高速铁路桥梁的荷载分哪几种—高速桥梁设计荷载
摘 要:为提高桥梁设计水平从而确保桥梁结构的承载力以及安全性。文章结合实际在论述桥梁设计荷载以及组合优势的同时,对荷载的分类以及选定内容进行探讨,最后对桥梁设计荷载的策略以及桥梁组合形式要点进行研究,具体内容如下分析。
关键词:桥梁工程;设计荷载;组合形式;
在桥梁设计的阶段中,对于荷载及组合形式的确定要根据实际情况进行选择,并且在设计环节要做好设计参数的控制,如此才能够提高桥梁设计的稳定性。
公路桥梁设计环节,安全性是人们考虑的重点,其对于交通运行的总体效果存在直接的影响,所以必须加强监督与管理。在具体的公路桥梁开展荷载组合设计中,必须要综合分析安全性的问题,设计人员必须对现场的交通运行情况有充分的了解,比如车辆荷载,然后根据该参数的要求进行荷载的组合优化设计,保证公路桥梁运行总体安全性合格,防止发生事故。
随着我国基础设施建设不断加速进行,公路桥梁项目建设规模不断的扩大,工程项目建设作业的成本也在不断的提高,所以在公路桥梁的设计环节,综合分析项目建设成本、使用年限、耐久性等方面要素,综合各个要素统一设计分析,延长道路工程的使用寿命。
公路桥梁项目建设施工中,必须符合多种性能的使用标准要求,所以设计阶段,必须要考虑到适用性方面的要素,比如对于桥梁项目中,行人通道是必不可少的,但是有些桥梁只设计了车辆通道,这样就使得桥梁运行中,功能性方面有着一定的差别,其荷载与组合形式方面也有很大的差异,必须考虑到具体情况展开分析和判断,以达到运行的标准要求。
公路桥梁的检测环节,荷载试验是重要工作,对于总体的效果产生直接的影响,其可以更加直观的检测桥梁荷载参数,该方法对于旧桥的评定存在直接的关系,也就是在状态不明确的情况下开展检测工作。从实际情况分析,将桥梁荷载试验按照动载与静载两个方面进行。静载试验就是在被检测桥梁上施加一个精力荷载,然后检测其桥梁结构形式,可以确定荷载对于桥梁结构产生的影响,比如挠度、应变等。如果条件相当的情况下,需要进行实际测量值和理论参数值的对比分析,然后将其系数作为横梁的基础和依据,对比后实际测量值,才能够评估出桥梁实际的荷载与承载力参数。动载试验需要对桥梁运行中各种受力条件进行分析,从共振力、冲击力等因素会给荷载产生一定的影响,也能够充分的了解桥梁结构变化的问题,分析其耐受力对于外力所产生的持续性作用,以得出桥梁的性能与交通承载量参数,明确桥梁运行的安全性。从实际工作需要分析,在公路荷载中,很多方法并不具备实际操作性,这是因为长期运行中,环境因素、重力荷载持续性作用,导致承载失效情况的发生,这就需要对桥梁重新检测,结合检测结论展开桥梁的修复、加固等处理,以恢复桥梁的性能。而某些特殊的情况之下,即使新建设的桥梁也必须进行荷载检测工作,具体是如下几种情况:施工资料不完善或者设计方案丢失;没有达到设计标准要求或者施工质量明显比较差;经过一定时间的运行,导致桥梁发生严重病害问题或者承载性能比较弱的桥梁工程结构。
在新中国成立之后,我国的桥梁领域共计组织两次有实际意义的系统化桥梁荷载调查分析工作:第一次调查在二十世纪的60年代开始,主要是对中小跨桥涵结构进行,以调查的结论为基础,发布了“八五”规范;第二次调查是在二十世纪的90年代,该阶段主要是根据我国的4条国道设置的观测点进行调查,为桥梁设计规范的确定提供必要的基础。但是因为我国的汽车保有量不断的增多,交通运行环境不断发生改变,对于桥梁的要求也在提高,尤其是高速公路桥梁,必须满足交通量日益增大的要求。由此可见,在90年代发布的一系列标准已经难以满足目前我国车辆荷载特征的要求。对于目前存在的问题,需要加强我国的桥梁工程结构的调查资料收集和使用,具体是通过高速公路收费站的重车资料分析,研究统计各项数据信息,但是该方式的调查比较单一,对于提升交通荷载效果并不明显。
在公路桥梁的设计交通荷载中,不管是哪一个要素方面都是随机性的时空变化系统,到目前为止,国际上的公路桥梁在研究中,并未展开全方位的交通荷载调查与分析。对于我国来说,目前最为完善的荷载调查就是“公路车辆荷载调查”,其能够反映出我国的多条国道交通荷载车辆重量间距、交通流量等数据,形成大量的真实样本数据信息,但是这些数据只能记录白天车流量数据,夜晚的数据比较缺失,对于车辆流量数据统计有一定的偏差,而很多大型重载车辆都是在夜晚通行的。因此,必须总结出一种简易、全面、实施性高的交通荷载展开参数调查与统计分析,从而使得样本数据达到完整性标准。
传统性的交通荷载车重参数主要是在收费站称重系统内记录,目前所应用的称重设备中,比如WIN设备,其购置的成本较高,并且需要安装到公路以下空间中。为了使得测量数据完全达到真实性、准确性的要求,车辆速度必须限定在合理的范围内,如果选择不当,容易给数据的准确性带来不利的影响,因此有些学者开始研究桥梁动响应识别移动车辆荷载的方式。但是随着研究的不断深入进行,移动荷载识别方面出现了新的理论识别方式,但是只是在理论方面出发进行,研究过程中多数都是应用简易化车辆模型的方法,和实际情况存在着过大的偏差,导致理论研究和实际应用存在相互脱节的情况。此外,因为理论移动荷载识别方法本身就有着缺陷问题,造成具体应用时有局限性存在,不能通过大数据实现交通荷载识别和分析,这就使得上述研究结论无法全面的应用到实践中,给应用效果带来影响。
目前的应用情况展开分析,在公路桥梁测量荷载选取中,存在随机性的特点,而近十年来进行交通荷载调查研究中,进行模拟分析,还是沿用传统的车重、车距、车速调查分析,同时还要设置了静态化的交通荷载流。现代社会科学技术不断发展,很多学术领域都取得了较多的成果,都会分析荷载随机性给交通荷载产生的实际应用,并且了解在荷载流建设环节的相应荷载参数的随机性方面的问题,得到了相应的研究成果,同时结合实际需要建设了随机性的数学模型。但是在进行全要素交通荷载随机研究中,数学模型还停留在比较落后的情况,且随机模型不能真实反映出交通荷载随着车流变化的具体情况。因此,在随机交通荷载调查与分析中,结合每个要素的具体情况,确定仿真模型,给公路桥梁建设施工提供帮助。
离心力是物体在旋转时所形成的脱离旋转中心存在的力,其可以保证物体脱离旋转中心,并且沿着半径方向逐步的发生偏离。在公路桥梁的设计环节,为了确保结构设计达到准确性、稳定性的标准要求,必须对桥梁的离心力可变荷载展开计算与分析。对于桥梁的弯曲半径不足250 m的情况,在桥梁的设计环节,必须重点分析离心力方面的影响。设计时计算离心力参数,综合分析具体的弯曲半径、设计速度等因素,确保离心力参数符合精准度的标准要求,具体可见表1。
表1 标准值分析 导出到EXCEL
经过表1数据分析发现,车辆行驶的速度不变的情况下,道路的弯曲半径不断减小的情况下,离心力也会逐步的增大;曲线半径相同的情况下,随着车辆速度不断的减小,离心力也会减小;车辆速度持续增大的情况下,曲线半径减小时,离心力也会减小;车速持续减小的情况下,随着曲线半径减小,离心力会不断的增大。
目前在车辆荷载的分析中,主要是从均布荷载与集中荷载方面进行分析。公路桥梁方案设计环节,加强车辆冲击力的计算与分析,还要考虑到车辆荷载因素方面。在车辆冲击力计算环节,应该综合的分析结构基频数据,还要了解到车辆产生的冲击系数,通常该参数是比较大的。在公路桥梁的设计计算环节,选择应用车道荷载的计算方式,还要进行合理的布局设计与分析,此外,在公路桥梁涵洞、挡土墙等部分的压力计算中,必须分析车辆荷载的影响,以保证其符合车辆荷载的运行标准和要求。
风荷载也是桥梁设计中必然要分析的一个因素,其受到地理环境、地形地貌、公路桥梁结构形式方面的影响。基于此,公路桥梁的设计环节,不能忽视风荷载的因素影响,详细的计算和分析,以确保风荷载不会给桥梁的总体运行效果产生过大的影响。在具体的设计计算中,按照目前我国的国家标准要求,选取合适计算公式,确定最大风速参数,从而得出风荷载的影响,对于提升桥梁运行的安全性产生积极的作用。
桥梁运行中,温度荷载的影响比较大,也是难以避免的,这与桥梁所处环境存在关系。温度荷载主要是因为环境以及日照的变化之下所产生的影响,尤其是季节性温差的存在,需要查询等温线数据,结合桥梁运行现场的情况不断的做出修正处理。一般来说,对于50年最小温度应该增加2 ℃;对于50年最大温度应该减小2 ℃。同时,季节性的温差设计中,还要考虑到项目所在地区的海拔高程做出修正,一般情况下高程每增加100 m, 最小温度需要减小0.5 ℃,而最大温度则应该减小1 ℃。日照温差也会给公路桥梁的各个梯度温度形成影响,不同断面形式要选择不同的铺装类型,都会产生一定的变化。按照目前我国的国家标准和规范的要求,结合现场的实际需要,选择合适的桥面铺装施工方式,同时应该考虑到温度的变化,尤其是昼夜温差,以保证结构的性能合格,消除温度荷载对于桥梁的不利影响。
公路桥梁的设计环节,不同组合箱梁的效应值是不同的,分析了解跨径变化所出现的变化参数值,不同国家在进行桥梁荷载设计环节,有着明显的差异和不同,具体是从荷载效应方面展开分析。英国的标准中,设定的荷载标准值的弯曲半径参数比较低,是我国设定的0.4~0.5倍之间。但是也要注意,在桥梁的跨径尺寸不断增大的情况下,桥梁荷载效应值的变化也会发生,其有着明显的变化趋势。所以从实际设计的角度出发分析,考虑到桥梁运行的极限条件,分析掌握各个方面所产生的差异影响,才能保证结构的性能合格,提高施工质量标准。
某桥梁项目设计为省道上,为一级道路的形式,双向四车道,行驶速度设定为80 km/h, 该桥梁设计在曲线上,其半径尺寸为250 m, 方案设计为预应力简支梁连续小箱梁的结构形式。从现场的设计情况分析,该桥梁项目长度较长,并且设计在曲线的位置上,在桥梁的设计环节,分析荷载设计与组合标准要求,考虑到项目运行时各种荷载的影响,做好组合设计规范化、标准化设计,同时设计人员分析最不利组合开展结构配筋的设计,保证桥梁结构的受力条件满足,达到正常运行的标准和要求。
(1)永久荷载。对于本次桥梁设计中,上部结构与下部结构分别受力计算分析,其永久荷载设计时,主要是从结构自重、混凝土收缩徐变方面出发进行。(2)可变荷载。本次桥梁设计环节,可变荷载的影响也是不容忽视的,主要是从车辆荷载、车辆冲击力、车辆离心力、风荷载、温度荷载方面出发进行计算分析。(3)偶然荷载。该荷载在桥梁设计环节是不进行考虑的,此外,该桥梁项目施工所在部位的地震烈度为8级,所以必须进行抗震性方面的计算和分析。在荷载组合设计中,结合不同荷载的类型,选择极限条件之下的荷载组合形式,了解承载力极限条件下的荷载组合分析,从而可以达到最不利条件之下结构设计和计算的标准要求,符合桥梁现场运行环境的实际需要。
综上所述,交通事业不断发展背景下,交通桥梁项目建设速度加快,同时公路荷载也在不断的增大,所以在桥梁设计中,分析不同荷载的影响,并且分析组合荷载参数,满足现场的荷载运行标准要求,对于提升桥梁运行质量以及交通事业发展产生积极的作用。
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