路桥新人,让我来告诉你为什么——设计疑问大解答
路桥新人,让我来告诉你为什么——设计疑问大解答
第一问:道路、桥梁中计算汽车荷载是怎么回事?
桥梁:
在桥梁设计中,《规范》计算的汽车荷载不是大家所简单理解的只能通过载重55吨的车辆,这是一种概率事件的归纳总结。
老的规范中就有比较容易理解的图片,如:汽-20,挂-100,就代表在桥梁上的跨径长度内,有一列20吨车辆通过,而其中有一辆30吨的重车夹在中间,当然,车辆与车辆之间的距离规定一个安全距离排列。一列车的活载计算,就以重车作用在桥上的最不利位置进行设计(影响线法)。而这种计算最不利位置的方法就叫“动态规划法”。最终的结果还要通过100吨挂车荷载进行验算(也是通过影响线来找出在桥梁上任意位置的最不利荷载),亦即只关心总荷载和重车所在位置。当然,还有汽超-20,挂-120。
通过上面的解释,当使用汽超-20,挂-120的荷载设计时,桥梁上至少可以通过120吨的汽车荷载,而不是现在大家所说的55吨(理所当然,现在的设计汽车荷载远远比原来的重)。
现在因为有了计算速度够快的计算机,而且通过对各种桥梁跨径、荷载进行了统计计算,得出比较简单的荷载数值,设计者使用时候就只查查规范规定就可以了,这就是现在大家都在使用的“公路1级、公路2级”,城市桥梁里的“城A、城B”。这样做,使很多初涉的设计者忘记了最初的荷载设定。其实,最终的结论就是:荷载标准只关心标准车的载重和作用结构上的轴载次数。
道路:
道路的车辆荷载计算不是按车辆的重量来直接计算的,而是根据各种车辆的轴重,换算成标准轴重(BZZ-100)对路面作用次数多少来进行设计的。这里,由于通过建设道路的各种车辆的实际交通量,再换算成标准的交通量。有了这个交通量就可以对路面进行分等级来进行设计了(见《规范》中的交通量等级划分),实际就是标准轴重在单位时间里的作用次数。即当一辆重车通过路面时,其轴重轮胎对路面的作用效率或者破坏程度,换算成一辆标准车多次作用的程度,这就是当量换算。
其实,当你设计的路面做好后,路面上200吨、300吨的车照样也可以跑,难道车辆会把地面压穿?(大家注意一点,当车辆载重很重时,一般的车轮有很多,分配到每个轴重并不重)。
第二问:关于连续刚构墩梁刚度分析
当连续刚构产生偏载时,其墩顶反力如图,其反力的合力相当于两根杆件连接(一根压杆,一根拉杆)主梁,同时,墩顶因为墩身抗推刚度KD不同,会产生一定量的位移(图中红色虚线),主梁也会产生变形(图中黑色虚线部分)。
如果假设连续刚构固结点换成一个大型平面支座,那么这个支座左边受压,右边脱空,主梁的受力完全就形同如连续梁结构,以较大的变形来释放部分内力。当然,B端的内力还与弹性约束的刚度有关,A端完全是一个悬臂内力加(减)一个滑动支座垂直力组合的内力值。这种比较,主梁的受力状况远比连续刚构好(以容许主梁转动变形来释放内力)。但是,随着跨径的增大,这种变形也随之加大,当从安全角度考虑,主梁必须加高,以控制变形过大。又:主梁加高,自重又增加,内力又增大很多,如此循环......所以针对这种结构,后来就产生了矮塔斜拉桥(当然,当结构上升到采用斜拉桥,其造价和施工难度都有所增加)。
如果在相同跨径的前提下,不增加造价和施工难度,选择有一种与之相似的结构,那就是连续刚构。因为连续刚构与主梁是固结,由于墩身有一定的刚度,第一约束了主梁的大变形(稳定性控制),第二又因为墩身刚度不是很大(对连续刚构的墩身要求是越高越容易调节控制),通过墩身的变形,又能释放一部分主梁的内力(内力控制)。
这就是连续刚构的基本设计原理。有些设计单位对连续刚构的墩梁刚度比进行了统计,但本人看来基本难靠谱,还是只能针对具体桥梁具体分析,求出最优设计方案。
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