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公路桥梁的超载
一、摘要
随着经济的增长,交通量和车载轴载的增加以及桥梁抗力的衰减,桥梁超载的风险越来越大。
超载不但使得公路桥梁的使用寿命大大降低, 而且在其使用年限内的安全性也大大降低,超载车辆由于其车轴重的成倍增加, 对桥梁行车道板的损害非常大, 最后会影响车辆顺利通行. 这种情况下, 如何正确评价现有桥梁的实际承载能力与安全度, 如何及早检查发现桥梁产生损伤及异常现象,如何减低超载的风险, 正确地评估结构的损坏程度, 就成为人们需要研究的问题.
基于此列出了两个模型:超载对桥梁结构的损伤和桥梁超载风险概率。其中模型一我们从三个方面进行分析。。
最后,为桥梁的施工单位和质监局的高层管理者写一份报告,阐述超载的迫切性,并提出一些建议和方法,使其被采用。
关键字: 公路桥梁超载风险概率结构损伤
二、问题重述
2012年8月24日清晨,通车不到一年的哈尔滨阳明滩大桥引桥发生断裂,4辆大货车坠落,车上共有八人,目前已造成3人死亡5人受伤。专家初步分析是超载所致
严重超限超载车辆犹如一颗颗定时炸弹,随时引爆重特大交通事故。同时,大量恶性超限超载运输车辆已经直接威胁着我区公路和桥梁的安全,存在严重的安全事故隐患。”事实上,严重的超限超载,已在全国各地引发重特大交通事故。2011年以来,江苏、福建、浙江、北京等地先后发生的重特大交通事故,恶性超限运输车辆压垮公路桥梁事故频频见诸报端。
货运车辆超限超载运输已成为公路桥梁的主要“杀手”,公路桥梁的安全也受到了严重威胁,限制超载已经刻不容缓。
根据所学知识就如何正确评价现有桥梁的实际承载能力与安全度, 如何及早检
查发现桥梁产生损伤及异常现象,如何减低超载的风险, 正确地评估结构的损坏程度做出合理的模型,并对相关部门提出合理的建议。
三、问题分析
本题主要解决的是正确评估超载对桥梁的损害程度以及降级超载,对于正确评估桥梁结构的损害程度,从超载对桥梁结构的损伤、超载引起钢筋砼构件损伤分析以及超载引起预应力砼构件的损伤分析,根据有关的物理知识,分别找出超载分别对桥梁结构、桥梁的钢筋砼、预应力砼构件的损伤程度函数,以此为凭据评估超载对桥梁的损害程度。对于降低超载的风险,从概率的角度预测超载所带来的桥梁风险损失的可能性,从这两个方面可以预防由于超载而引起的重大的交通事故,降低事故发生率。
四、模型的建立与求解
模型一:超载对桥梁结构的损伤
一、超载引起桥面板构件的损伤分析

符号说明
Mc:单向板跨中弯矩
Ms:支点弯矩
Mop:单向板1m宽简支板条的跨中活荷载
Mog:单向板1m宽简支板条的跨中恒载
n:超载率
M0:单向板超载前的最大弯矩
?:单向板超载后的最大弯矩 M0
常见的桥面板实质上是一个支承在一系列弹性支承上的多跨连续板,其实际的受力情况相当复杂,目前采用较简单的近似方法进行计算。
跨中弯矩Mc?(~)M0
支点弯矩Ms??
??nM0p?M0g 其中M0?M0p?M0g,,则超载后M0
那么超载前后最大弯矩的比值为:
?nM0P?M0gn?M0gM0pM0 ??M0M0p?M0g1?M0gM0p
由上式可知:超载率和活载恒载的比值对桥面板受力有比较明显的影响。
悬臂板
符号说明
MS:悬臂板每米板宽的支点最大负弯矩
MsP:悬臂板每米宽简支板条的跨中活荷载
Msg:悬臂板每米宽简支板条的跨中恒载
?:悬臂板超载后的最大负弯矩 Ms
悬臂板每米板宽的支点最大负弯矩为:
MS?MsP?Msg
同理可知超载前后最大负弯矩的比值为
?nMsP?Msgn?MsgMsPMs ??MsMsP?Msg1?MsP
由上式可知:超载率和活载恒载的比值对桥面板受力有比较明显的影响。另外如果桥面板跨径较小,活载效应与恒载效应比值较大的话,超载作用下弯矩增大的效应也会更明显。
二、超载引起钢筋砼构件损伤分析
在钢筋砼构件中,桥面直接承受作用在桥面铺装上面的荷载,并且直接或通过主梁等将力传递到下部结构上去,其安全性是非常重要的。钢筋砼构件在设计计算时,是考虑使构件带有一定的裂缝工作的。但在超载情况下,构件长期处于高应力工作状态,裂缝展开,并继续扩张,而对钢筋的保护作用减弱,钢筋容易受到腐蚀,引起所谓耐久性风险,根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJD62-2004)中关于钢筋砼受弯构件最大裂缝宽度(mm)的计算公式:
Wtk?C1C2C3??SS/