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大跨径桥梁车辆荷载研究分析

摘要:以某大跨径桥梁工程项目为研究对象,对桥梁车辆设计过程需要考虑的荷载问题进行研究,详细阐述了大跨径桥梁设计荷载过程需要遵循的要求,在总结国内桥梁车辆荷载设计标准的同时,深入分析…

摘要:以某大跨径桥梁工程项目为研究对象,对桥梁车辆设计过程需要考虑的荷载问题进行研究,详细阐述了大跨径桥梁设计荷载过程需要遵循的要求,在总结国内桥梁车辆荷载设计标准的同时,深入分析大跨径桥梁车辆荷载设计的要点。通过分析可知,在设计的过程中,需要从相应设计规范中掌握桥梁的正态变化规律,从而保证桥梁使用状态模拟得到确定,保证设计方案中的荷载参数达到实际交通运行的需要。

关键词:大跨径桥梁;设计荷载;桥梁设计

公路桥梁在设计过程中,需要从公路桥梁标准荷载的角度出发,全面分析桥梁工程中的安全性和经济性等因素。桥梁设计过程中所应用的车辆荷载标准是建设完成之后保证桥梁可以正常运行的重要参数,如果其没有达到相关标准的要求,必然会导致桥梁运行的安全性无法保证。因此,车辆荷载是保证桥梁正常使用的关键性技术参数,同时也关乎经济效益与社会效益。在中小跨径桥梁工程中,重载车辆出现的概率会直接影响横向折减系数。伴随着当前我国桥梁跨径尺寸的变化,多车道的横向折减系数也已成为设计人员必须要重视的技术参数。

1桥梁设计荷载要求

1.1公路桥梁安全性方面。公路桥梁在设计阶段应重点考虑其安全性,其是公路桥梁的基本性能。桥梁设计技术人员应深入到该地区中进行实地勘察和分析,了解当地的交通运行情况以及荷载数据,并且从荷载的角度实施组合设计,全面提升桥梁运行安全性,有效降低桥梁交通事故的发生率。1.2公路桥梁耐久性方面。当前,我国公路桥梁被广泛的建设和投入使用,建设成本也在不断提升,所以在桥梁设计中应该综合考虑到施工成本、耐久性等方面,选择合理的设计方案,进而延长其使用周期。1.3公路桥梁适用性方面。桥梁需要满足多个方面的需求,因此,在设计过程中,必须要从适用性的角度出发,选择科学合理的设计方案。例如,某些桥梁中需兼具车辆行驶和行人行走,而有些桥梁只会通过车辆,这种桥梁的功能性差异,决定了其设计方案的不同,荷载与组合形式也存在很大的区别[1]。

2工程概况

某桥梁处在我国的南方某地区中,整个高速公路项目中共有2座大跨径桥梁,其间隔距离为8km。该地区中分布着多条高速公路,国省干道的数量也比较多,当地经济发展非常快,但是随着社会的发展,重载运输车辆数量持续增加,交通运输量的激增使得该地区中的桥梁荷载无法满足使用要求,造成较大的安全隐患。从该设计方案中可以了解到,该桥梁工程中主体部分使用的是预应力混凝土结构形式,主跨为150m,其他结构尺寸90m+150m+90m,其中,跨中箱梁为4m,墩顶箱梁的标高设定为9m,桥面形式为双向四车道,跨度设定为12.5m。

3桥梁荷载设计标准

3.1城市桥梁设计规范。从相应的国家标准和技术规范要求中了解到,对于跨径尺寸在150m以下的桥梁结构来说,其汽车荷载应该符合相应设计规范的要求,同时还应该综合考虑当地的交通运行状况以及车道荷载。在确定桥梁的主体结构时,需要综合考虑到车辆荷载的关键数据,明确各项技术参数,为设计提供基础条件。在计算桥梁结构尺寸过程中,车辆荷载与车道荷载不能重复计算。例如,某城市中的两条道路在设计过程中,根据加载处理方式来计算确定技术参数,并且需要准确判定跨径荷载系数,然后确定均匀荷载标准值q与集中荷载标准值p。在确定桥梁弯矩参数时,应该以均匀荷载qM为基础,设计弯矩结构,要通过确定均匀荷载参数q。如果桥梁的跨度尺寸处于20~150m范围内,则需要设计为四车道以上[2]。3.2公路桥涵设计通用规范。根据公路桥涵设计技术规范的要求进行设计,要考虑到车辆计算图与荷载标准、纵向折减系数确定最终的技术参数:(1)从目前我国技术标准分析可以发现,按照汽车荷载参数可以将公路分为—Ⅰ级以及公路—Ⅱ级。(2)汽车荷载参数是将车辆车载与车道荷载加在一起计算确定,均布荷载、集中荷载是公路设计中的关键性参数,这也是确定桥梁结构形式的重要参数。通过文献[3]可以了解到,在进行桥梁荷载参数计算的过程中,不能重复计算车辆与车道荷载数据。(3)如果在二级公路设计的过程中,发现该地区中交通运行量比较大,且多为重载车辆,所以在桥梁设计的过程中,需要严格按照-Ⅰ公路进行设计;由于四级以上重载车辆的数据较少,所以确定设计方案的过程中,可以按照-Ⅱ公路进行。对于Ⅰ级公路来说,其荷载分布较为均匀,此时可以将集中荷载pk值确定为10.5kN/m,因此,对于跨径尺寸为5m的桥梁来说,此时作用标准值可以确定为180kN;而对于跨径尺寸在50m以下的桥梁来说,pk参数值的确定应该严格按照360kN来进行;如果跨径桥梁的尺寸在5m~50m范围内,pk值要根据计算数据最终确定。从剪力效应参数值的计算可以确定,pk参数值应该按照1.2倍来计算。公路-Ⅱ工程在设计过程中,从车道均匀荷载参数与集中荷载参数的确定过程中,在确定-Ⅰ级等级0.75倍的同时,能够准确判定工程的技术参数[3]。

4大跨径桥梁车辆荷载模型建立

4.1大跨径桥梁交通情况调查。从当地的交通运行状态调查报告可以发现,经过长期交通运输数据统计分析,该地区的桥梁中单日通车数量为77400辆,最大车流量为82290辆,从当前的数据统计分析中六个车道的对比中发现,六车道的车辆运行量最多。从当地的交通运行状况分析可以确定,该地区的荷载模型分析详见表1所示。从表1中的统计数据中不难发现,整个道路中的右车道中行驶的车辆货车已经占到了整个地区货车通行量的60.89%,而中、左车道中总计通行的货车比例分为为35.72%、10.74%,从该数据的分析也可以判定,该桥梁中的载货车辆主要集中在一、六的车道中。因此,在确定桥梁设计方案时,需要将该车道中的车辆通行量的数据作为依据计算荷载参数,然后将其代入到本次实验的模型中,最终可以确定最为合理的桥梁施工方案,满足当地交通运行的需要,达到桥梁工程的质量、耐久性方面的要求,也能够促进当地经济的发展[4]。4.2各类车型车辆荷载标准值计算。本次桥梁的技术参数计算的过程中,确定100年为基础时间段,利用公式FT(x)=[F(x)]×36500可以准确确定相应技术值,进而可以准确计算出该桥梁中的最大车辆荷载参数值,也能够判定该桥梁中通行的车辆荷载标准参数,最终可以明确桥梁结构设计的主要技术参数,以达到当地交通通行量的需要。从上述的分析数据资料中可以确定,本次桥梁在进行设计的过程中,基准周期内部选择效应参数值,然后利用正态分布的方式确定最终的技术参数,以满足桥梁耐久性的使用需要。4.3大跨径桥梁结构设计荷载模型。综合上文中的理论分析资料,并且以及工程实践情况作为基础,将桥梁设计中的均布荷载参数q1+两侧均布荷载q2为主要的基础数据参数,然后可以确定荷载参数,这样就能够判定桥梁两侧荷载数据即均布荷载参数,该参数会因为桥梁跨径尺寸的增大而逐步减少,其也能准确判定重载车辆交通通行量处于峰值时给桥梁所产生的不良影响,进而准确判定桥梁结构中的荷载分布状态,而后明确桥梁在使用过程中的关键性技术数据。根据荷载效应等效基本原理来进行桥梁设计确定,并且结合了相应的技术参数进行计算,可以确定不同跨径技术参数的荷载数值,具体的数据截取范围详见表2所示[5]。

5结语

大跨径桥梁在设计的过程中,需要充分考虑到桥梁荷载所产生的影响,综合考虑多个方面的因素,确定最佳的设计方案。正是因为桥梁设计存在较高的复杂性,涉及到的影响因素比较多,所以在开始设计前应该深入了解现场的实际情况,要综合分析当地的交通运行状态,了解重载车辆的行驶规律,最终确定影响桥梁使用寿命的关键因素,进而选取更加科学合理的桥梁设计方案。在设计的过程中,从相应设计规范中可以掌握桥梁的正态变化规律,进而可以实现准确的桥梁使用状态的模拟确定,只有这样才能真正保证设计方案中的荷载参数达到实际交通运行的需要,促进桥梁使用安全性和稳定性的提升,延长使用寿命,为当地的交通发展提供有利的支持。

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