简支梁桥桥台计算中汽车荷载布载方式及取值的讨论.docx

关于简支梁桥桥台计算中汽车荷载布载与取值的争论王荣波，施颖(浙江工业高校建筑工程学院杭州310014)摘要：对比现行法律规范大路桥涵设计通用法律规范(JTGD60-2004)与原法律规范大路桥涵设计通用法律规范(JTJO21-89)汽车荷载在简支梁桥桥台计算中的各种布载方式及取值的计算结果，分析各种布栽方式的平安合理性，建议新法律规范下简支梁桥桥台各项计算的掌握布载方式及荷载取值方式.关键词：简支架桥桥台计算荷载布置Discussiononvehicleload'slayoutandvalueincalculationofsimplysupportedbeambridges*abutmentWangRong-bo,ShiYing(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou,310()14.P.R.China)Abstract：Basingoncurrentbridgecode,GeneralCodeforDesignofHighwayBridgesandCulverts(JTGD60-2004),andpreviouscode,GeneralCodeforDesignofHighwayBridgesandCulverts(JTGD21-89),Werespectivelycalculatedsimplysupportedbeambridges'abutmentandcomparedtheseresults,thenanalyzedthesecurityandrationalityofvariousload'slayoutandvalue,proposedthewayofload'slayoutandvalueaboutthecalculationofsimplysupportedbeambridges'abutmentaccordingtothecurrentCode.Keywords:Simplysupportedbeambridges;Abutment;Calculation;Loadlayout0引言现行法律规范大路桥涵设计通用法律规范（JTGD60-2004）（下简称04法律规范）为让桥梁设计计算更为简便，将可变荷载中的汽车荷载改为了车道荷载的模式，即均布荷载qK和集中合资PK组合的图式.但为避开在局部加载、跨径较小的涵洞、桥台和挡土墙等结构的计算时，消失采纳车道荷载的计算结果与原法律规范大路桥涵设计通用法律规范（JTJ021-89）（下简称89法律规范）的计算结果相差较大的问题，保留了89法律规范中汽-超20级的加重车，即车辆荷载，并于第2条中规定：“桥梁结构的整体计算采纳车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙的土压力计算采纳车辆荷载.车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加.”此处仅规定了设计计算时的荷载取值，而对布载方式没有明确规定，设计人员在设计计算时尚无统一的形式.1桥台计算布载方式桥台设计时，一般需考虑三种布载状况：一种是台后布载而桥上无载；另一种是桥上布载而台后无载；第三种是桥上台后均布载.根据04法律规范的规定，前两种状况荷载的取值比较简洁：仅台后布载时，为桥台土压力计算，按法律规范应采纳车辆荷载，此布载方式可消退台后加载长度有限而引起的车道荷载产生的作用效应偏小的问题；仅桥上布载时为桥梁整体计算，应采纳车道荷载.桥上台后均布载时，可能消失两种布载方式：1）台前台后都布车道荷载，其中的集中力可布在支座位置或台后；2）桥上布车道荷载，台后布车辆荷载.对于这种布载状况，文献4的算例采纳了台后布载使用车辆荷载、桥上布载采纳不加集中荷载的车道荷载的方法.车道荷载不加集中力，为了避开将重车计算两次的问题.2计算结果对比2.1桥梁跨径变化以下取简支梁桥薄壁U型台为例，在04法律规范的大路-1级与89法律规范的汽-超20荷载的作用下，进行上文提到的新法律规范布载方法及89法律规范的布载方法进行对比，争论各布载方法的合理性.为增加可比性，消退桥台细部尺寸的影响，假定桥台尺寸不随跨径变化.桥台全宽8m(两个车道),承台下设双排桩基，每排2根，支座中心线与桥台中心线重合，桥台横截面尺寸见图1所示.图1计算桥台具体尺寸设承台以上高度H为5m,台后填土容重19KN/m3,内摩擦角35°,台后布载长度经计算为5.2m(土破坏棱体长度从侧墙根算起).对650m跨径的简支梁桥，分别按三种布载状况进行计算，取桩顶最不利的受力状况进行对比.其中，桥上台后均布载时，04法律规范的可能布载方式见图2,仅台后布载时状况类似.(a)台后布置车道荷载图204法律规范桥上台后均布载时的可能布载状况跨径/m桩顶最大竖向力结算结果如表1所示.表1各跨径桥上台后均布载时桩顶最大竖向力句秋认兀61320304050汽-超20级/KN1048.21228.81510.71900.02356.92792.2状况a/KN1063.31233.81508.61909.92391.22852.4状况b-1/KN968.91116.71367.81735.02182.22609.5状况b-2/KN1124.31294.71569.61970.92452.12913.4注：图示a对应于图2(a)集中荷载作用于支座处的状况：图示b-1对应丁图2(b)中车道荷载不施加集中荷载P.的状况：图示b-2对应于图2(b)中车道荷载施加集中荷载PK的状况.将大路-I级的三种布载状况的计算结果与89法律规范的汽超20级的结果进行对比.由表1可看出，按状况a计算的结果和汽-超20级计算结果较为吻合，跨径为20m四周时作用力偏小，其余跨径均较汽超20级的作用大，最大差值为2.5%；状况b-1时，桩顶竖向力计算结果偏小，比仅桥上布载时的结算结果都小；而状况b-2时的计算结果偏大，跨径为50m时，两者相差4.3%,随着跨径的减小，结果相差渐渐增大，最大相差7.3%.桩顶最大竖向力掌握桩的长度，桩顶弯矩及对应的最小竖向力掌握桩身的配筋.在肯定范围内，桩身的配筋可以用桩顶的弯矩与最小竖向力的比值，即偏心距来衡量.计算对比可知，仅台后布载时，桩所受力的偏心最大.各荷载作用于台后时桩的最大偏心距结果汇于表2中.表2各跨径桥梁仅台后布载时引起的桩顶最大偏心距m跨径停秩队，兀61320304050挂720级0.21900.19200.15680.12350.09770.0816重车0.21760.19100.15600.12300.09740.0813车道荷载0.21680.19200.15810.1256O.100l0.084004法律规范的重车作用于台后时，就是汽-超20作用的效果.由上表可知，重车的作用效应比挂-120级稍小，差值在0.6%以内.车道荷载作用时，小跨径桥梁的桩基偏心距稍小，随着跨径的增大，车道荷载的作用效应开头大于挂-120级的效应.2.2桥台高度变化设桥梁跨径为20m,按以上同样的布载方式，对不同的桥台高度进行计算比较.不同布载状况下，桩顶最大竖向力及最大偏心距的计算结果分别列于表3、表4中.表3各台高桥梁桥上台后均布载时桩顶最大竖向力布载状况台高/m33.544.555.56汽-超20级/KN1348.81426.11510.71603.01703.61813.01931.7状况a/KN1343.31422.31508.61602.91705.61817.21938.2状况bT/KN1198.51279.61367.81463.51567.41679.91801.6状况b-2/KN1392.61477.61569.61669.21776.91893.32022.9注：表中布载状况同表L表4各台高桥梁仅台后布载时引起的桩顶最大偏心距m布栽状况台高33.544.555.56挂T20级0.13220.14510.15680.16710.17600.18350.1896重车0.13210.14420.15600.16640.17540.18310.1892车道荷载0.13290.14630.15810.16840.17720.18450.19033结论通过跨径、台高两个参数变化计算的结果的对比，可以得出以下结论：1）简支梁桥桥台的计算，进行基础承载力计算时，由桥上台后均布载的计算结果掌握.此时，布载采纳车道荷载、集中力作用于桥台支座位置的方式比较合理，其中的集中力，应按法律规范的规定，乘以1.2的系数；2）对基础进行配筋的偏心计算时，由仅台后布载的计算结果掌握.单车道及双车道的桥，用车道荷载布载比较合理；多个车道时，采纳重车加载更合理.参考文献：1 JTGBOI-2003,大路工程技术标准S2 JTGD60-2004,大路桥涵设计通用法律规范ISl3 JTJ021-89,路桥涵设计通用法律规范S4盛洪飞.桥梁墩台与基础工程M哈尔滨：哈尔滨工业高校出版社，2025.125-1285江祖铭，王崇礼.大路桥涵设计手册一墩台与基础IM.北京：人民交通出版社，1994在各桥台高度下,状况a的桩顶最大竖向力与汽超20作用的值最为接近，台高较小时，其值比汽超20级稍小，随着桥台的增高，其值渐渐大于汽-超20级的值.重车的作用效应比挂120级的效应稍小，车道荷载引起的偏心距稍大，在桥台各高度下，比挂-120作用的值大04%0.9%.由以上两种变化参数的对比结果可知，随着跨径、台高的变化，掌握设计的布载状况基本不变，故，可以得出一般性的计算掌握布载状况.计算桩顶最大竖向力时，布载状况a（即桥上台后均作用车道荷载，集中荷载作用于支座处的布载）最为不利，其计算值基本能包络汽-超20级的计算值；计算桩顶最大偏心距时，对于桥梁单及双车道的桥梁，按台后布有集中力的车道荷载加载计算比较妥当，大于两个车道的，台后使用重车加载比较好，此时的状况，和89法律规范的汽-超20级是一样的.