桥梁毕业设计外文翻译--对木桥的负载和阻力系数的校准

对木桥的负载和阻力系数的校准

内容摘要：这篇论文为木桥设计规范的确定发展提供了校准方法和基本数据。结构类型被认为包括锯成的木梁、胶合梁及各种类型的木梁板。负载和阻力参数被视为随机变量，因而，结构特性是根据可靠性指标来测定的。桥的恒载和交通活载，都是基于先前的研究结果。材料的阻值是取自可用的测试得来的数据，这些数据中包含了考虑有弹性反应作用的数据。阻力的组成和结构系统是基于可利用的实验数据和有限元分析的结果。阻力的统计参数是由梁板、梁体及个别的组件计算而得。对木桥进行可靠性分析设计应依照AASHTO标准设计规范并且要注意到可靠性指标中的一个重要变化，负载限度和阻力系数应该和可靠性程度及目标水准相一致。

DOL：10.1061/(ASCE)1084-0702(2005)10:6(636)

土木工程师数据库的关键词：桥梁、木制的、校准、负载和阻力系数、设计、桥板。

考虑结构类型

这类校准工作是为了选定一些典型的木桥类型而做的。尤其，那些单跨、双车道、直线型的由木制部件组成的桥梁，比中跨度桥梁要短，其长度从4米到25米（13英尺到80英尺）不等。一般而言，有两种类型的木桥：梁体结构（纵梁或主梁）或者板体结构。

由加工过的木材制造而成的纵桁梁桥是适用于短跨桥中，其最大可跨越大概8米（25英尺）。现成的已锯成木梁通常为100 - 150毫米宽（4到6英寸），300至400毫米（12到16英寸）长，这些尺寸大小限制着中心间距使其通常不超过400-600毫米（16到24英寸）。然而,使用更大的宽度，如20毫米（8英寸）和更大的长度，这些可能使梁间距增大，直到最后受限于面板的承载能力为止。胶合梁可采用更大的长度和宽度，从而可以跨越更大的距离，是梁间距更宽。比较常见的跨度是6米到24米（20到80英尺）。

这类梁支持各种不同类型的木材板，它可以是胶合薄板（多层胶合木）、钉制成薄板（多层钉合板）、组合板（用长钉钉合的多层板）、厚木板（4英寸×6

英寸，4英寸×8英寸，4英寸×10英寸及4英寸×12英寸）、应力板（多层应力作用板）和钢筋混凝土板（非混合型的）。由多层薄片制成的层面板，通常是50毫米（2英寸）厚和l00-300毫米（4-12英寸）长，它们是用钉子、胶水、尖刺、横向预应力而连接在一起的。然而，后者的方法通常是用于板桥而不是梁桥。薄板通常被制成900毫米到1500毫米的面板。设计师可以指定这些面板或互连或非互连（在与薄片平行的方向上）。可以通过镙钉、金属销钉或加劲梁将组合面板固定在一起，从而形成了一个连续的面板上表面,而剩下的非组合面板是彼此独立,虽然在一些情况下的数据要求用横向加劲梁来提供一些连续性。至于梁体，各种种类的木材和商业等级的面板薄片是可以得到的。连接面板和梁体是通过铁钉、长钉或特殊紧固件来实现的。面板结构可以垂直或平行于运行车道。拥有长跨度面板的梁桥需要底梁来支撑面板并且把荷载分散到长梁上。如图1、图2所示，它把这些结构都呈现出来了。

图1. 梁桥（面板垂直于交通通行方向）

图2. 梁桥（面板平行于交通通行方向）

当桥跨大概为11米（50英尺），制造板桥比较经济，并且桥板大致为200-400毫米（8到16英寸）厚（如图3）。这类面板的类型与那些梁桥桥板的类型比较相似，在加上用了这种连续的由单一的大板钉合而成的面板，用来搭建在现场工地上。这种类型的甲板，和之前描述的所有梁桥板一样，在建造中都是可以用的。

图3.面板桥

负载模型

静载通常占作用在木桥上的总负载的10%-20%。自重荷载参数是符合那些用于校正钢材和混凝土的设计数据（诺瓦克1999年，1993年）。在考虑到的统计参数中包含一定比例的书面（设计）值，即所谓的偏差值λ，变异系数V，那些就是标准偏差的比例。对于木材和混凝土（面板）构件而言，其偏差值为λ=1.05，变异系数为V=0.10；对于钢（梁）构件而言，λ=1.03，V=0.08；而对于沥青路面而言，其平均厚度为90毫米且变异系数V=0.25。可以认为静荷载是呈正态分

布的。

图4.活荷载作用下的偏差值

图5.活荷载作用下的变异系数

由于木材强度是受持续荷载作用影响，可由持续的活荷载计算得到不同的时期。每日车流量（ADTT）的平均值可得三个值，被认为是：低于ADTT=500，等同于ADTT=1000，高于ADTT=3000。据推测，那些实际重型卡车所占比例为20%，这相当于每天会通过100、200、600辆卡车，这分别是所考虑的车流量的三倍。注意到这些是ADTT值很高的典型桥梁,这类桥通常坐落于车流量较小的道路上并且只能有公路桥梁一小部分的车流量。然而，当前的设计程序规定对于木桥的车流量是没有限制的，对于数据校准的目的而言，仅仅在车流量很小的公路上加上基本的持续荷载的作用是非保守的。考虑到各种桥梁跨度的长度和通行速度的限制，人们可据此推测出卡车通行的平均时间大概是1s。对于一个典型的

单跨结构木桥，荷载在跨中处的作用（弯矩）会逐渐地从零增加到最大，然后逐

渐地减少回零。实际中持续的最大活荷载效应是低于跨越时间，因此,平均下来在最大活荷载效应理论上是等同于0.5秒。在大多数情况下，这是一个保守的假设：对于许多木桥部件，其受力作用部分的影响线要比所有的跨度长度小。因此，活荷载持续时间（相当于很重的卡车）为75年，而三种考虑到的车流量是

1、低ADTT=（100辆卡车）（0.5 s）（365天）（75年）=15天；

2、中等ADTT=（200辆卡车）（0.5 s）（365天）（75年）=30天；

3、高ADTT=（600辆卡车）（0.5 s）（365天）（75年）=90天。

虽然木桥通常建在车流量低的道路上，但在可靠度分析中，人们做出了一个保守的假定，那就是活荷载的持续时间是2个月。

对于短跨度桥梁,活荷载是由轴荷载甚至是轮轴荷载所引起的。因此,活荷载模型是由轮荷载的变化所决定的,而非整个卡车或车轴。对轮轴荷载的统计参数来自于现有的测量数据（诺瓦克教育学，1994年）。座落在密歇根的桥梁是以轴荷载为基础来减少现场测量量的，以及州警察对超载的车辆进行了存档登记，以方便最大限度地观察到超载车辆在受轴荷载一年时间内的变化，其中车所受的轴荷载接近200kN（40千磅），每个车轮（每个车轮有两个轮胎）产生50kN（10千磅）的荷载。因此，在这个标准中，每一个车轮荷载在一年中的最大平均值为50kN （10千磅）。其变异系数为0.15（诺瓦克教育学，1994年）。

轮胎接触区域的大小对活荷载能分散到短跨梁桥的组件上是一个重要的原因。基于这个由Pezo（1989年）和Sebaaly（1992年）等人发表的测量报告，可以知道每个轮胎与地面的接触面的横向尺寸大小是185毫米（7.5英寸），而且每一个双轮胎车轮的间距是125毫米（5英寸）。在车轮荷载和车轮与地面接触面的长度之间存在一种近线性关系。对于一组大小为50kN的轮轴荷载，轮胎长度近似为250毫米（10英寸）。因此，在这类研究中，单个轮胎与地面的接触面被认为是一个180毫米×250毫米（7.5英寸×10英寸）的矩形，而对于双轮胎的车，可将其与地面的接触面看成是一个250毫米×500毫米（10英寸×20英寸）的矩形（差距可忽略不计）。

在那部美国国家公路与运输协会标准（1996年）中，木桥的设计中并没有考虑动荷载的影响。而在美国国家公路与运输协会标准设计规范（1998年）中，木桥设计中所受的动荷载值被规定是混凝土和钢梁桥上所受动荷载值的50%。为了