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        基于中印規(guī)范的大件運(yùn)輸安全過(guò)橋?qū)嵗治?/h1>
        2018-09-10 08:59:52嚴(yán)建瑋
        城市道橋與防洪 2018年7期
        關(guān)鍵詞:大件運(yùn)輸效應(yīng)

        嚴(yán)建瑋

        (上海同豐工程咨詢(xún)有限公司,上海市 200444)

        0 引言

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)輸出能力的加強(qiáng),在南亞地區(qū)基礎(chǔ)性投資建設(shè)日益增多,在建設(shè)的同時(shí),配套的公路重型工業(yè)設(shè)備運(yùn)輸也越來(lái)越多。一般情況下重型設(shè)備在從制造地或港口碼頭運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)的陸路運(yùn)輸過(guò)程中必不可少的會(huì)經(jīng)過(guò)一些沿線橋梁,由于配套大件運(yùn)輸車(chē)輛的尺寸、輪(軸)距及重量與橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的一般車(chē)輛不同,所運(yùn)載的重型設(shè)備重量高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千噸,其對(duì)沿途經(jīng)過(guò)的橋梁產(chǎn)生的作用效應(yīng)往往超過(guò)橋梁設(shè)計(jì)荷載的作用效應(yīng)[1],對(duì)于一些服役齡期較長(zhǎng)的橋梁能否承受大件運(yùn)輸荷載的作用是在運(yùn)輸前必須考慮的問(wèn)題,因此對(duì)大件運(yùn)輸車(chē)經(jīng)過(guò)的橋梁進(jìn)行檢測(cè)、檢算分析是確保設(shè)備運(yùn)輸安全過(guò)橋的必要手段。

        1 大件運(yùn)輸橋梁承載能力判定方法

        目前國(guó)內(nèi)提出的大件運(yùn)輸橋梁承載能力評(píng)定常用的方法主要有實(shí)際荷載判別法[2]、等代荷載判別法[3]及試驗(yàn)荷載法[4]。

        實(shí)際荷載判別法的原理是計(jì)算出大件運(yùn)輸荷載在橋梁結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力效應(yīng)和原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載能力,通過(guò)比較兩者的大小來(lái)判定能否過(guò)橋,其使用的條件包括:既有橋梁的分項(xiàng)檢算系數(shù)明確,包括承載能力檢算系數(shù)、惡化系數(shù)等;橋梁結(jié)構(gòu)的抗力計(jì)算參數(shù)明確,包括結(jié)構(gòu)配筋數(shù)量、地基土層參數(shù)等。故該方法需在上述條件滿(mǎn)足時(shí)才能采用,一旦沿線橋梁數(shù)量較多,且對(duì)于服役齡期較長(zhǎng)、缺乏設(shè)計(jì)圖紙的橋梁來(lái)說(shuō),該方法較為煩瑣,但計(jì)算結(jié)果清晰、準(zhǔn)確。

        等代荷載判別法的原理是在同一跨徑用同一種影響線分別計(jì)算大件運(yùn)輸荷載和橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的作用效應(yīng),并將兩者進(jìn)行比較判別,以確定運(yùn)輸荷載能否安全過(guò)橋[5]。其使用的條件包括:橋梁設(shè)計(jì)荷載必須明確;橋梁基本結(jié)構(gòu)參數(shù)明確,包括結(jié)構(gòu)主梁結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)合方式等。該方法可快速對(duì)橋梁能否通行進(jìn)行判定,有著效率高且較為準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

        試驗(yàn)荷載法是對(duì)橋梁進(jìn)行分級(jí)加載,直到加載與大件運(yùn)輸荷載對(duì)橋梁產(chǎn)生的荷載效應(yīng)相同。加載過(guò)程中仔細(xì)觀察橋梁應(yīng)變、撓度變化,當(dāng)測(cè)試值超過(guò)理論值或規(guī)范限值時(shí)應(yīng)停止加載。該方法能夠直觀確定橋梁實(shí)際承載力,但相對(duì)復(fù)雜、費(fèi)時(shí)且費(fèi)用較高。一般用于運(yùn)輸路線中典型橋梁和運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)、存在病害較多而無(wú)法準(zhǔn)確確定承載力的橋梁。

        以上三種方法的適用性需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況來(lái)確定,條件具備時(shí)可以?xún)?yōu)先選擇。南亞部分國(guó)家橋梁設(shè)計(jì)采用的規(guī)范多源于印度IRC規(guī)范,在缺少設(shè)計(jì)圖紙的情況下,結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算參數(shù)及檢算系數(shù)難以確定,即使確定也需耗費(fèi)大量的時(shí)間與物力,故在橋梁設(shè)計(jì)荷載明確的基礎(chǔ)上,可優(yōu)選等代荷載判別法對(duì)大件運(yùn)輸荷載過(guò)橋進(jìn)行判定。但考慮到印度IRC規(guī)范與我國(guó)規(guī)范荷載組合規(guī)定上存在差異,單用等代活荷載進(jìn)行判定是不夠的,因此本文基于兩國(guó)不同規(guī)范,提出了荷載組合對(duì)比法,即分別計(jì)算大件運(yùn)輸荷載和標(biāo)準(zhǔn)荷載在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值,將兩種極限組合內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比判定。另外考慮到這些國(guó)家部分公路橋梁服役齡期較長(zhǎng),技術(shù)狀況劣化可能造成橋梁的實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力存在差異,故在條件允許的情況下應(yīng)采用試驗(yàn)荷載法對(duì)荷載組合對(duì)比法進(jìn)行輔證。

        2 工程實(shí)例背景

        2.1 大件運(yùn)輸車(chē)輛規(guī)格與參數(shù)

        本文基于孟加拉國(guó)國(guó)內(nèi)某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目,該電站位于孟加拉國(guó)東北部,設(shè)備通過(guò)駁船運(yùn)輸至臨時(shí)碼頭,然后經(jīng)N2公路陸路運(yùn)輸至目的地。運(yùn)輸?shù)拇蠹O(shè)備中,最大機(jī)組重量為205 t,運(yùn)輸方式采用橋式運(yùn)輸車(chē)組(2縱列,前后各10軸液壓全掛車(chē)承載),單軸荷載16.2 t。運(yùn)輸車(chē)編組相關(guān)參數(shù)如圖1所示。

        2.2 沿線橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)

        該次陸路運(yùn)輸沿線橋梁共有26座,其中普通鋼筋混凝土(RC)梁橋10座,預(yù)應(yīng)力混凝土(PC)梁橋16座,結(jié)構(gòu)形式主要以簡(jiǎn)支T梁和工字梁為主。本文主要針對(duì)建造年代不明,且無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙的PC橋梁進(jìn)行研究。這批PC梁橋均按雙車(chē)道設(shè)計(jì),主梁均由5榀工字梁組成,尺寸不等。以運(yùn)輸樁號(hào)K14+400梁橋?yàn)槔摌驗(yàn)?跨PC簡(jiǎn)支梁,總長(zhǎng)172 m,跨徑組合31.0 m+41.0 m+41.0 m+31.0 m,梁高均為2.25 m,底寬均為0.75 m,梁間距均為1.19 m,橋面板厚均為0.2 m,橋?qū)挋M向布置為 0.25 m(欄桿)+1.25 m(人行道)+7.5 m(車(chē)行道)+1.25 m(人行道)+0.25 m(欄桿),橋面鋪裝采用6~10 cm厚瀝青混凝土。橋梁結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

        圖2 典型橋梁結(jié)構(gòu)示意圖(單位:mm)

        2.3 沿線橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)

        印度IRC規(guī)范規(guī)定的汽車(chē)活載分為Class-AA、Class-A和Class-B三個(gè)等級(jí)[6],根據(jù)當(dāng)?shù)毓饭芾聿块T(mén)提供該批橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為Class-A級(jí)荷載。

        3 實(shí)例橋梁承載能力判定

        3.1 荷載橫向分布系數(shù)

        3.1.1 大件運(yùn)輸荷載橫向分布

        圖1 運(yùn)輸車(chē)編組示意圖(單位:mm)

        根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)范[7]規(guī)定,大件車(chē)輛過(guò)橋時(shí)均嚴(yán)格要求沿橋面中心線行駛,且行車(chē)速度一般不能超過(guò)5 km/h,行駛過(guò)程中不允許有加速或者制動(dòng),大件車(chē)輛通行過(guò)程中其他車(chē)輛不得上橋。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可知,典型PC工字梁橋(K14+400)技術(shù)狀況良好,擬定該次運(yùn)輸車(chē)過(guò)橋時(shí)沿該橋橋面中心線行駛。在此狀態(tài)下,典型橋梁各跨中梁在跨中處的橫向分布系數(shù)最大,結(jié)構(gòu)承受的荷載最為不利。采用剛性橫梁法和杠桿法計(jì)算工字梁跨中截面和支點(diǎn)截面的理論橫向分布系數(shù)[8-9],需要注意的是,具有較多不確定參數(shù)的橋梁,僅僅依據(jù)理論算法確定橫向分布系數(shù)是不夠的,在條件許可的情況下需通過(guò)實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)測(cè)定來(lái)對(duì)理論值進(jìn)行檢驗(yàn),并對(duì)橋梁實(shí)際的橫向整體性進(jìn)行判定。該次為測(cè)試實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù),將大件運(yùn)輸車(chē)輛橫向2縱列輪位加載位置進(jìn)行簡(jiǎn)化,并通過(guò)社會(huì)車(chē)輛等效加載模擬(見(jiàn)圖3),以近似測(cè)定大件運(yùn)輸車(chē)荷載作用下沿橫向?qū)Ω髦髁翰煌峙涞谋壤禂?shù)。

        圖3 橫向分布測(cè)試等效輪位簡(jiǎn)化圖(單位:mm)

        3.1.2 設(shè)計(jì)荷載橫向分布

        印度IRC:6—2000規(guī)范中第207.1.3條規(guī)定,5.3~9.6m總車(chē)道寬度的橋梁設(shè)計(jì)車(chē)道數(shù)按兩車(chē)道計(jì)算,縱向效應(yīng)不予折減。按照最不利工況加載,該橋兩車(chē)道汽車(chē)荷載偏載橫向布置如圖4所示。

        圖4 IRC:6—2000規(guī)范中兩車(chē)道汽車(chē)荷載偏載橫向布置圖(單位:mm)

        表1 跨中橫向分布系數(shù)

        理論及實(shí)測(cè)主梁跨中橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        由表1可知,通過(guò)等效模擬大件運(yùn)輸荷載橫向加載,邊跨中梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值大14.0%,中跨中梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值大7.0%,考慮到實(shí)測(cè)中載橫向分布系數(shù)較理論值大,應(yīng)依據(jù)實(shí)測(cè)橫向分布對(duì)荷載組合值進(jìn)行修正檢算。

        3.2 荷載組合對(duì)比法

        3.2.1 大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合

        大件運(yùn)輸荷載參照我國(guó)規(guī)范[10]中的掛車(chē)組合進(jìn)行計(jì)算,即S=1.2SG+1.1SQ(SG為永久荷載中結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng);SQ為基本可變荷載中平板掛車(chē)或履帶車(chē)產(chǎn)生的效應(yīng))。該次大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合算式為S大件=1.2×一期恒載+1.2×二期恒載+1.1×大件運(yùn)輸荷載。

        3.2.2 設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合

        根據(jù) IRC:6—2000中第 207.1.3條規(guī)定,Class-A活載縱向分布簡(jiǎn)圖如圖5所示。同時(shí)參照印度混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 IRC:18—2000[11]中第11.7條規(guī)定,設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合按S設(shè)計(jì)=1.25×一期恒載+2.0×二期恒載+2.5×活載(Class-A+人群荷載)計(jì)算,其中根據(jù)IRC:6—2000規(guī)范中第211.2條規(guī)定,當(dāng)計(jì)算跨徑3 m≤L≤45 m時(shí),汽車(chē)活載計(jì)入的沖擊系數(shù)按式(1)進(jìn)行計(jì)算:

        式中:μ為沖擊系數(shù);L為橋梁計(jì)算跨徑。

        3.2.3 判定方法

        荷載組合對(duì)比法作為一種承載能力極限狀態(tài)判定方法,無(wú)須確定橋梁承載能力極限狀態(tài)下的抗力效應(yīng),僅需將大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合和設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合進(jìn)行比較,即可初步判斷橋梁能否滿(mǎn)足大件運(yùn)輸安全通行要求。其判定準(zhǔn)則為:

        圖5 IRC中Class-A活載縱向分布簡(jiǎn)圖

        (1)當(dāng)S大件/S設(shè)計(jì)≤1,橋梁具備通過(guò)大件運(yùn)輸荷載的能力。

        (2)當(dāng)S大件/S設(shè)計(jì)>1,橋梁不具備通過(guò)大件運(yùn)輸荷載的能力,需減小軸重或?qū)蛄翰扇〖庸檀胧?,建議加固后采用實(shí)際荷載判別法或試驗(yàn)荷載法進(jìn)行二次判定。

        3.3 承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)比較判定

        表2和表3分別給出了承載能力極限狀態(tài)下,大件運(yùn)輸荷載和設(shè)計(jì)荷載對(duì)于橋梁跨中截面的彎矩組合值、支點(diǎn)截面的剪力組合值以及相應(yīng)判定結(jié)果。

        表2 大件運(yùn)輸荷載、設(shè)計(jì)荷載彎矩組合值及判定結(jié)果

        表3 大件運(yùn)輸荷載、設(shè)計(jì)荷載剪力組合值及判定結(jié)果

        由表2和表3可以看出,按實(shí)測(cè)橫向分布計(jì)算,橋跨主梁控制斷面在大件運(yùn)輸荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值均明顯小于Class-A設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值,S大件/S設(shè)計(jì)<1,表明橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力滿(mǎn)足該次大件運(yùn)輸安全通行要求。

        3.4 正常使用極限狀態(tài)判定

        預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全通過(guò)控制應(yīng)力狀態(tài)和極限承載能力來(lái)保證[12]??紤]到該次運(yùn)輸路線上PC梁橋缺少設(shè)計(jì)圖紙,無(wú)法對(duì)正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力、剛度進(jìn)行判定,故在使用荷載組合對(duì)比法的同時(shí),對(duì)選取的典型橋梁輔以試驗(yàn)荷載法進(jìn)行判定。受文章篇幅所限,文中對(duì)荷載實(shí)驗(yàn)法判定過(guò)程不再詳述。試驗(yàn)主要結(jié)果見(jiàn)表4。

        由表4可以看出,各工況下典型橋梁試驗(yàn)跨應(yīng)變及撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值,應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.30~0.81,撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.71~0.95,均小于1.0,滿(mǎn)足我國(guó)規(guī)范要求[13],亦滿(mǎn)足該次大件運(yùn)輸荷載的正常使用要求。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1)大件運(yùn)輸過(guò)橋承載能力判定方法的選擇上應(yīng)綜合考慮多種因素,本文在現(xiàn)有的評(píng)定方法基礎(chǔ)上提出了荷載組合對(duì)比法,該方法作為等代荷載判別法的一種衍生,適用于與我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范存在明顯差異的國(guó)外橋梁的承載能力判定,是一種省時(shí)、有效的方法。

        (2)橫向分布系數(shù)是決定橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁在荷載作用下內(nèi)力大小的重要因素,本文提出采用等效模擬大件運(yùn)輸荷載輪位方法獲得橋梁實(shí)際橫向分布系數(shù),該方法可判定橋梁實(shí)際橫向聯(lián)系狀況,亦可對(duì)理論橫向分布進(jìn)行驗(yàn)證。

        (3)對(duì)于一些服役齡期較長(zhǎng)、技術(shù)狀況劣化明顯的橋梁,僅采用荷載組合對(duì)比法判定是不夠的,在條件允許的情況下應(yīng)采用試驗(yàn)荷載法進(jìn)行輔證。

        表4 橋跨試驗(yàn)梁實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)

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