橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究

徐 京

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合形式

1.1 車輛離心力的取值方法

離心力指的是在物體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的脫離旋轉(zhuǎn)中心的力，其能夠促使物體脫離旋轉(zhuǎn)中心，并沿著半徑以外方向發(fā)生偏離，其是與向心力方向相反的力。車輛離心力原理如圖1所示。

圖1 車輛離心力原理

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，需要將離心力作為可變荷載進(jìn)行計(jì)算。如果橋梁的彎曲半徑在250 m以內(nèi)，則在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮離心力作用，在具體的計(jì)算過(guò)程中，需要綜合考慮彎曲半徑、設(shè)計(jì)速度等因素，這樣才能夠保證離心力系數(shù)的準(zhǔn)確性。我國(guó)規(guī)定的不同曲線半徑與車速其離心力的標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。

表1 我國(guó)規(guī)定的不同曲線半徑與車速其離心力的標(biāo)準(zhǔn)值

通過(guò)對(duì)表1進(jìn)行分析可見(jiàn)，在車輛行駛速度保持一致時(shí)，隨著彎曲半徑的縮小，離心力會(huì)逐漸增大；當(dāng)曲線半徑保持一致時(shí)，隨著車速的減小，離心力也會(huì)不斷減??；如果車輛行駛速度不斷增加，隨著曲線半徑的縮小，離心力也會(huì)逐漸縮小；如果車速不斷減小，則隨著曲線半徑的縮小，離心力則會(huì)隨之增大。

1.2 車輛荷載和沖擊力

橋梁工程車道荷載有兩種形式，即均布荷載和集中荷載。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)車輛沖擊力進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也需要對(duì)車輛荷載進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)車輛沖擊力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要充分考慮結(jié)構(gòu)基頻，同時(shí)還需要注意高速的沖擊系數(shù)高于常規(guī)城市工程沖擊系數(shù)。在對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要采用車道荷載形式，并對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部加載，另外，在對(duì)橋梁涵洞、擋土墻等結(jié)構(gòu)的壓力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要考慮車輛荷載。

1.3 風(fēng)荷載

風(fēng)的壓力大小是由區(qū)域地理環(huán)境、地形地貌、橋梁工程的結(jié)構(gòu)形式等所決定的，風(fēng)荷載也會(huì)對(duì)橋梁工程產(chǎn)生一定的影響，因此，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮風(fēng)荷載因素，其中，最大風(fēng)速的計(jì)算公式如下：

Vc=VK1VS1S2

在上述公式中，V指的是每小時(shí)風(fēng)速；K1指的是風(fēng)重現(xiàn)期的系數(shù)，以10年取0.85，以50年取0.94，以120年取1；S1指的是風(fēng)漏斗的參數(shù)，S1指的是風(fēng)速的參數(shù)。如果無(wú)荷載因素，則考慮最小風(fēng)速的計(jì)算公式為：Vc=VK1K2，K2指的是與高度有關(guān)修正系數(shù)；另外，在有荷載因素時(shí)，最大風(fēng)速的計(jì)算公式為：Vc=VK1VS1S2，其中，S2指的是地面粗糙程度減少等相關(guān)因素。

1.4 溫度荷載

溫度荷載是隨著季節(jié)和日照而發(fā)生變化的，對(duì)于季節(jié)性溫差，可以根據(jù)等溫線圖進(jìn)行查詢，然后結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行修正，通常情況下，對(duì)于50年最小溫度，需要增加2 ℃，對(duì)于50年最大溫度，需要減小2 ℃，同時(shí)，對(duì)于季節(jié)性溫差，還需要結(jié)合工程項(xiàng)目所在海拔高程進(jìn)行修訂，高程每增加100 m，最小溫度需要減小0.5 ℃，而最大溫度則需要減小1 ℃。日照溫差會(huì)對(duì)橋梁各個(gè)梯度的溫度產(chǎn)生影響，對(duì)于不同斷面形式以及不同的鋪裝類型，都會(huì)有一定的變化。根據(jù)BS規(guī)范，可以將橋梁鋪裝方式分為四種，即鋼箱梁鋼橋面鋪裝、混凝土梁或者箱梁橋面鋪裝、鋼桁架或者平板梁橋面鋪裝以及鋼桁架或者鋼箱梁的橋面鋪裝，不同鋪裝方式的溫度變化值夜有所不同。

1.5 組合箱梁荷載效應(yīng)

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于不同組合箱梁的效應(yīng)值，在跨徑變化過(guò)程中所表現(xiàn)出的變化趨勢(shì)方面，不同國(guó)家的橋梁荷載有一定的區(qū)別，主要表現(xiàn)在荷載效應(yīng)值方面。在各個(gè)國(guó)家中，英國(guó)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值的彎曲半徑足底啊，是我國(guó)荷載效應(yīng)值的0.4～0.5倍。需要注意的是，隨著跨徑的不斷增加，功力橋梁荷載效應(yīng)值的變化趨勢(shì)大致相同，各個(gè)國(guó)家的差距也并不明顯。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要結(jié)合橋梁工程結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，對(duì)各個(gè)影響因素所造成的差異進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通工程建設(shè)數(shù)量逐漸增多，同時(shí)，對(duì)于橋梁荷載的要求也越來(lái)越高。在橋梁工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有綜合考慮車輛荷載因素的影響，就會(huì)造成橋梁安全系數(shù)降低。