城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比分析

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  摘要:城市桥梁主要是指在城区内部的桥梁,其被修建在不同的建筑物基础上,如天桥、立交桥或者河道上部桥梁等,并根据使用年限可以将其分为永久性和半永久性天桥形式。而公路桥梁的机构体系比较特殊,其主要是以力学原理所设计的结构基础,其类型包含钢架桥、悬索桥以及斜拉桥等多 种形式。公路与城市桥梁的建设不仅对于缓解交通压力有着极其重要的作用,同时对于改善城市环境、促进城市经济发展也有着极大的意义。
  关键词:城市桥梁;公路桥梁设计;荷载标准;对比
  1城市桥梁和公路桥梁的概念
  在实际应用中,所谓的城市桥梁主要是在城市道路的各个层面上建造 的桥梁,包括永久性桥和半永久性桥,但是其中一些临时桥梁,铁路桥梁和涵洞不属于城市桥梁的建设范围。公路桥梁,即横跨河流,港口,湖泊, 水库,灌溉渠和其他水域,高差高的深谷或穿越其他交通路线的高速公路, 以保持交通顺畅而修建的桥梁。公路桥梁是在各级公路上建造的桥梁。公路桥梁与城市桥梁有很大不同,公路桥梁的要求是根据公路的使用情况、 性质和未来发展的需要,按照适用、经济、美观的原则进行修建。城市桥 梁的建设应遵循安全,适用,经济,美观和环保的原则,适应当的就地取材, 并便于施工和维护。此外,城市桥梁建筑还应符合城市规划的要求,并应与周围环境协调。两者虽然不同但功能又极其相似,因此相关规定已明确 的指出,对于两种桥梁的建设必须稳定,耐用且具有艺术观赏性,以方便人们旅行和对城市环境的美化。
  2城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比
  2.1设计荷载标准对比
  公路桥梁法规规定,车辆荷载和车道荷载可以施加在甲板上,最大 的荷载效应是以下因素中的最大条件:设计串联效应与设计车道荷载效应相结合;第 3.6.1.2.2 条规定的变车轴间距设计车的作用,结合设计车道荷载的影响;在均载情况下,反弯点之间负弯矩对所有跨度的影响,以及仅在内墩上的反应,两辆设计卡车的前轴与另一辆卡车后桥的间距最小为15000mm,加上设计车道负荷的 90%。每辆卡车 14500-N 轴之间的距离应为 4300mm。
  2.2车辆负载值的比较
  中国桥梁规范中的车辆重力大于桥梁规范中的车辆重力。前桥基本相同,中轴与后桥不同,车轮底座是中国桥梁规范中的一个固定值,车桥轴距在4.3~9m 之间更灵活,装货时调整方便,达到最优状态;规范的轴距相同; 桥梁规范中轮胎的表面面积大于中国桥梁规范,桥的规定对轮胎地面面积 的调节更为详细。但法规中没有具体规定车辆的尺寸,有些车辆的尺寸是 特殊的,这可能会影响到实际情况。我国多车道横向折算系数较为详细, AAsHT0 规范中的折减系数在车道数大于 3 时统一为 0.65,当车道数大于 5 时,中国规范中的折减系数小于 AAsHT0 规范,这意味着 AAsHT0 规范的设计较为保守;在只有单车道时,AAsHT0 规范中的折减系数为 1.2,实际上放大了车辆荷载。
  2.3设计荷载对比的必要性
  城市的桥梁设计是为了缩小城市的空间距离,而且城市的桥梁设计既要有足够的承载和泄洪能力,还要兼顾当前和以后的城市经济发展建设, 既要满足交通运输的本身需求,也要兼顾其他社会经济个体的发展要求。公路桥梁的设计就是要将整个公路桥梁设计结构和其部分构件在制造和运输、安装过程中有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。因此分析城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准的差异性,可以为更多的城市道路交通规划设计提供切实的参考依据。
  3设计荷载模型分析
  3.1有限元分析模式概述
  在城市桥梁与公路桥梁的设计荷载标准对比中,主要借助有限元分析模型进行对比分析。其模型设计符合 HL-93m 串联荷载和 HsN-4 主干线荷载与中国规范中I、Ⅱ类公路的内力,分析了中跨(12.19m)和桥墩顶部(24.38m)的弯矩和剪力荷载效应。
  3.2二者汽车荷载的相关研究
  一般在城市桥梁和公路桥梁的荷载中,都会采取均匀分布荷载的单一荷载模式进行设计,而这种模式在桥梁建设期间容易被广泛应用。在长时间的实践分析中,相关法规对于汽车荷载的基本情况和其本身的标准值已经有着十分明确的规定,结合这些规定值可以有效分析桥梁荷载的相关数值设计,以此来对城市和公路桥梁设计荷载标准进行全面对比,得到合理科学的计算结果。其次根据汽车荷载数值来将计算后的公路与城市桥梁与原来进行对比,其对比的步骤为:首先布置合适的试验场地,将桥梁车道 的数量、车辆荷载的横向布置和车道的宽度进行规定。其次根据城市标准中桥梁加载长度、桥梁设计跨径等方面规定,对于车道数量、总宽度和横向布置三者之间关系进行分析。最后得到结果,发现在公路和城市桥梁设计荷载中,其基本的折减系数相同。
  3.3荷载作用
  在中国规范中,公路 II 类均匀荷载引起的内力约为公路Ⅱ类均匀荷载引起的内力的 75%。我国规范中由公路一级车辆荷载和公路Ⅱ类车辆荷载引起的内力比设计串联和干线引起的内力大,汽车荷载的最大荷载效应为设计串联荷载,其内力约为中国公路I级的 80% 左右,中国公路二级公路的荷载效应高于 AAsHT0 规范中的设计干线,AAsHT0 规范中由设计干线引起的内力跨中约为中国規范中公路 II 级的 70% 左右,仅中跨弯矩比AAsHT0 规范的中跨弯矩小。
  3.4车道荷载
  目前在城市与公路桥梁设计中,其车道荷载在二者设计中的形式相同, 即均布荷载,集中力。设置公路桥梁为I级和Ⅱ级,城市桥梁为城A 与城B, 二者形式的设计分别对应其所采用的横向分布系数、车道荷载和纵向折减系数等取值,这些取值都是相同量,一般用于桥梁总体构件的验算过程中。
  3.5汽车标准荷载。
  不同国家的桥梁设计荷载模型的形式不同,可以大致分为由单个车辆组成的模型和由分布均匀的荷载组成的模型。中国的公路桥梁设计车辆荷载模型是基于一些国内设备的研究成果和实际工程设计经验,并采用了国际上先进的标准和规范。在与相关国家标准进行比较和调整之后,确定当前的车道负荷模式和取值。
  在荷载模式的制定方面,《城市 98 标准》中指出对于 A 级和 B 级车道在城市使用均匀分布的荷载和单一集中荷载(弯矩和剪力的不同值)的 组合。这点与《公路 04 规范》相同。对于汽车荷载的基本条件,以更直观地说明这三者之间的关系。
  3.6汽车冲击力。
  关于汽车冲击力的计算《城市桥梁设计荷载标准》中所提出以冲击力与计算跨径的反比值为主,而在《公路桥梁设计通用规范》中提出的汽车冲击力计算方法是结合结构质量、跨径和刚度进行合理的计算。从汽车冲击力来对比,城市桥梁与公路桥梁设计荷载计算方式并不相同,其中《公路桥梁设计通用规范》中汽车冲击力的计算方法更加全面和详细,设计荷载更为标准。
  结束语
  综上所述,在桥梁设计过程中,荷载标准直接决定着桥梁的安全性、耐久性以及经济性。因此,如何对作用荷载进行准确的取值,是一个值得重视的问题。公路桥梁设计和城市桥梁设计都属于桥梁设计,但是两种桥梁的设计仍然有所不同。为了更好地理解两者之间的区别,设计人员仍然需要研究二者的相关规定并进行比较,并互相借鉴。以符合建筑桥梁的安全适用、经济合理的要求。
  参考文献
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