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桥梁挠度限值验算方式及公路桥规挠度限值方式

发布于:2022-09-05 17:19:05 来自:道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]

为何限制桥梁的挠度?

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    首先应该明确,桥梁的挠度限制是指可变作用(活载)引起的挠度,因为永久作用的变形可以通过设置预变形(如预拱度)来消除。
对桥梁的挠度进行限制有以下几个目的:
    (1)保证车辆行驶的安全性和平稳性,保证乘客的舒适性,其中的安全性主要指有轨交通的列车不脱轨,如铁路列车;
    (2)保证桥梁的受力得到限制,即从变形方面限制受力状态,但这一般不控制承载力或应力设计;
    (3)保证桥上有轨交通线路和轨道的平顺性。


怎么验算挠度?

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    怎么验算桥梁的挠度?这本来是个很简单的问题,就是按照可变作用计算出每跨绝对值最大的挠度,然后跟规范规定的限值进行比较即可。设每跨的代数值最大和最小挠度分别为fmaxfmin(见图2),挠度限值为[f],则验算表达式为: 
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式(2)
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则式(2)把它们的绝对值加起来作为计算挠度,比式(1)要大得多。虽然这种计算比过去偏于保守,但却没有道理。最大和最小挠度是各自独立按影响线加载得到的,它们不是同时发生的,即它们对应的最不利活载位置不一样,所以不能加起来。根据前面关于挠度限制的目的,无论从哪一条来看,也都没有理由用从fminfmax的幅值来评价。
以一个两跨连续梁为例(图2),也许有人会如此来解释式(2)的合理性:左跨布满车,左跨向下挠,右跨向上挠,而右跨布满车,就反过来了,结构的同一点经历了上下幅度的挠度。这看上去似乎有道理,但请注意,从位于右跨的车辆行车平稳性和舒适度角度来看,左跨布满车时,右跨如果没有车,谁来感觉到向上挠度?如果右跨有很少的车,他们感觉到了向上的挠度,但等右跨布满车时,他们已经离开原来位置了,如何感觉到同一点的向下挠度呢?对位于左跨的车辆来说也是如此。除非有一辆车停在一个跨中位置不动,其他车队行驶且必须按停车位置的最不利布置排列,从而引起停着的那辆车位置的最大、最小挠度,但显然这不是设计应该考虑的情况。如果从结构本身受力状态来看,其曲率也是fmaxfmin各自的值决定的,而不是由它们之间的幅度决定的。至于从疲劳角度来看,似乎跟fmaxfmin之间的幅度有关,但疲劳问题不是如此简单地由挠度确定的,而是由疲劳应力幅的累积效应决定的,挠度不能作为疲劳的评价和限制指标。最后,从伸缩缝位移角度来看,确实跟fmaxfmin之间的幅度有关,但第一,伸缩缝是辅助设施,不能由它决定主体结构设计指标;第二,伸缩缝由纵向位移幅度控制,而纵向位移不仅仅跟挠度有关,还跟很多因素有关。

综上所述,可见式(2)的评价方式不符合结构设计的原理和设计规范关于变形规定的意图。目前这种不正确的评价方式仍然在一些工程中使用,给结构设计带来困难,并且增加工程造价,造成浪费。希望本文能够引起认真的思考。


公路桥规挠度限值方式及其涵义

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     上一期“说桥”分析了一般桥梁挠度限值验算的方式及其合理性,本期则专门对公路桥涵设计规范中关于挠度的限值方式进行分析,并提出看法,供桥梁设计和规范修订者参考。
    从历史沿革来看,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ 023-85、公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86、公路钢结构桥梁设计规范JTG D64-2015中都沿袭了类似的条文:当荷载作用于一个桥跨内有可能引起该跨径正负挠度时,计算挠度应为正负挠度绝对值之和。而公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范D62-2004和JTG 3362-2018中没有沿袭这条规定。
    关于这条规定的条文说明见于公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86条文说明,后来的JTG D64-2015则没有把该说明列入到条文说明中去,这也可能是导致该条文被错误使用的原因之一。JTJ 025-86的条文说明内容为:“吊桥的最大弹性挠度在跨度1/4处,当车辆荷载仅在左半孔时,左孔1/4处向下挠度最大,右孔1/4处向上挠度最大;当车辆仅在右半孔时则反之。计算挠度值应为其正负挠度的最大绝对值之和”。显然,这条规定主要是针对悬索桥或拱桥(与悬索桥受力性能有相似之处,见说桥1)制定的,这两种桥型中上述的现象较为明显,其他桥型并不明显。
    且不论这条规定是否合理,首先要注意的是,其包含两个要点,一是车辆荷载在一个桥跨内移动,二是在该桥跨内引起正负挠度,在执行这条规定时必须满足这两个要点才行。在实际工程中,经常遇到不管这两个要点,也不管什么桥型及桥跨布置,直接把独立加载得到正负最大挠度绝对值相加,用以校验挠度是否符合要求。这样作的结果有时会给设计带来很大的困难,不得不挖空心思提高刚度,导致不合理的结构构造和不必要造价升高。例如,对于图2所示的多塔斜拉桥,如果按照独立加载得到的正负最大挠度相加,即隔跨加载在加载跨引起向下挠度,在邻跨引起向上的挠度,然后将其绝对值相加,这样至少会使计算挠度增加70%以上,使结构无端地为提高70%的竖向刚度而大幅度增加造价。
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桥规规定合理性刍议

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     对于悬索桥或者大跨度拱桥,按照上述桥规规定,车辆在一跨内移动引起本跨的正负挠度,也没有多少道理按正负挠度绝对值加起来。从结构安全性角度来看,悬索桥和拱桥的强度或承载力都不是由挠度对应的曲率控制的,而是单独计算的。从行车安全性和舒适性角度来看,对于每辆车或每节车厢而言,除非它不动或者它动而其余整个车队不动,否则只要它跟着车队走,就不可能承受最不利的正负挠度。例如,有车队布置在半跨范围内且停止不动,另有一辆较轻的车移动通过全跨,在静止车队作用下,移动的那辆车才可能会感觉到正负挠度的波浪线形。可这显然不是设计所应该考虑的工况。所以,对于桥规的这一条规定是否科学合理还值得进一步研究。

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知识点:桥梁挠度限值验算方式及公路桥规挠度限值方式


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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

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