公路桥梁成桥静载试验车辆加载计算方法

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  摘要:成桥静载试验是检验桥梁健康状况及承载能力的一种有效方法,目前的成桥荷载试验加载绝大多说采用载重汽车加载的方式。本文以介绍了在现行规范贵定的设计荷载作用下,不同宽度、不同跨径桥梁的加载计算方法及加载重量比较。
  關键词:静载试验;加载计算;比较
  1.概述
  成桥静载试验是通过在桥梁的指定部位加载指定大小的力,通过测量在该指定大小的力的作用下桥梁测量部位的应力、挠度、转角等截面效应,并将测得的截面效应与理论计算效应进行比较来判定桥梁健康状况及承载能力的一种方法。经过大量的实践证明,桥梁静载试验法在判定桥梁的健康状况、桥梁的承载能力、检验桥梁的施工质量方面是一种准确的、可靠的试验方法,目前在我国已经得到了普及。
  目前桥梁成桥静载试验的加载通常是通过载重汽车来进行加载,也有情况特殊的桥梁通过堆载重物的方法进行加载。目前我国现行的公路及城市桥梁设计荷载标准为公路Ⅰ级、公路Ⅱ级[1]。
  2.相同跨径、不同宽度的桥梁静载试验加载重量计算及比较
  本节以分别以双向两车道、双向4车道的20米跨径空心板桥梁为例,结构形式均为简支,空心板之间为铰缝连接。
  假定设计荷载为公路Ⅰ级,双向两车道,均为城市桥梁。双向两车道桥梁横断面、跨径布置及车道布置如下图所示:
  图2.1 双向两车道桥梁横断面图
  根据相关规范,两车道城市桥梁车辆荷载横向折减系数为1,即不进行折减。
  用Midas Civil2006对其进行计算分析,选用公路Ⅰ级荷载中的车道荷载,以3、5、7、8#梁为试验控制对象,重点关注其跨中断面。
  在公路Ⅰ级荷载、两辆40t单桥加载车(前轴重为5.5t,轴距为3.8m,轮距为1.8m,后轴重为34.5t),按照影响线的加载方式(公路Ⅰ级荷载充分考虑活载冲击系数,加载车作为静荷载,不考虑冲击系数),上述四片梁的跨中理论计算弯矩如下表所列:
  即该桥选用单辆车重为40t的单桥加载车时,能满足加载效率大于0.85,小于1.05的要求。
  当该桥跨度、梁截面等均不变,但车道变为双向4车道,单跨共计16片梁时,继续以3、5、7、8#梁为试验控制对象。采用相同的计算及加载方法。
  图2.2 双向四车道桥梁横断面图
  公路Ⅰ级荷载、四辆30t单桥加载车(前轴重为5.5t,轴距为3.8m,轮距为1.8m,后轴重为24.5t),作用效应值(公路Ⅰ级荷载充分考虑活载冲击系数,加载车作为静荷载,不考虑冲击系数),上述四片梁的跨中理论计算弯矩如下表所列:
  即该桥选用单辆车重为30t的单桥加载车时,能满足加载效率大于0.85,小于1.05的要求。
  3.不同跨径、相同宽度的桥梁静载试验加载重量计算及比较
  本节以分别以20、40米跨径空心板桥梁为例,结构形式均为简支,均为两车道。
  假定设计荷载为公路Ⅰ级双向两车道桥梁横断面、跨径布置及车道布置如图2.1所示。跨径为20米时,计算结果如表2-1所示。此时,需两辆60t单桥车进行加载。
  即该桥选用单辆车重为60t的单桥加载车时,能满足加载效率大于0.85,小于1.05的要求。
  4.总结
  根据前述计算结果,20m跨径两车道、20米跨径4车道、40米跨径两车道的简支空心板桥在进行静载试验时,需要的车辆重量(车辆轴距、轮距及前轴重量均相同,且均按单排车加载)如下表所示:
  由上述计算结果可以看出,虽然桥梁的设计荷载等级均为公路Ⅰ级,但在静载试验时,为达到规范规定的试验效率系数值,所需的单车加载车重量有很大的区别。
  本文仅以简支空心板桥梁为例进行说明。实际的桥梁种类繁多,受力特点不尽相同,所以,在进行静载试验计算时,计算者应考虑桥梁的结构受力特点,同时综合考虑车道的横向折减、纵向折减对主梁内力的影响,并对公路Ⅰ级荷载、公路Ⅱ级荷载按跨径大小进行插值处理,使试验控制断面的试验效率系数达到规范要求。
  参考文献:
  [1]公路桥涵设计通用规范[M].北京:人民交通出版社,2004. 23~24.
  [2]公路桥涵设计通用规范[M].北京:人民交通出版社,2004. 25~26.
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