本發(fā)明屬于橋梁設計
技術領域：
，尤其涉及一種曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達方法。
背景技術：
：曲線箱梁橋在公路工程中得到了廣泛的應用，然而實際運營過程中，橋梁傾覆事故時有發(fā)生?，F(xiàn)行規(guī)范中，無論是《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)還是《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)都對禁止支座脫空有所說明，但只是對安裝過程的要求，禁止安裝時出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。盡管學者們對于曲線橋有了一定的研究，但是大部分橋梁設計研究工作者的關注重點通常在于橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪等承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的計算上面，對于偶然的偏心超限荷載的作用的關注度不足，尤其是現(xiàn)行公路規(guī)范對橋梁抗傾覆沒有指導性的驗算方法，使得橋梁在設計階段就存在抗傾覆能力弱的可能。隨著橋梁抗傾覆穩(wěn)定性能逐漸被重視，相應的規(guī)范也針對橋梁抗傾覆性能進行了規(guī)定?！豆蜂摻罨炷良邦A應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2012)指導意見稿就新加入了對橋梁抗傾覆安全性的驗算要求。第4.1.10條規(guī)定采用整體式斷面的中小跨徑梁橋應進行上部結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算，根據(jù)指導意見稿中所給的公式可以看出，曲率半徑和支座偏心距對曲線橋的抗傾覆安全性能有一定的影響。曲率半徑和支座偏心距是曲線橋的兩個重要參數(shù)。曲率半徑的變化不僅改變了梁橋在平面上走向，同時也對支座反力和車輛荷載作用下沖擊效應等等都有所影響。支座偏心距對曲線橋的所受的扭矩進行重分布，使結(jié)構(gòu)所承受的扭矩分布趨于合理，使連續(xù)曲線梁沿梁長方向的扭矩峰值得到控制。另外，由符拉索夫微分方程可知，由于曲率的影響，在外荷載作用下，梁截面內(nèi)產(chǎn)生“彎矩”的同時必然伴隨著產(chǎn)生“耦合扭矩”，同理，在產(chǎn)生“扭矩”的同時也伴隨著產(chǎn)生相應的“耦合彎矩”。曲線梁橋的曲率半徑和支座偏心距這兩個重要參數(shù)對其抗傾覆安全性能具有一定的影響，合理的曲率半徑和支座偏心距的設置會增加全橋抗傾覆的穩(wěn)定性能。曲率半徑的設計跟道路路線走向和車輛通行速度要求下所需的轉(zhuǎn)彎半徑等因素有關，支座偏心距的設計一般是為調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)部扭矩分布而設置的，然而實際工程中支座偏心距的設計取值往往只能確定一個范圍而不是一個確定的數(shù)值。曲線橋的曲率半徑若在確定的情況下，支座偏心的大小會對抗傾覆安全性影響較大，如何減小取值范圍的寬度，如何使支座偏心與曲率半徑的配合使橋梁上部結(jié)構(gòu)抗傾覆性能更強，這就是本發(fā)明的意義所在。種上所述，現(xiàn)有方法計算繁冗的弊端，使得計算過于復雜。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達方法，旨在解決現(xiàn)有方法計算繁冗的弊端，使得計算過于復雜的問題。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達方法，現(xiàn)在無論是對建筑還是對橋梁的抗傾覆安全系數(shù)計算，基本都是采用最基礎的驗算方法即計算結(jié)構(gòu)荷載作用下的抗傾覆力矩和傾覆力矩的比值，所述曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達方法通過多項式函數(shù)擬合法來確定曲率半徑和支座偏心距對三等跨連續(xù)曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)的影響，對曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)進行表達；三等跨連續(xù)曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)kqf用多項式函數(shù)表達式為：其中：支座偏心距l(xiāng)和曲率半徑r是橋梁設計時的兩個幾何參數(shù)，為定值；l為曲線橋支座偏心距，單位：m，r為曲率半徑，單位：m，當曲率半徑r小于600m時，采用公式(1)；當曲率半徑r不小于600m且不大于1000m時，采用公式(2)；x1、x2、…、x8為通過擬合需要確定的幾個擬合變量，擬合后確定x1、x2、…、x8取值。進一步，x1、x2、…、x8通過擬合后，x1＝323.377，x2＝-564.755，x3＝341.810，x4＝-0.007，x5＝0.6143，x6＝-0.8977，x7＝3.6786，x8＝-21.591。進一步，所述抗傾覆安全系數(shù)kqf的適用范圍為：支座偏心距l(xiāng)：0～0.5m，曲率半徑r：50～1000m；所適用支座偏心距與曲率半徑的范圍為計算抗傾覆安全系數(shù)時的取值范圍，實際工程中獨柱墩的偏心不大于0.5m，且曲率半徑在1000m時已近似于直橋，所以在數(shù)據(jù)計算時對支座偏心的范圍定在0～0.5m，對曲率半徑的范圍定在50～1000m，并將其均分。本發(fā)明無論是對橋梁加固還是對橋梁設計都一定的意義，對橋梁加固來說，有效地計算橋梁的抗傾覆性能，從而確定舊橋是否需要抗傾覆性的加固，若系數(shù)小于規(guī)定值則需要加固；對橋梁設計階段來說，更方便的計算橋梁的抗傾覆性能，有助于橋型設計時避開傾覆能力弱的橋型。在曲線箱梁橋的抗傾覆安全系數(shù)計算中，提供一種方便快捷的安全系數(shù)表達方法。解決了現(xiàn)有方法計算較為繁雜的弊端，比如在計算抗傾覆性能時，現(xiàn)在規(guī)范要計算的參數(shù)變量有成橋狀態(tài)即自重作用下的各個支反力、橫向加載車道到傾覆軸線垂直距離的最大值、各個支座到傾覆軸線的垂直距離、橫向加載車道與橋長外輪廓以及傾覆軸線所圍成的面積等等，根據(jù)本發(fā)明給的公式只需要知道曲率半徑及支座偏心即可計算抗傾覆安全系數(shù)。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例提供的橋梁截面示意圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的橋梁結(jié)構(gòu)分析簡化模型；圖3是本發(fā)明實施例提供的公路-Ⅰ級車道荷載示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的支座編號圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述。本發(fā)明所用的局部坐標系說明如下：局部坐標系oxyz中z軸鉛直向上為正，x軸沿徑向內(nèi)側(cè)為正，y軸沿橋梁軸線方向為正，并符合右手螺旋法則，見圖3所示。本發(fā)明給出的曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達式：式中qk—車道荷載中均布荷載；Pk—車道荷載中集中荷載；μ—沖擊系數(shù)；RGi—成橋狀態(tài)時各個支座的支反力；xi—各個支座到傾覆軸線的垂直距離；Ω—傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積；e—橫向加載車道到傾覆軸線垂直距離的最大值。由于考慮的是橋梁整體傾覆性能，所以采用的汽車荷載為現(xiàn)有規(guī)范中公路-Ⅰ級車道荷載。計算結(jié)構(gòu)在不同曲率半徑和不同支座偏心距下計算公式中的各種數(shù)據(jù)，從而得到抗傾覆安全系數(shù)。本發(fā)明實施例提供的曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達方法中，在三等跨曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)設計計算時，抗傾覆安全系數(shù)的表達可以簡化成只考慮支座偏心距l(xiāng)(單位：m)和曲率半徑r(單位：m)影響的顯式多項式函數(shù)表達式來表示。三等跨曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)kqf用多項式函數(shù)表達式為：其中：(1)支座偏心距l(xiāng)和曲率半徑r是橋梁設計時的兩個幾何參數(shù)，一般是定值。(2)x1、x2、…、x8是研究時通過擬合需要確定的幾個變量，擬合后即可確定取值。(3)表1為擬合公式1中xi的取值；表2為擬合公式2中xi的取值。表1抗傾覆安全系數(shù)kqf公式1中的變量取值表2抗傾覆安全系數(shù)kqf公式2中的變量取值本發(fā)明公式的適用范圍：(1)支座偏心距l(xiāng)：0～0.5m。(2)曲率半徑r：50～1000m。如圖1、圖2、圖4所示，圖1是本發(fā)明實施例提供的橋梁截面示意圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的橋梁結(jié)構(gòu)分析簡化模型；圖4是本發(fā)明實施例提供的支座編號圖。在本發(fā)明實施例中結(jié)構(gòu)的建立中：1.橋梁概況：曲線橋為75m長的三等跨箱梁橋。中墩采用獨柱墩支撐，聯(lián)端采用雙支座抗扭支撐。2.支承單元：邊界條件采用x向與z向固定，y向活動的方式。其中一中墩設為固定支座，聯(lián)端采用抗扭支承。3.材料信息：橋梁結(jié)構(gòu)采用C50混凝土，其彈性模量E＝3.45×107kN/m2，泊松比μ＝0.2，容重為25kN/m3。4.截面特性：選用單箱單室截面，箱梁高1.8m；頂板寬8.8m，厚0.25m；底板寬4.1m，厚0.22m；兩側(cè)懸挑端部厚0.2m，根部與腹板以圓弧過渡，半徑為1.5m。具體截面形式如圖1所示，圖中數(shù)字單位為mm。5.二期恒載：橋面鋪有8cm厚的C40混凝土和9cm厚的瀝青，中間鋪有防水層。橋兩側(cè)C30鋼筋混凝土防撞護墻，墻底寬為0.5m。6.活載信息：由于考慮的是橋梁整體傾覆性能，所以采用的汽車荷載為現(xiàn)有規(guī)范中公路-Ⅰ級車道荷載。車道荷載示意圖如圖3所示。其中均布荷載標準值為qk＝10.5kN/m；由于聯(lián)長為75m大于50m，所以Pk＝360kN。計算剪力效應時，集中荷載標準值Pk應乘以1.2的系數(shù)。下面列舉具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步說明。根據(jù)所用的結(jié)構(gòu)參數(shù)有三等跨連續(xù)曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)的支座偏心距l(xiāng)和曲率半徑r，它們的取值范圍如下：(1)l：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5m；(2)r：50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000m；根據(jù)參數(shù)取值范圍，共建立6×11＝66個模型。表3列出了不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下自重作用所產(chǎn)生的支反力RGi，由于梁橋是對稱結(jié)構(gòu)，支反力也成對稱形式，所以標記聯(lián)端外側(cè)墩為1#，內(nèi)側(cè)為2#，中墩為3#。表3自重多用下的支反力/kN表4列出了不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下，各個支座到傾覆軸線的垂直距離xi。表4各個支座到傾覆軸線的垂直距離/m表5列出了不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下，橫向加載車道到傾覆軸線垂直距離的最大值e。表5橫向加載車道到傾覆軸線垂直距離的最大值/m表6列出了不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下，傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積Ω。表6傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積/m2表7列出了不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下，沖擊系數(shù)μ。表7沖擊系數(shù)曲率半徑/m501002003004005006007008009001000沖擊系數(shù)0.2550.2600.2620.2620.2620.2620.2620.2620.2610.2620.262表8～表10列出了不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下，曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)kqf的理論值、試驗值以及試驗值與理論值的比值。表8曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)理論值表9曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)試驗值表10曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)試驗值/理論值通過表10可得如下結(jié)論：不同支座偏心距l(xiāng)和不同曲率半徑r下，曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)kqf的試驗值與理論值的比值均在1.0左右，試驗值與理論值相差大部分都在5％以內(nèi)，說明抗傾覆安全系數(shù)kqf的計算時，使用擬合公式是可行的、合適的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3