析可以看出：对于双支座桥梁，实体模型靠近偏载侧支反力大于单梁模型；对于三支座桥梁，实体模型远离偏载侧支点反力小于单梁模型；对于四支座桥梁，实体模型靠近偏载侧两支点反力大于单梁模型，二另外两支点支反力则相对与单梁模型较小。

2.3 偏载系数取值分析

根据以上的分析结果可以看出，在考虑车道偏载布置的情况下，简支桥实体模型靠近偏载侧支反力大于单梁模型；而连续梁实体模型在中墩处靠近偏载侧支反力大于单梁模型，而边墩处支反力结果与中墩处结果相反。这表明在单梁模型中，虽然在布置车道荷载时已考虑了车道偏置的情况，主梁受力与实际情况相比仍偏小，表明在桥梁设计工作中，若采用单梁模型对桥梁进行计算分析，在考虑车道荷载偏置的情况下，仍需考虑车道的偏载系数。

根据上述分析，对不同工况下的偏载系数进行计算，图5及图6分别为连续梁与简支梁的偏载系数，其中横坐标为工况1—4，竖坐标为对应的偏载系数。