*吳洪亮 胡紅昌
(1.中交一局第五工程有限公司 北京 100000 2.中交一局海威工程建設(shè)有限公司 北京 100000)
本文以某新建簡支板橋為研究對象,該簡支板橋為二級公路上的小跨徑橋梁,下穿鄉(xiāng)村道路,其交通運輸狀況為重型運輸。該簡支板橋計算跨徑為6.0m,橋?qū)挒?2.0m,板厚為0.4m,計算跨徑為5.72m。另外,該簡支板橋設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級,橋梁斜度為0°,材料采用C40混凝土,橋面混凝土鋪裝為4cm細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm中粒式瀝青混凝土。
本文采用的車輛荷載等級為公路-Ⅰ級,車輛荷載計算首先應(yīng)考慮車輛布載方式,考慮兩排車并排行駛,根據(jù)橋梁特點、車輪軸距及保證橋梁承受荷載作用最大(分別為跨中彎矩最大和支座處剪力最大)的原則,本文提出了兩種車輛荷載的布載方式,如圖1所示。
圖1 車輛荷載布置
計算有效分布寬度,當(dāng)荷載以一定分布面積作用在簡支板上,板除了沿計算跨徑x方向產(chǎn)生撓曲變形外,沿垂直于計算跨徑的y方向也必然產(chǎn)生撓曲變形。這說明在車輛荷載作用下不僅使直接承壓寬度的板條受力,其鄰近的板也參與工作,共同承受車輪荷載所產(chǎn)生的彎矩。本例采用雙車輛并排布載,有效分布寬度將會重疊,計算公式如下:
式中,b2為車輪寬度;H為橋面鋪裝的厚度;d為兩排車最外兩個荷載的中心距離;l為橋梁的計算跨徑。
取1m寬簡支板條,其在車輛荷載作用下的跨中活載彎矩Mop和支點剪力Q支p的計算公式分別為:
式中,μ為汽車荷載沖擊系數(shù);P為汽車的軸重;a1為橋面板上沿行車方向的荷載壓力面邊長;b為荷載有效分布寬度;l為橋梁的計算跨徑;A1、A2荷載合力大?。粂1、y2為對應(yīng)荷載合力A1和A2的支點剪力影響線量值。
車道荷載計算,簡支板梁的跨中彎矩影響線形式較為簡單,其峰值為l/4,支點剪力影響線最大值為1,由規(guī)范知,在雙車道荷載作用下應(yīng)考慮車輛沖擊效應(yīng)時跨中彎矩和最大剪力S為:
式中,S為截面的彎矩或剪力;μ汽車荷載沖擊系數(shù);ξ為汽車荷載橫向車道分布系數(shù);mc跨中橫向分布系數(shù);qk汽車車道荷載中,每延米均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值;Ω為彎矩、剪力影響線的面積;mi沿橋跨縱向與集中荷載位置對應(yīng)的橫向分布系數(shù);PK車道荷載中的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值;yi沿橋跨縱向與荷載位置對應(yīng)的內(nèi)力影響線坐標(biāo)值。
在車道荷載計算中,關(guān)鍵在于計算板梁的橫向分布系數(shù),本例將板梁沿橫向等分為12份,每份寬度為1m,跨中處采用剛接梁法計算其橫向分布系數(shù),此計算方法結(jié)果較精確,即翼緣板剛性連接的肋梁橋,只要在鉸接梁計算的基礎(chǔ)上,在接縫處補充引入贅余彎矩,建立含贅余彎矩和贅余剪力的正則方程,計算方法可比照交接板(梁)法;支座處采用杠桿原理法計算,具體的計算結(jié)果如表1所示:
表1 橫向分布系數(shù)
由表1可知,1號邊梁的跨中處橫向分布系數(shù)最大,支座處的橫向分布系數(shù)最小;簡支板橋的邊緣端受力最大,即邊板所受彎矩最大。
本文主要采用Midas Civil軟件對簡支板橋的受力特征進行計算,在Midas Civil計算時,車輛與車道布載方式、布載力的大小、支座形式均與理論計算時保持一致。
Midas Civil計算的車輛荷載最大彎矩值Mmax和最大剪力值Vmax結(jié)果分別如圖2、圖3所示:
圖2 車輛荷載Mmax1
圖3 車輛荷載Vmax1
Midas Civil計算的車道荷載最大彎矩值Mmax和最大剪力值Vmax結(jié)果分別如圖4、圖5所示:
圖4 車道荷載Mmax2
圖5 車道荷載Vmax2
車輛荷載和車道荷載作用下,簡支板橋橋面板最大彎矩和最大剪力的理論計算值及Midas Civil軟件計算結(jié)果如表2所示:
表2 計算結(jié)果
由表2的數(shù)據(jù)可以看到,對于理論計算方法而言,車道荷載的計算結(jié)果均比車輛荷載的計算結(jié)果均偏大,但差異性較?。欢鳰idas Civil的計算結(jié)果則差異性明顯,其車道荷載計算的最大彎矩值比車輛荷載大約20kN·m,而最大剪力值則偏小約41kN。同時,理論計算結(jié)果與用Midas Civil軟件計算結(jié)果較為相近,但Midas Civil軟件能更好的模擬實際荷載分布,其計算結(jié)果更為接近實際情況。
本例的簡支板的長邊與短邊的比值≥2,即為單向板,對于車輛荷載中的車輪布載而言,車輪荷載則主要沿短邊傳遞荷載,沿長邊傳遞荷載較小,因此板的受力較為集中,即簡支板只有局部板承受荷載,其受力相對集中,而車道荷載不同,由于車道布載較寬,板的受力較均勻,即簡支板有相對較大的板面積承受荷載,其受力相對均勻,故導(dǎo)致車輛荷載支座剪力較大、車道荷載跨中彎矩較大的現(xiàn)象發(fā)生。
由上述分析可知,對于整體簡支板橋而言,若采用理論方法進行計算時,應(yīng)最好選用車道荷載進行布載,而采用有限元方法時,對于支座處剪力的驗算應(yīng)采用車輛荷載,對于跨中彎矩的驗算,應(yīng)采用車道荷載。
理論計算的簡支板車道荷載和車輛荷載結(jié)果相差不大,而對于Midas Civil的計算結(jié)果則差異性明顯,對于新建的整體式簡支板橋在若采用有限元進行設(shè)計時,支座剪力的計算可采用車輛荷載計算值為依據(jù),而跨中彎矩則可采用車道荷載計算值為依據(jù)。