混凝土簡支板梁橋車輪荷載分布

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1、混凝土簡支板梁橋車輪荷載分布作者：M.Mabsout1;K.Tarhini2;R.Jabakhanji3;andE.Awwad4摘要：本文介紹了輪荷載在單跨、簡支、多車道鋼筋混凝土板梁橋上分布的參數(shù)研究結(jié)果。使用有限元法來研究分析跨度、板寬、是否有板肩和荷載情況對典型橋梁的影響。總共分析研究了112個公路橋梁案例。人們認(rèn)為承載單向交通的橋梁是獨立的結(jié)構(gòu)。對一、二、三、四車道橋梁并結(jié)合四個典型跨徑進行了有限元分析（FEA）。公路橋梁設(shè)計車輛HS20在車道縱向最不利位置上加載?？紤]兩種車輛橫向加載位置：（1）中心加載，設(shè)計車輛加載位置在每個

2、車道的中心；（2）偏心加載，設(shè)計為將車輛放置在板最邊緣并且相鄰車輛按最小間距放置。對橋梁進行邊緣加載的有限元分析結(jié)果表明《美國國家公路與運輸協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO）》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范算法對于跨度小于7.5米(25英尺)的單跨單車道橋梁高估了30%的彎矩，但對于更大跨徑橋梁的彎矩與有限元分析結(jié)果基本吻合。對于多車道并且跨徑小于10.5米（35英尺）的橋梁，《美國國家公路與運輸協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO）》算出的彎矩結(jié)果與有限元分析結(jié)果相同。然而，隨著跨度的增大《AASHTO》的算法將會低估有限元分析彎矩的15%到30%。結(jié)果表明，橋梁兩邊的橋肩會增

3、加板寬從而增加橋梁的承載力。一種特殊加載情況是在橋梁邊緣附近停了一輛故障汽車，并且在各車道上還有與其盡可能靠近的其它車輛。在這種特殊荷載情況下，對于跨度低于7.5米（25英尺）的橋梁，《AASHTO》算法給的縱向彎矩結(jié)果類似于有限元分析結(jié)果；但對于跨度在9到16.5米(30至55英尺)之間的橋梁，低估了有限元分析結(jié)果的20%到40%。新的《AASHTO》中荷載和阻力系數(shù)設(shè)計（LRFD）橋梁設(shè)計規(guī)范高估了橋梁正常交通荷載產(chǎn)生的彎矩。然而，LRFD計算方法給出的結(jié)果類似于邊緣車輛加載情況下的有限元分析結(jié)果。此外，有限元分析結(jié)果表明，對于跨度

4、介于6到16.5米（20到55英尺）的多車道板橋梁必須考慮邊梁。本文對橋梁工程師進行實際的簡支、多車道、鋼筋混凝土板橋梁設(shè)計以及評估現(xiàn)有公路橋梁的承載力將有所幫助。數(shù)字對象標(biāo)識：10.1061/（ASCE）1084-0702（2004）9:2（147）土木工程（CE）數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵詞：載荷分布；橋梁、公路；混凝土板；有限元法；車輛。簡介根據(jù)美國聯(lián)邦公路管理局的2001年全國橋梁庫存數(shù)據(jù)，《更好公路》雜志（2001年11月）發(fā)表了全國590984座橋梁中約27%存在結(jié)構(gòu)性缺陷或功能過時的報道。其中163000座單跨混凝土橋中約有23%存在結(jié)構(gòu)

5、性缺陷或功能過時。絕大多數(shù)是小跨橋梁，平均跨度不到15米（50英尺）。大量有缺陷的橋梁意味著許多橋梁將被限載、進行修復(fù)或拆除新建。鋼筋混凝土板梁橋?qū)⑹切】鐦蛄旱慕?jīng)濟可選橋型之一。現(xiàn)澆混凝土橋梁的主要優(yōu)勢是在施工期間能夠提供一個平滑的可調(diào)整道路標(biāo)高的平面。通常情況下，在美國公路橋梁的設(shè)計必須符合《AASHTO》對公路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（1996），或者符合《AASHTO》關(guān)于荷載和阻力系數(shù)設(shè)計（LRFD）的設(shè)計規(guī)范（《AASHTO》1998）。由于活載情況的不同，每種計算方法將給出不同的結(jié)果。12任何公路橋梁的分析和設(shè)計必須考慮車輛荷載和車道

6、荷載。然而，《AASHTO》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對于小跨結(jié)構(gòu)的車輛荷載有管理規(guī)定?！禔ASHTO》指定了公路荷載分布寬度或按照一個經(jīng)驗公式，以將雙向彎曲問題簡化為梁（單向）彎曲的問題。因此，鋼筋混凝土板橋梁通常設(shè)計成一系列的長條梁。這種方法不考慮其他承載機制，幾何形狀的影響，和邊界條件。弗雷德里克（1997）提出了一個基于實驗和有限元分析研究混凝土板橋的載荷分布的結(jié)果。考慮一種典型的跨徑8.5米(28英尺)，三車道（10.4米寬）簡支板橋。設(shè)計計算活載彎矩按照《AASHTO》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。有限元分析是使用矩形板彎曲單元（0.85×0.6米）執(zhí)行計

7、算。在實驗室里進行了1：15的實體的模型構(gòu)建和測試。設(shè)計車輛一次性布置在這三個車道的中心。有限元分析結(jié)果試驗數(shù)據(jù)相吻合，低于《AASHTO》經(jīng)驗公式的結(jié)果。多車道加載的結(jié)果表明，板的受力基本上與寬梁縱向彎矩在整個寬度上的小變化相同。同時也表明，沒有必要在規(guī)范中制定邊梁的相關(guān)規(guī)定。Shekaretal在1993年進行了大量的實驗和調(diào)查分析來評估現(xiàn)有的鋼筋混凝土板梁橋的承載力。調(diào)查的實驗階段對六座板梁橋進行了實地測試。工程師將試驗結(jié)果用來改進3d有限元分析模型。測試數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果相比較能很好的驗證混凝土板橋梁能夠承擔(dān)公路荷載?；?8

8、0個不變的單元生成的每一個橋的板殼單元的大小大約是0.53×0.53m（1.75×1.75英尺）。同時也獲得了2維和3維分析最大的彎矩的顯著差異的原因是如邊界等非結(jié)構(gòu)化因素的參與。因此，在分析板梁橋時推薦進