中美欧公路桥梁设计规范汽车荷载及作用效应对比研究

为响应我国一带一路倡议,拓展海外桥梁市场,为我国设计人员提供海外桥梁设计建议,对中美欧公路桥梁设计规范中所规定的极限状态、设计状况、汽车荷载模型、冲击系数及荷载横向分布系数计算方法进行了对比分析,并主要对汽车荷载效应及作用效应组合进行了分析计算。结果表明:对于极限状态与设计状况的分类,现行中国桥规与欧洲桥规较为类似,美国桥规对极限状态的划分与中欧桥规差异较大,且并未对设计状况进行分类;汽车荷载模式方面,中美欧公路桥梁规范的相关规定均有所差异,但都以"均布荷载+集中荷载"的模式为基础,欧洲桥规所规定的汽车荷载模型中的均布荷载集度较中国桥规与美国桥规偏大;荷载横向分布系数方面,中国桥规与欧洲桥规并未明确给出其计算方法,美国桥规则针对不同截面类型给出了相应的荷载横向分布系数计算公式。最后计算了主梁在恒载及汽车荷载下的作用效应。对于中小跨径桥梁,就汽车荷载效应及其承载能力极限状态下的效应组合而言,在多数情况下根据欧洲公路桥梁规范计算所得的作用效应较大,根据美国桥规与现行中国桥规计算所得的结果居中,根据旧版中国桥规计算所得的作用效应最小。     

简支钢板组合梁桥动力冲击系数研究

为研究简支钢板组合梁桥动力冲击系数，根据我国钢板组合梁桥实际应用情况，设计了150座不同参数组合的简支钢板组合梁桥，结合中国规范五轴车辆模型，建立车辆—桥梁耦合动力分析系统，通过数值模拟对冲击系数进行求解，分析不同参数对冲击系数的影响规律，最后提出基于跨径的冲击系数计算表达式，并与境内外规范进行对比分析。结果表明：简支钢板组合梁桥跨径、主梁数量、斜交角、车道数量、车辆车速均对冲击系数具有显著的影响，在60 m以下范围内冲击系数随跨径增大逐渐增大，超过60 m时，随跨径增大，冲击系数逐渐减小；主梁数量越多，冲击系数越小；斜交角超过45°时，应关注扭转导致的冲击系数放大作用；车道数量对冲击系数影响较小，冲击系数随车速的增加线性增长。可见，本研究计算的钢板组合梁桥冲击系数取值及其随跨径的变化规律与境内外规范相比存在明显差异，我国规范规定的冲击系数取值在40 m以下跨径中偏保守，当跨径超过40 m时，取值偏不利。研究结果可为简支钢板组合梁桥冲击系数取值提供参考。     

中外桥梁设计规范汽车荷载比较

桥梁结构在其寿命周期内所经历的最主要的活载是汽车荷载。近几十年经济的快速增长,使得交通状况发生了显著的变化,交通量、车辆载重量等均有显著的提高;国内外经济交流的愈趋频繁,对于桥梁设计者而言,有必要了解各国的规范。为此针对D60、BS5400、AASHTO、Eurocode等规范,通过车道划分、荷载标准值、折减系数、冲击系数、布载方式等方面对汽车荷载进行了分析比较。发现在跨径小于200m时,BS5400规范的荷载值最高;在80m跨径以下D60规范的荷载值最低,Eurocode在80m到200m跨径最小;当将荷载标准值外推至200m跨径以上时,D60最高,Eurocode最低。     

中美印桥梁设计规范汽车荷载比较

比较分析了中美印三国桥梁设计规范中关于汽车荷载的规定,包括名义车道划分、车道荷载、车辆荷载、冲击系数、折减系数、布载方式等方面,并通过工程实例说明三国规范中汽车荷载的差异。比较发现,汽车荷载作用下,根据美国规范算出的跨中弯矩及位移值最小,印尼规范最大,中国规范居中。     

公路桥梁车辆荷载纵横向折减系数研究

以可靠性理论和新近实例的车辆荷载数据为基础，推导了公路桥梁车辆荷载多车道横向折减系数的理论计算公式，从实侧荷载效应与标准车辆荷载效应比值的概率分析中得到了标准车辆荷载纵向折减的计算公式，结合我国实情，提出纵向和横向折减系数的建议值。经７座大跨径实桥的计算证明采用本研究建议后的折减效果最令人满意的。     

多车道桥梁汽车荷载横向折减系数研究

国内外现行桥梁设计规范均对8车道以内的车辆荷载横向折减系数有所规定,对于大于8车道的横向折减系数需要进行专门研究。通过比较各国桥梁设计标准中汽车荷载多车道横向折减系数,进而通过概率理论分析求解多车道汽车荷载的横向折减规律,最后基于实测的交通汽车荷载数据,在选取的多跨连续梁桥上进行不同控制截面控制内力效应的横向折减系数计算。研究表明,目前国内现行规范规定的横向折减系数处于各国规范的平均水平,基于全国车流量统计数据对多车道横向折减系数进行理论分析的结果与现行规范基本一致,随着车流量的增加有增大的趋势,此外,基于实测车流量算得的不同跨度的桥梁控制截面内力效应对应的横向折减系数也有所差别。     

中巴桥梁规范中汽车荷载效应的对比分析

该文对比了中国和巴基斯坦规范的汽车荷载,详细分析了巴基斯坦卡车荷载、坦克荷载和中国车道荷载在车辆类型、轴重、轴距等尺寸参数及横向布载系数、冲击系数、组合系数等设计参数的区别,并用CSIbridge有限元软件分别计算不同汽车荷载在各种跨径混凝土简支梁桥中的内力效应,分析了各类设计参数对内力的影响结果,给出了不同跨径下设计各阶段弯矩和剪力的对比分析曲线。推动了中国标准在"一带一路"地区的应用,提高了海外项目的工作效率,为中国标准的国际化进程做出贡献。     

从京藏高速公路货车大拥堵看我国公路桥梁结构的整体安全

针对目前京藏高速公路日趋严重的拥堵现象,从公路桥梁结构的安全出发,分析了现行规范中汽车荷载效应的计算,为了解货车拥堵对公路桥梁结构安全的影响,将现行规范中的车辆荷载组成一个纵横向车队模拟实际拥堵货车车队,置于结构之上计算其产生的效应,并将该效应与规范计算的汽车荷载效应进行了比较。结果表明,中等跨径桥梁的拥堵货车车队产生的实际效应超过了按规范规定计算的汽车荷载效应,多车道桥梁因规范规定的横向折减较多,满布重载车队产生的效应超出更多,并针对这一问题提出了相关建议。     

装配式多主梁钢-混组合梁桥的荷载横向分布研究

为科学合理地评价装配式多主梁钢-混组合梁桥的荷载横向分布规律,选取相同桥面宽度、不同跨径、不同主梁数及不同主梁高度的6种钢-混组合梁桥为研究对象,分别采用杠杆原理法、刚性横梁法、修正的刚性横梁法、铰接梁法、刚接梁法、G-M法以及有限元法对其荷载横向分布系数进行了计算分析,并进一步通过数值回归方法拟合出适用于此类型桥梁荷载横向分布系数的计算公式。结果表明:杠杆原理法、刚性横梁法与有限元法的计算误差约为30%,误差较大,不适用于装配式多主梁钢-混组合梁桥的荷载横向分布系数计算;铰接梁法和刚接梁法不适用于换算截面抗扭刚度比抗弯刚度小太多的组合梁桥的荷载横向分布系数计算;采用杠杆原理法和刚性横梁法计算时,由于不涉及主梁截面特性的影响,所以,计算得到的横向分布系数仅与主梁数和主梁间距有关,而与桥梁跨径、主梁高度无关;当宽跨比、桥面宽度和主梁间距的比值不同时,刚接梁法、G-M法和修正的刚性横梁法应按不同适用条件去考虑其横向分布系数计算;主梁数量的变化对荷载横向分布系数计算值的影响大于跨径对其的影响(相差67%);拟合的横向分布计算公式与有限元计算值吻合良好,计算误差均在15%以内。     

考虑车道荷载差异的多车道桥梁横向折减系数

为考虑车道荷载差异对多车道桥梁横向折减系数的影响，提出横向折减系数的多系数表达模式，并改进基于独立重复试验的相遇车道荷载方法以进行系数校核。首先，引入反映车道荷载差异性的车道修正系数和体现多车道荷载相遇概率的车道组合系数，形成横向折减系数的多系数表达模式。其次，改进目前常用的基于独立重复试验的相遇车道荷载方法，将车道交通流量及荷载分布的差异性涵盖进来。随后，参数化研究横向折减系数的关键影响参量，包括货车通过控制断面的平均时间、荷载重现期、车道交通量和车道荷载分布等。最后，基于某高速公路实测动态称重数据，给出采用该方法校核横向折减系数的详细过程，并与传统方法及JTG D60-2015规范方法所得结果进行对比。研究表明：所提出的改进相遇车道荷载方法，摈弃了传统方法中车重正态分布、车道荷载同分布、最大观测车重与均值3.5倍偏差关系等备受质疑的假设，是更一般性的解答。参数化分析表明：货车通过控制断面的平均时间和荷载重现期对结果影响很小，货车荷载模型及其在车道间差异性则影响很显著，说明对车道荷载分布规律进行准确建模的重要性。实测车道货车荷载数据统计发现：货车的交通量和荷载分布在车道之间具有明显的差异，传统方法和规范方法给出的横向折减系数均高估了实际情况，最大达19%，可能造成设计与管养资源的浪费；而基于该方法校核的横向折减系数，更能深入揭示各车道荷载的贡献规律，准确反映不同车道组合作用下的荷载横向折减规律，具有显著的工程应用价值。     

新老规范设计汽车荷载效应对比

鉴于新老桥梁设计汽车荷载模型的不同和对桥梁限载取值的研究,系统对比了不同时期、不同荷载等级桥梁设计汽车荷载效应的差异程度。根据不同的设计汽车荷载模型,以跨径为6～30m的简支梁桥为计算对象,分别计算汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级、汽车-超20级以及公路-I级和公路-Ⅱ级汽车荷载作用下的跨中弯矩和支点剪力。研究结果表明：对于跨径L在6～30m内的简支梁桥,新老规范设计汽车荷载作用下的跨中弯矩随跨径的变化趋势是相同的,然而两者支点剪力的变化趋势差异很大。计算跨径越小,新老规范设计汽车荷载作用下的内力效应差值越小,利用新规范对老规范设计的桥梁进行升级加固越有利。     

城市高架简支预制槽形钢混组合梁荷载横向分布研究

本文以城市高架简支预制槽形钢混组合梁桥为研究对象,选取了桥面板与钢梁之间的滑移效应、跨间横梁的个数、桥面板板厚、桥梁宽度和跨径、以及主梁刚度等参数,应用有限元方法,全面分析了各因素对该桥型荷载最不利横向分布系数的影响。研究表明：组合梁的界面滑移效应对荷载最不利横向分布系数影响在5%以内;保证跨径一定,组合梁跨间横梁的个数对宽桥荷载最不利横向分布系数的影响在8%以内,对窄桥则更小;桥面板板厚的增加会使荷载横向分布更均匀,宽跨比越大的桥,板厚对最不利横向分布系数的影响越大;保证桥宽不变,随着跨径的增大,荷载最不利横向分布系数逐渐减小,主梁数相同时,随着宽跨比的增大,最不利横向分布系数逐渐增大。梁高的增加会使最不利横向分布系数更大,但最大增幅保持在5%以内。在今后的标准化设计中,可取某几种最不利参数将其余参数进行包络,从而节约设计成本、提高设计效率。     

我国公路简支钢混组合梁合理截面研究

根据我国道路结构特点和公路荷载标准,对简支组合梁桥主梁设计的控制因素、主梁合理截面尺寸等进行分析研究。给出了公路Ⅰ级车道荷载作用下,应力控制设计时的主梁挠度,以及翼缘面积与跨径关系的近似公式,并将组合梁桥与非组合梁桥进行了对比。     

公路桥梁设计荷载基本组合的分项系数值及其效应对比

为了对我国现行公路桥梁荷载基本组合分项系数取值进行研究,在分析英国、美国、加拿大、欧洲公路桥梁规范中有关荷载基本组合分项系数规定的基础上,选取我国公路常用的标准跨径板梁、T梁、组合箱梁、整体式箱梁为样本,在各国规范规定下,计算得到了恒载和汽车荷载作用下的简支梁跨中弯矩、支点剪力值效应,按各国的规范进行基本组合,并同中国规范作以对比,从而对我国公路桥梁的荷载基本组合分项系数在世界上所处的位置进行客观地评价.研究结果表明,我国在恒载分项系数的取值上处于中等水平,在汽车荷载分项系数的取值上处于较低的水平,现行规范的公路桥梁荷载基本组合的效应值处于中等水平,其方法及结论可供新规范修订时参考.     

非对称刚构-连续组合体系梁桥受力特性研究

为给非对称刚构-连续组合体系梁桥的设计与应用提供理论基础,以渝湘复线高速长头河特大桥主桥为背景,引入非对称比例系数研究不对称程度对非对称刚构-连续组合梁桥力学特性的影响,提出采用在连续墩处设置组合阻尼支承体系改善该体系梁桥连续墩处主梁在横向风荷载作用下受力不利的问题。保持该桥主跨跨径180 m不变,调整刚构侧和连续侧单侧主梁长度在主跨范围内的占比,采用MIDAS Civil软件建立10个不同非对称比例系数的刚构-连续组合体系梁桥有限元模型,分析不同模型在恒载、汽车荷载、温度荷载、收缩徐变等作用下的主梁内力和支座反力,以及组合阻尼支座不同水平等效刚度对主梁受力的影响。结果表明：非对称刚构-连续组合体系梁桥不对称程度对结构内力影响最大的荷载为收缩徐变;非对称比例系数m>0.2时需适当加大连续墩处主梁梁高、延长小边跨长度以减小非对称性的不利影响,m最大限值建议采用0.3;在连续墩处设置组合阻尼支承体系,利用阻尼位移使主梁协调变形,能有效降低横向风荷载引起的主梁弯矩和应力幅。     

预应力混凝土连续箱梁桥设计的统计分析

预应力混凝土(PC)连续箱梁桥作为中国大跨度桥梁结构中的典型桥型之一,其服役期内开裂和主梁下挠问题较突出,而主梁纵向预应力体系直接影响结构应力水平,可以改善相关病害.该文通过统计分析中国不同地区高速公路上7座不同跨径PC连续箱梁桥,计算主梁典型截面在恒载、收缩徐变、温度和汽车荷载作用下的荷载效应,分析不同跨径的预应力箱梁桥在支座截面和中跨跨中L/2截面处各荷载作用产生的内力、应力范围,探讨了不同跨径范围主梁弯矩、应力变化规律.     

在役多车道空心板梁桥弯矩横向分布系数计算方法研究

为提高在役多车道空心板梁桥弯矩横向分布系数计算的准确性,提出考虑结构性能退化的弯矩横向分布系数计算方法。该方法通过建立不同参数组合的桥梁结构有限元模型,计算不同跨径和斜交角桥梁的弯矩横向分布状况,分析单侧、双侧铰缝不同损伤对弯矩横向传递的影响;以关键参数为自变量,弯矩比为变量,采用多元非线性回归分析法拟合得到弯矩横向分布系数简化计算公式,以及铰缝损伤引起的弯矩横向分布修正系数。实桥算例验证结果表明:该方法使用方便,计算结果可信,能够较好地适用于在役多车道空心板梁桥弯矩横向分布系数的计算。     

车辆荷载下多车道横向折减系数的计算和分析

根据近几年我国主要干道的车辆荷载实测数据,对不同测点的车辆总重进行了统计分析,建立了不同测点车辆荷载的总体概率模型及截尾概率模型。在此基础上,采用概率方法对车辆荷载服从非正态分布的多车道横向折减系数进行了计算和分析,给出多车道横向折减系数建议值,并与规范规定的数值进行对比。结果表明:不同测点车辆荷载的总体概率分布服从多峰分布,概率密度函数可用1个对数正态和3个正态概率密度的加权和表示;左截尾概率分布服从对数正态分布。设计基准期内最大值的概率分布服从对数正态分布。车辆荷载按多峰分布计算的三车道、四车道、五车道、六车道、七车道、八车道横向折减系数分别为0.95,0.85,0.78,0.74,0.73,0.69,车辆荷载按截尾分布计算的三车道、四车道、五车道、六车道、七车道、八车道横向折减系数分别为0.86,0.73,0.62,0.57,0.56,0.50,均不小于《公路桥涵设计通用规范》规定的数值。     

南非规范与中国规范中汽车荷载对比研究

为给我国涉外桥梁工程项目设计提供参考,对我国与南非桥梁设计规范中汽车荷载效应进行对比研究。采用铰接板梁法和刚接梁法,计算常用跨径的单片简支梁在南非与中国规范汽车活载作用下的横向分布系数。在此基础上,通过对简支梁及整体式连续梁的纵向影响线加载,分析2种规范中考虑汽车活载纵、横向分布后的差异。对比发现,对于常用中小跨径的简支、连续梁,南非规范汽车活载效应均高出中国规范30%以上;对于简支T梁跨中截面及连续梁支点截面,南非规范汽车活载效应高出中国规范35%~80%。即便考虑到两国规范中汽车冲击效应计入方式的不同,南非规范汽车活载也大于中国规范规定值。     

美国公路桥梁设计规范中关于设计汽车荷载的研究

美国公路桥梁设计规范(AASHTO LRFD)中设计汽车荷载种类多样且复杂,介绍该规范中关于HL-93设计汽车荷载的相关规定,以及荷载影响线的动态规划法分析原理,进而研究变轴距、变车距等形式的HL-93设计汽车荷载在MIDAS Civil通用有限元软件中的快速实现方法。对国外某实桥进行HL-93设计汽车荷载效应分析,并与中国规范做对比分析。结果表明:对该多跨等截面连续梁,随着轴距的增加,主梁支点负弯矩、跨中正弯矩逐渐减小;而随着车距的增加,跨中正弯矩基本不变,支点负弯矩呈现先增大而后逐渐减小的规律。中国公路Ⅰ级与美国HL-93设计汽车荷载效应相比,主梁剪力与跨中正弯矩前者比后者大,支点负弯矩前者比后者小15%左右。