一种强倾弱弯的梁桥设计方法技术

本发明专利技术公开了一种强倾弱弯的梁桥设计方法，包括：(1)获取梁桥的基本设计参数；(2)以严重超载时，偏载的车道车道荷载满布为倾覆最不利工况；(3)求解典型截面的最大弯矩M

【技术实现步骤摘要】
一种强倾弱弯的梁桥设计方法
本专利技术属于桥梁设计领域，尤其是涉及一种强倾弱弯的梁桥设计方法。
技术介绍
近年来发生过多起独柱墩梁桥在机动车超载作用下发生横向倾覆破坏的情况，造成严重人员伤亡和经济损失，梁桥发生倾覆的原因是比较重要的问题。梁桥倾覆事故的发生暴露了两个直接问题，其一是独柱墩梁桥的抗倾覆承载力不足；其二是梁桥的抗倾覆承载力与梁桥强度不匹配。2018版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》采用了基于变形体考虑空间效应，确定了规范条文中关于梁桥倾覆验算规范条文。为保证梁桥具有足够的抗倾覆承载力，上述规范提出了2个关键状态，即在1.4倍车道荷载作用下，梁桥支座不出现脱空；在2.5倍车道荷载作用下，梁桥不发生倾覆。上述2.5的安全系数，提高了梁桥的抗倾覆能力，但在面临未知的超载作用下，当结构失效时，结构强度与抗倾覆是否匹配，会不会发生预想的强度破坏，目前仍然是一个疑问。虽然发生倾覆事故桥梁的主要是独柱墩梁桥，但也应注意到，伴随城市路面+高架双层乃至多层交通体系的大规模建设，在路面的绿化带上建设相邻较近的桥墩，以节约路面空间的结构形式屡见不鲜。大悬臂箱梁尤其是钢箱梁，仍然存在较大的倾覆风险。因此，在梁桥的设计阶段，必须充分考虑梁桥的抗倾覆承载能力与梁桥强度相匹配的问题，防止梁桥在建成使用过程中，出现梁桥倾覆的事故。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种强倾弱弯的梁桥设计方法，在提高梁桥抗倾覆承载力的同时，使梁桥抗倾覆承载能力与梁桥强度相匹配。一种强倾弱弯的梁桥设计方法，包括以下步骤：(1)获取梁桥的基本设计参数；(2)以严重超载时，偏载的车道荷载满布为倾覆最不利工况；(3)求解典型截面的最大弯矩MCk和抗弯承载力MRC，并进一步得到强度超载系数χ；(4)求解最大抗倾覆承载力MRO和倾覆效应MO，并进一步得到倾覆超载系数κ；(5)检验是否满足强倾弱弯设计准则χ＜κ，若满足则进入步骤(7)，不满足则进入步骤(6)；(6)完善抗倾覆措施，再次导入步骤(2)计算；(7)设计结束，导出设计结果。步骤(3)和步骤(4)中，典型截面的最大弯矩MCk、最大抗倾覆承载力MRO以及倾覆效应MO均在倾覆最不利工况条件下计算。步骤(3)中，强度超载系数χ的计算过程为：(3-1)以中跨的跨中截面为典型截面，以基本组合计算抗弯承载力设计值乘以钢筋超配系数表征抗弯承载力MRC；当有详细配筋数据时，直接采用上述典型截面实际配筋计算的抗弯强度标准值作为抗弯承载力MRC；(3-2)在倾覆最不利工况条件下，按荷载的标准组合计算荷载效应，采用桥梁设计软件计算得到典型截面最大弯矩MCk；(3-3)根据MRC和MCK以及强度破坏的临界条件MCK≤MRC，联立计算强度超载系数χ。对于三跨等截面连续梁，抗弯承载力MRC的计算公式为：MRC＝1.1×1.0×(1.2ΦqGkl2+1.4×2×ΓqQkl2+1.4×2×ΨPl)式中，1.1为钢筋超配系数；1.0为结构重要性系数；1.2、1.4分别为荷载作用分项系数；qGk为上部结构自重集度，2l表示中跨跨长；qQk为公路—I级车道荷载均布荷载标准值；P为公路—I级车道荷载集中荷载标准值；常数Φ、Γ和Ψ分别为典型截面最大弯矩MCk的计算公式为：MCk＝ΦqGkl2+χ(ΦqQkl2+ΨPl)ξ式中，ξ为箱梁活载内力增大系数，根据经验系数法取1.15，或按照修正偏心压力法根据具体的桥梁进行计算。步骤(4)中，倾覆超载系数κ的计算过程为：(4-1)在倾覆最不利工况条件下，计算倾覆效应MO和抗倾覆承载力MRO，其中，倾覆效应MO通过桥梁设计软件得到，抗倾覆承载力MRO通过桥梁设计软件或采用公式计算得到；其中，dbi为第i个桥墩处抗扭支座间距；Ri为标准组合下第i个抗扭支座处桥墩有效支座的支反力；(4-2)根据MO和MRO以及临界倾覆条件MO≤MRO，联立计算倾覆超载系数κ。对于三跨等截面连续梁，倾覆效应MO与抗倾覆承载力MRO可分别用下式计算：当dbC＝0时，MRO＝ΛqGkldbE+ΛκqQkldbE+ΗκPdbE当抗扭支座间距dbE＝dbC时，其中，dbi为第i个桥墩处抗扭支座间距；Ri为标准组合下第i个桥墩处有效支座的支反力；α为边中跨比；为端支座反力荷载常数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以有效提高梁桥的抗倾覆承载力，在设计层面保证强度破坏发生在倾覆破坏之前，实现在不确定荷载下控制梁桥的破坏模式以达到抗倾覆承载力与抗弯承载力相匹配的目的。附图说明图1为本专利技术一种强倾弱弯的梁桥设计方法的流程图；图2为本专利技术实施例典型三跨连续梁桥平面图；图3为本专利技术实施例三跨独柱墩梁桥边跨对称作用单位荷载计算图示；图4为基于对称原则的三跨独柱墩梁桥计算简图；图5为倾覆最不利设计弯矩和超载系数计算图示。图中：1、梁体；2、端部抗扭支座；3、端部抗扭支座中轴线；4、中部抗扭支座；5、中部抗扭支座中轴线；6、允许的最大偏载车道线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。如图1所示，一种强倾弱弯的梁桥设计方法，包括以下步骤：S1，获取梁桥的基本设计参数；S2，以严重超载时，偏载的车道车道荷载满布为倾覆最不利工况；S3，求解典型截面的最大弯矩MCk和抗弯承载力MRC，并进一步得到强度超载系数χ；S4，求解最大抗倾覆承载力MRO和倾覆效应MO，并进一步得到倾覆超载系数κ；S5，检验是否满足强倾弱弯设计准则χ＜κ，若满足则进入步骤(7)，不满足则进入步骤(6)；S6，完善抗倾覆措施，如增加抗扭支座间距与增加固结墩等，再次导入步骤(2)计算；S7，设计结束，导出设计结果。下面以某三跨等截面连续梁桥为例，对本专利技术实施例的强倾弱弯的梁桥设计方法做具体说明。步骤S1，获取该三跨等截面连续梁桥的基本设计参数如图2所示，图中，包括梁体1、端部抗扭支座2、端部抗扭支座中轴线3、中部抗扭支座4、中部抗扭支座中轴线5以及允许的最大偏载车道线6。中跨跨径2l＝35m，边中跨比α＝1.43，端部抗扭支座间距dbE＝3.5m，中部抗扭支座间距dbC＝0m，允许的最大偏载车道线间距ds＝5.7m，上部结构自重集度qGk＝232.3kN/m。步骤S2，确定偏载的车道荷载满布为倾覆最不利工况。当在图3所示结构的AB和CD之间，距离B和C点为x的位置布置对称的单位荷载，图3的计算简图可以进一步简化为图4。步骤S3，倾覆最不利工况下，计算典型截面抗弯承载力MRC。因该实施例是三跨等截面连续梁桥故可按下式计算：...

【技术保护点】
1.一种强倾弱弯的梁桥设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)获取梁桥的基本设计参数；/n(2)以严重超载时，偏载的车道荷载满布为倾覆最不利工况；/n(3)求解典型截面的最大弯矩M

【技术特征摘要】
1.一种强倾弱弯的梁桥设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取梁桥的基本设计参数；
(2)以严重超载时，偏载的车道荷载满布为倾覆最不利工况；
(3)求解典型截面的最大弯矩MCk和抗弯承载力MRC，并进一步得到强度超载系数χ；
(4)求解最大抗倾覆承载力MRO和倾覆效应MO，并进一步得到倾覆超载系数κ；
(5)检验是否满足强倾弱弯设计准则χ＜κ，若满足则进入步骤(7)，不满足则进入步骤(6)；
(6)完善抗倾覆措施，再次导入步骤(2)计算；
(7)设计结束，导出设计结果。


2.根据权利要求1所述的强倾弱弯的梁桥设计方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中，典型截面的最大弯矩MCk、最大抗倾覆承载力MRO以及倾覆效应MO均在倾覆最不利工况条件下计算。


3.根据权利要求1所述的强倾弱弯的梁桥设计方法，其特征在于，步骤(3)中，强度超载系数χ的计算过程为：
(3-1)以中跨的跨中截面为典型截面，以基本组合计算抗弯承载力设计值乘以钢筋超配系数表征抗弯承载力MRC；当有详细配筋数据时，直接采用上述典型截面实际配筋计算的抗弯强度标准值作为抗弯承载力MRC；
(3-2)在倾覆最不利工况条件下，按荷载的标准组合计算荷载效应，采用桥梁设计软件计算得到典型截面最大弯矩MCk；
(3-3)根据MRC和MCK以及强度破坏的临界条件MCK≤MRC，联立计算强度超载系数χ。


4.根据权利要求3所述的强倾弱弯的梁桥设计方法，其特征在于，对于三跨等截面连续梁，抗弯承载力MRC的计算公式为：
MRC＝1.1×1.0×(1.2Φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭卫兵，梁新亚，谭超，朱志翔，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33