曲线梁桥车辆过桥单车限载研究

付琴琴

（湖北交投智能检测股份有限公司  湖北  武汉 430050）

摘要：为探讨曲线梁桥在不同工况下的单车极限荷载值，本文选取了某四跨曲线梁桥，采用有限元软件Midas Civil建立在不同曲率半径下单车过桥、双车过桥、三车过桥、四车过桥模型，在这四种不同工况条件下分别求出了在承载能力极限状态下的单车极限荷载值，对于曲线梁桥的超载控制提供参考。

关键词：曲线梁桥；单车极限荷载值；超载

0 引言

近年来，我国基础设施建设行业取得了飞速发展，其中曲线梁桥由于具有良好的线形、外形美观、具有交通转向功能而广泛运用于各大城市桥梁中。虽在设计阶段，各种桥梁在交通规划时要求在运营期间各种车辆要遵循相关要求通行，实际上，很多桥梁都会发生超载现象，对桥梁安全以及人民生命安全带来极大影响，引起了社会的广泛关注。

1 模型基本概况

1.1材料和截面特性

该桥上部结构采用C50混凝土，预应力钢束采用Strand1860钢绞线，全桥长80m，曲线半径为60m。采用单箱双室梁，梁高2.1m，桥面宽9.25m。

1.2支承布置方式

全部采用抗扭支承，如图1所示，此种布置方式有效增加了梁体抗扭转畸变的能力，端部的支反力分布较均匀，缺点是下部结构会较拥挤，对于桥下净空有要求的城市桥梁不利[1]。

图1  全抗扭支承布置

1.3荷载形式

除添加自重、二期、预应力工况外，采用最不利的最外侧车道荷载加偏载，并施加温度荷载以及预应力荷载。由于曲线梁桥的特殊受力形式，需在建立模型时在支座位置处设立节点局部坐标轴，以此来约束轴向和径向的受力，使模拟的情况更加真实可靠[2]。

2典型车辆荷载布载

通过对实际交通运输中五轴以及六轴拖车挂车车型参数分析，为了简化分析模型以及尽可能考虑对曲线梁桥最不利的交通荷载，车辆的前后净距取值为1.0m，因此可以确定车队荷载的纵向前轴与后轴的距离为4.5m[3]。采用此种车型作为车辆过桥极限荷载进行研究，在横向上，预留0.5m的人行道宽度以及0.5m的汽车离路缘石的距离，然后布置1.8m的车辆距离，采用最不利的最外侧偏载车道进行布载，一共分为单车过桥、双车过桥、三车过桥、四车过桥四种工况。

3承载能力极限状态验算

本文选取550kN的典型车辆所组成的四种重车加载工况进行计算，探讨不同曲率半径下曲线梁桥的单车过桥最大荷载值[4]。选择倾覆稳定系数的临界值2.5计算，并将恒载提供的抗倾覆稳定力矩与考虑汽车冲击系数的四种不同工况下汽车活载造成的倾覆力矩的比值作为单车车辆的荷载放大系数。曲率半径R=120m的抗倾覆力矩为51805kN。

其中，T:承载能力极限状态下单车过桥容许极限荷载；W:车辆规定荷载，本文为550kN；u：汽车冲击系数,本桥梁模型为0.250[5]。

表1 R=120m时曲线梁桥倾覆力矩汇总表格（kN﹒m）

工况	单车过桥	双车过桥	三车过桥	四车过桥
倾覆力矩	2331	3927	4696	5574

根据上式计算四种工况下的单车过桥容许极限荷载：

(一)工况1：单车过桥

(二)工况2：双车过桥

(三)工况3：三车过桥

(四)工况4：四车过桥

根据以上计算过程，可分别计算曲率半径R=200m、300m、400m、500m时的最大单车荷载值，汇总不同曲率半径下曲线梁桥在承载能力极限状态下四种工况的单车极限荷载如下表2和图2所示：

表2 不同曲率半径曲线梁桥的单车极限荷载表（单位：kN）

曲率半径（m）	单车过桥	双车过桥	三车过桥	四车过桥
R=120m	3917	2322	1942	1636
R=200m	4691	2705	2067	1741
R=300m	5289	2911	2127	1843
R=400m	5604	3017	2250	1896
R=500m	6066	3083	2287	1929

图2 不同曲率半径曲线梁桥承载能力极限状态下的单车极限荷载汇总图

由上图表分析可知，在承载能力极限状态下，曲率半径保持不变时，单车极限荷载值在单车过桥变为四车过桥时是增大的，总的来说，曲率半径越大，单车过桥的极限荷载也逐渐增大，R=500m曲线梁桥的单车荷载值为6066kN,为R=120m单车荷载值的1.55倍，是同一曲率半径下四车过桥的3.14倍。

4 小结

把550kN的标准轴重车辆为典型车辆，以不同曲率半径的曲线梁桥在四种不同工况下验算在承载能力极限状态下不同曲率半径的曲线梁桥在四种工况下的极限荷载，可得出结论：曲率半径越大，其单车极限荷载值越大；当曲率半径保持不变时，在四车过桥下的单车极限荷载值要小于单车过桥状态下的单车极限荷载值。所以在车辆运营阶段应该严格控制车辆超载现象发生，就能从源头上减小桥梁事故发生。

参考文献：

[1]姚玲森.曲线梁桥.北京:人民交通出版社，1989.

[2]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]洪一樽.多支撑立交匝道桥在复杂城市荷载下稳定性研究[D].重庆：重庆交通大学,2017.

[5]张喜刚.公路桥梁汽车荷载标准研究[M].北京：人民交通出版社，2014.