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利用影响面确定装配式梁桥的汽车荷载效应研究

时间:2022-03-22 11:02:09  浏览次数:

【摘要】车辆荷载的准确计算是中小桥梁安全运营的基础。纵向影响线及横向分布系数是车辆荷载的简化计算方法。因为简化,该方法存在一定的误差。本文提出了一种基于影响面计算车辆荷载效应的新方法。分析结果表明,该方法可以达到更精确的计算效果。

【关键字】桥梁承载力;影响面;汽车荷载效应;准静态

1 概述

桥梁是交通运输中的重要组成部分,对建成的桥梁进行有效检测,做出科学评估,充分了解桥梁实际工作状况,验证承载力能否满足设计或规范要求,是适应公路运输不断发展,保障桥梁运营安全的必然要求。

我国交通部在1988年曾颁布了“公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)”,该方法采用常规调查和结构检算,必要时再进行荷载试验的方法对桥梁进行承载能力鉴定,该方法对我国的桥梁承载力鉴定起到了重要的指导意义。2011年交通运输部修改编制的《公路桥梁承载能力检测评定规程》,规范了公路桥梁承载能力的检测评定方法,该规程的主要内容是对桥梁结构进行荷载试验。

然而,作为传统的桥梁承载力评定依据与荷载试验方法,其所用分析理论是简化的内力影响面代替精准的影响面值,12(,)()()xyxyηηη≈⋅,计算结果存在一定误差;而且费时、费力和需要较长时间中断交通;另外受测试条件的限制,其测试点及工况数目不可能设置太多。针对这些特点本文对桥梁影响面理论作了深入的研究,并开发了基于影响面的桥梁快速评定理论。这种方法增加了理论数据的准确性,并有效的提高了检测速度,具有省时省力的鲜明特色,加载时通过准静态荷载加载,具有全局性施加荷载的优点,是对现有检测规范的有力补充。

2 基于影响面的桥梁承载能力评定

2.1 影响面数值解法概述

一个定向的单位集中力P=1在结构上移动时,结构上关心截面(点)A的一个力学量(位移、内力、反力等)是力P位置的函数,这个函数称为关心截面(点)指定力学量的影响面函数,影响面函数在点(x,y,z)的值称为该点的影响面

坐标

[1]。弹性结构的内力影响面计算有两种方法:一种是静力分析法,一种是机动分析法。从原理上来讲,机动分析法与静力分析法相比在效率上并不占优势,但因为工程中实际只要求得某几处点的内力或挠度影响面,所以机动法应用更广泛。本文基于线弹性结构的Betti原理,以8节点六面体单元为例[2],利用其单元刚度矩阵的物理力学特性及影响面概念,推导出指定节点处内力影响面的数值算法,并适用于8节点单元退化后的五面体单元( Prism Option)及四面体单元( Tetrahedral Option)。

2.2 基于影响面的桥梁承载能力评定

根据所得影响面施加规范规定车道荷载,沿横向车道加载到使关心点达到最不利效应,沿桥纵向根据每个车道对应的纵向影响线,让均布力布满影响线正值区域,集中力加在影响线峰值处,可得桥梁在使用荷载下最不利效应值,注意此时要记入车道荷载横向折减。之后评定程序同常规评定方法。

4.15

通过数据对比分析可得:传统横向分布系数法计算所得数值偏小,用有限元分析软件所得数值和影响面法所得数值比较接近,证明这种方法是可行的。本文所开发的方法在很大程度上缩短了检测所用时间,而且有很高的精度,从长远来看有很大的发展空间。

参考文献:

[1]刘沛林. 行进加载试验替代静载试验的桥梁检测方法研究[J].特种结构,2010,4

[2]周小勇,李娜.六面体单元内力影响面的实用算法[J].公路交通科技,2011,8

[3]戴公连,李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京:人民交通出版社,2001

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