本發(fā)明屬于橋梁設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達(dá)方法。
背景技術(shù)：
：曲線箱梁橋在公路工程中得到了廣泛的應(yīng)用，然而實(shí)際運(yùn)營過程中，橋梁傾覆事故時(shí)有發(fā)生?，F(xiàn)行規(guī)范中，無論是《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)還是《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)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(shí)出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。盡管學(xué)者們對于曲線橋有了一定的研究，但是大部分橋梁設(shè)計(jì)研究工作者的關(guān)注重點(diǎn)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(jì)算上面，對于偶然的偏心超限荷載的作用的關(guān)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(dǎo)性的驗(yàn)算方法，使得橋梁在設(shè)計(jì)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(yīng)的規(guī)范也針對橋梁抗傾覆性能進(jìn)行了規(guī)定。《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2012)指導(dǎo)意見稿就新加入了對橋梁抗傾覆安全性的驗(yàn)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(yīng)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算，根據(jù)指導(dǎo)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(gè)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(shí)也對支座反力和車輛荷載作用下沖擊效應(yīng)等等都有所影響。支座偏心距對曲線橋的所受的扭矩進(jìn)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(shí)必然伴隨著產(chǎn)生“耦合扭矩”，同理，在產(chǎn)生“扭矩”的同時(shí)也伴隨著產(chǎn)生相應(yīng)的“耦合彎矩”。曲線梁橋的曲率半徑和支座偏心距這兩個(gè)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(shè)置會(huì)增加全橋抗傾覆的穩(wěn)定性能。曲率半徑的設(shè)計(jì)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(guān)，支座偏心距的設(shè)計(jì)一般是為調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)部扭矩分布而設(shè)置的，然而實(shí)際工程中支座偏心距的設(shè)計(jì)取值往往只能確定一個(gè)范圍而不是一個(gè)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(huì)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(qiáng)，這就是本發(fā)明的意義所在。種上所述，現(xiàn)有方法計(jì)算繁冗的弊端，使得計(jì)算過于復(fù)雜。技術(shù)實(shí)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(dá)方法，旨在解決現(xiàn)有方法計(jì)算繁冗的弊端，使得計(jì)算過于復(fù)雜的問題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達(dá)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(jì)算，基本都是采用最基礎(chǔ)的驗(yàn)算方法即計(jì)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(dá)方法通過多項(xiàng)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(jìn)行表達(dá)；三等跨連續(xù)曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)kqf用多項(xiàng)式函數(shù)表達(dá)式為：其中：支座偏心距l(xiāng)和曲率半徑r是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的兩個(gè)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(dāng)曲率半徑r小于600m時(shí)，采用公式(1)；當(dāng)曲率半徑r不小于600m且不大于1000m時(shí)，采用公式(2)；x1、x2、…、x8為通過擬合需要確定的幾個(gè)擬合變量，擬合后確定x1、x2、…、x8取值。進(jìn)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(jìn)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(jì)算抗傾覆安全系數(shù)時(shí)的取值范圍，實(shí)際工程中獨(dú)柱墩的偏心不大于0.5m，且曲率半徑在1000m時(shí)已近似于直橋，所以在數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)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(shè)計(jì)都一定的意義，對橋梁加固來說，有效地計(jì)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(shè)計(jì)階段來說，更方便的計(jì)算橋梁的抗傾覆性能，有助于橋型設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)算中，提供一種方便快捷的安全系數(shù)表達(dá)方法。解決了現(xiàn)有方法計(jì)算較為繁雜的弊端，比如在計(jì)算抗傾覆性能時(shí)，現(xiàn)在規(guī)范要計(jì)算的參數(shù)變量有成橋狀態(tài)即自重作用下的各個(gè)支反力、橫向加載車道到傾覆軸線垂直距離的最大值、各個(gè)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(jì)算抗傾覆安全系數(shù)。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的橋梁截面示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)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(shí)施例提供的公路-Ⅰ級車道荷載示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的支座編號圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(xì)描述。本發(fā)明所用的局部坐標(biāo)系說明如下：局部坐標(biāo)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?yàn)檎?，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(dá)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(shí)各個(gè)支座的支反力；xi—各個(gè)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(jì)算結(jié)構(gòu)在不同曲率半徑和不同支座偏心距下計(jì)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(shí)施例提供的曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)表達(dá)方法中，在三等跨曲線箱梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，抗傾覆安全系數(shù)的表達(dá)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(xiàng)式函數(shù)表達(dá)式來表示。三等跨曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)kqf用多項(xiàng)式函數(shù)表達(dá)式為：其中：(1)支座偏心距l(xiāng)和曲率半徑r是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的兩個(gè)幾何參數(shù)，一般是定值。(2)x1、x2、…、x8是研究時(shí)通過擬合需要確定的幾個(gè)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(shí)施例提供的橋梁截面示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)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(shí)施例提供的支座編號圖。在本發(fā)明實(shí)施例中結(jié)構(gòu)的建立中：1.橋梁概況：曲線橋?yàn)?5m長的三等跨箱梁橋。中墩采用獨(dú)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(dòng)的方式。其中一中墩設(shè)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)值為qk＝10.5kN/m；由于聯(lián)長為75m大于50m，所以Pk＝360kN。計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí)，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。下面列舉具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)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(gè)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(biāo)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(gè)支座到傾覆軸線的垂直距離xi。表4各個(gè)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(yàn)值以及試驗(yàn)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(yàn)值表10曲線箱梁橋抗傾覆安全系數(shù)試驗(yàn)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(yàn)值與理論值的比值均在1.0左右，試驗(yàn)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(jì)算時(shí)，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(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3