CN111581735B - 一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法 - Google Patents

Abstract

一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法，涉及一种偏载增大系数估算方法。根据桥梁宽度与交通需求，布置横向最不利对称车道荷载，计算其车道数k和腹板数n；考虑腹板间距修正系数η₁，假设单箱多室宽箱梁的腹板间距为b₁，各箱室宽度一致，按理论推导腹板间距修正系数η₁；考虑悬臂宽度修正系数η₂，假设单箱多室宽箱梁的悬臂宽度为b₂，左右悬臂宽度一致，按理论推导悬臂宽度修正系数η₂；根据上述布置与计算得到的腹板数n、车道数k、腹板间距修正系数η₁与悬臂宽度修正系数η₂，按经验公式对单箱多室宽箱梁的偏载增大系数进行计算。可在初步设计中快速得到实际可用的结果，迅速计算出偏载增大系数。

Description

一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法

技术领域

本发明涉及一种偏载增大系数估算方法，尤其是一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法，属于桥梁荷载计算领域。

背景技术

由于现代道路桥梁建设飞速发展，单箱多室宽箱梁以其良好的整体性、较大的结构刚度与有效满足现代交通需求的优势，在公路与城市桥梁设计中被广泛应用，尤其被应用在大交通流量的公路桥梁中。随着宽箱梁宽跨比增大，偏载大小与偏心距也在增加，偏载效应更为显著。这导致在宽箱梁中，汽车荷载的偏载增大系数计算处在十分重要的地位。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)第4.1.7条，汽车荷载的作用效应计入汽车荷载的偏载效应，偏载效应可采用精细化有限元模型计算，或根据可靠的工程经验确定。在该规范条文说明第4.1.7中，其推荐了箱梁偏载增大系数为1.15，并明确指出宽箱混凝土桥梁具有较为复杂的边界条件，与荷载横向分布计算假定条件不符合，不能够盲目使用1.15作为偏载增大系数，需要使用精细化有限元模型计算。

在该规范推荐的两种箱梁偏载增大系数计算方法中，经验系数法推荐的单箱单室宽箱梁偏载增大系数1.15，但在实际工程中发现对于单箱多室截面并不能直接采用，其取值偏低，不安全；同时，不同桥宽的偏载增大系数差别较大，使用统一的偏载增大系数会导致较大的偏差，需要偏载增大系数快速估算公式进行估算。精细化有限元模型法需要使用截面每一个细部数据以建立有限元模型进行计算，同时这种方法耗时较长，在初步设计等不需要精确验算的情况下并不方便。

近年来，科研人员与设计院以不同方法计算单箱多室宽箱梁的偏载增大系数取值，但绝大多数科研人员都仅使用复杂的精细化有限元模型计算或对单箱单室箱梁计算其理论偏载增大系数。在偏载增大系数快速估算公式方面，现有的研究中只有关于波形钢腹板的，宽跨比介于0.08到0.24的偏载增大系数公式，其既不是宽箱梁也不是混凝土箱梁，不能实用于常见的混凝土单箱多室宽箱梁中。因此，混凝土单箱多室宽箱梁估算公式仍然存在较大空缺，亟待解决。

发明内容

为解决现有偏载增大系数计算使用过于粗略的经验增大系数与精细化有限元模型计算偏载增大系数过于复杂的问题，本发明提供一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法，该方法将截面参数、横向布置车道、箱梁腹板数、悬臂板宽度与偏载增大系数构建关系，通过经验公式，利用腹板间距修正系数和悬臂宽度修正系数计算单箱多室宽箱梁偏载增大系数，可在初步设计中快速得到实际可用的结果。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法，包括以下步骤：

步骤一：根据桥梁宽度与交通需求，布置横向最不利对称车道荷载，计算其车道数k和腹板数n；

步骤二：考虑腹板间距修正系数η₁，假设单箱多室宽箱梁的腹板间距为b₁，各箱室宽度一致，则腹板间距修正系数η₁按理论推导为：

η₁＝0.1×b₁+0.6；

步骤三：考虑悬臂宽度修正系数η₂，假设单箱多室宽箱梁的悬臂宽度为b₂，左右悬臂宽度一致，则悬臂宽度修正系数η₂按理论推导为：

步骤四：根据上述布置与计算得到的腹板数n、车道数k、腹板间距修正系数η₁与悬臂宽度修正系数η₂，按经验公式对单箱多室宽箱梁的偏载增大系数进行计算：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明适用于中小跨径单箱多室混凝土宽箱梁的偏载增大系数快速计算，将常见单箱多室混凝土宽箱梁偏载增大系数用简洁明了的经验公式表示，能够快速得到具有一定精度的偏载增大系数估算值，有效考虑偏载带来的宽箱梁空间分布效应，可在初步设计中取代复杂的精细化有限元模型，仅仅需要知道截面特征与布置车道即可，简洁快速，可以在初步设计阶段很快的得到实际可用的结果，针对箱梁腹板间距与悬臂板宽度，迅速计算出偏载增大系数，不耽误进一步设计进程，减少反复建立有限元模型计算偏载增大系数带来的时间成本。

附图说明

图1是本发明的单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法的流程框图；

图2是本发明的实施例中单箱四室宽箱梁的工况示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在初步设计阶段，设计人员往往不能准确确定所有的细部尺寸，也无法获得与所设计结构相似的单箱多室宽箱梁的偏载增大系数取值，无法通过有限元模型或经验系数计算单箱多室宽箱梁偏载增大系数。而在初步设计时，又需要计算单箱多室宽箱梁的偏载增大系数，这就带来了单箱多室宽箱梁的偏载增大系数计算复杂与困难的问题。且过往资料的偏载增大系数有时会因箱梁腹板间距不同，悬臂板宽度不同的问题导致与现有结构偏载增大系数偏差较大，而有限元模型对于尺寸未定的单箱多室宽箱梁结构相对过于复杂与麻烦，不能较好地适用于初步设计等具体情况当中。本发明提出一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数的快速估算方法，对设计人员的准确估计单箱多室宽箱梁偏载增大系数提供了极大的便利。

如图1所示的流程框图，本发明公开了一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法，包括以下步骤：

步骤一：根据桥梁宽度与交通需求，布置横向最不利对称车道荷载。

根据JTG D60-2015第4.3.1条第5款规定的车辆荷载作用轴距与轴重，同时考虑桥梁宽度与交通需求的情况下，布置横向最不利荷载，计算其车道数k和腹板数n；

步骤二：考虑腹板间距修正系数η₁，假设单箱多室宽箱梁的腹板间距为b₁(单位为m)，各箱室宽度一致，则腹板间距修正系数η₁按理论推导为：

η₁＝0.1×b₁+0.6；

步骤三：考虑悬臂宽度修正系数η₂，假设单箱多室宽箱梁的悬臂宽度为b₂(单位为m)，左右悬臂宽度一致，则悬臂宽度修正系数η₂按理论推导为：

步骤四：根据上述布置与计算得到的腹板数n、车道数k、腹板间距修正系数η₁与悬臂宽度修正系数η₂，按经验公式对单箱多室宽箱梁的偏载增大系数进行计算：

实施例：单箱四室宽箱梁，桥宽25.3m，参照图2所示

步骤一：根据桥跨结构横向宽度与桥跨跨径、荷载等级等横向布置车道，可在布置安全设施外布置双向六车道，因其为单箱四室，故可得该桥加载的车道数k与腹板数n，

k＝6,n＝5；

步骤二：考虑腹板间距修正系数η₁，腹板间距b₁会对单箱多室宽箱梁偏载增大系数有较大影响，对于车道数和腹板数不变的情况下，腹板间距与偏载增大系数成线性关系，公式拟合后得到的该腹板间距为4.8m，单箱多室宽箱梁的偏载增大系数的腹板间距修正系数公式：

η₁＝0.1×b₁+0.6＝0.1×4.8+0.6＝1.08；

步骤三：考虑悬臂宽度修正系数η₂，经过公式拟合后，悬臂宽度b₂与单箱多室宽箱梁偏载增大系数为二次函数关系，得到该悬臂宽度为3.05m，单箱多室宽箱梁的偏载增大系数的悬臂宽度修正系数公式：

步骤四：综合上述步骤中考虑的加载车道数k、腹板数n、腹板间距修正系数η₁与悬臂宽度修正系数η₂，偏安全地考虑原偏载增大系数情况下可以得到单箱多室宽箱梁偏载增大系数的计算公式：

参照图2所示，采用精细化有限元分析方法计算得其偏载增大系数为1.65，本实施例的估算值与其误差为(1.71-1.65)/1.65＝3.64％，小于工程常见误差允许值5％。由此可知，该估算方法是有效的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种单箱多室宽箱梁偏载增大系数快速估算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：根据桥梁宽度与交通需求，布置横向最不利对称车道荷载，计算其车道数k和腹板数n；

步骤二：考虑腹板间距修正系数η₁，假设单箱多室宽箱梁的腹板间距为b₁，各箱室宽度一致，则腹板间距修正系数η₁按理论推导为：

η₁＝0.1×b₁+0.6；

步骤三：考虑悬臂宽度修正系数η₂，假设单箱多室宽箱梁的悬臂宽度为b₂，左右悬臂宽度一致，则悬臂宽度修正系数η₂按理论推导为：

步骤四：根据上述布置与计算得到的腹板数n、车道数k、腹板间距修正系数η₁与悬臂宽度修正系数η₂，按经验公式对单箱多室宽箱梁的偏载增大系数进行计算：

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