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2020-12-07

按照欧洲规范 EN 1991-2 考虑公路桥梁的作用组合

对于公路桥上的作用,除 EN 1990 的基本组合规则外,还必须注意 EN 1991-2 中规定的其他组合条件。为此,RFEM 和 RSTAB 提供了自动组合功能,可在基础数据中选择规范 EN 1990 + EN 1991-2 时启用。根据作用类别的分项安全系数和组合系数已在选择相应国家附录时预先存储。

作用类别

荷载工况可以划分为不同的类别:永久作用(恒定荷载、不均匀沉降、预应力)、可变作用(交通、气候作用)、施工阶段和安装过程中的作用、偶然作用以及地震作用。

特别是在分配交通荷载工况时,必须注意此时就应将荷载工况归入正确的荷载组。下面以一个具有两条车道的公路桥简单示例,说明如何在 RFEM 中根据 EN 1990 + EN 1991-2 使用自动作用组合。

交通荷载的荷载组

根据 EN 1991-2 对交通荷载进行分组,旨在考虑交通荷载不同组成部分最大值同时出现的概率。RFEM 和 RSTAB 中仅包含用于公路桥荷载的交通荷载组,目前尚无适用于铁路桥荷载的自动组合。

公路桥的交通荷载组 1 至 6 含义上对应于以下荷载情况。

gr1a 交通产生的最大竖向荷载,LM1
gr1b 交通产生的最大竖向荷载,LM2
gr2 交通产生的最大水平荷载
gr3 人行道和自行车道荷载(无道路交通)
gr4 人群荷载
gr5 特种车辆荷载
gr6 更换支座、预应力索等时的荷载

通过将交通荷载工况分配到正确的作用类别,这些荷载工况之间的组合关系将自动确定。在示例中,将以荷载组 gr1a 和 gr2 为例进行说明。每个荷载类型也可以考虑多个荷载工况,例如在示例中按跨施加的面荷载。

gr1a 中的交通荷载

道路交通荷载模型 1 包含均布面荷载(UDL)和串联系统(TS)中相应的集中荷载。这些荷载应与人行道和自行车道荷载一同分配到组 1a。所有标记为 TS 的荷载工况之间会自动考虑互斥关系,而标记为 UDL 或人行道和自行车道的荷载工况可以同时作用。

如果不仅要研究荷载最大的车道 1 的一种可能位置,还可以激活“划分为假想车道”选项。随后必须根据方向手动分配相应的荷载工况。在示例中,首先研究车道 1 位于桥梁左侧的情况。为此创建了 LF10 和 LF11 作为 UDL,以及 LF50 至 LF55 作为 TS。为研究车道 1 位于桥梁右侧的情况,需考虑 LF20 和 LF21 作为 UDL,以及 LF60 至 LF65 作为 TS。荷载工况 LF30 和 LF31 标记为人行道和自行车道,因此无论第一条车道的位置如何,都会额外施加。

gr2 中的交通荷载

由制动和启动以及离心力产生的水平荷载应归入 gr2。同一荷载类型的荷载工况之间会自动形成互斥关系。根据 EN 1991-2 的规定,在荷载组 gr2 中还会以组合系数 ψ1(用于频遇组合)考虑荷载模型 1 的竖向荷载。

其他作用类别

对于其他作用类别的荷载工况,可以通过熟悉的输入窗口手动定义荷载工况的同时或互斥作用。在示例文件中添加了两个温度作用荷载工况(LF100 和 LF101)。这两个荷载工况应分别表示桥面的升温或降温,因此被定义为互斥荷载工况。

承载能力极限状态下的作用组合

现在在示例中为承载能力极限状态生成可能的作用组合。交通荷载组始终作为相互互斥的可变作用施加。其他作用则根据所选的组合规则与这些交通荷载组进行组合。

此时,交通荷载组不与施工荷载及其相应的风荷载组合。同样,风荷载的不同作用类别按互斥考虑,施工荷载仅与相应的风作用组合。

附加的设置选项允许用户自定义调整组合逻辑,例如同时考虑交通荷载组与雪荷载和风作用。

承载能力极限状态的结果组合

因此,在承载能力极限状态的组合中,每个交通荷载组既需要一次作为主导作用的组合标准值,也需要一次以组合系数折减后的值作为伴随作用。在考虑 gr1a 交通荷载对于主要受载车道布置的两种情况时,将为这两种情况分别形成该组合。因此,在示例中,车道 1 在左侧时得到结果组合 EK3 和 EK4,车道 1 在右侧时得到 EK5 和 EK6。同样,为荷载组 gr2 也生成了四个结果组合,以考虑车道的这种划分。最终通过生成结果组合 EK11 至 EK15 完成组合。

提示

使用 RFEM 和 RSTAB 中的自动作用组合,既可以生成荷载组合,也可以生成结果组合。示例中演示了结果组合的生成。此时,通过生成单独的子组合来考虑荷载组和车道。在采用荷载组合的方案中,荷载工况之间的关系通过自动填充的输入窗口“独立/同时作用的荷载工况”来考虑。

一个特殊之处在于不均匀沉降分项系数的取值。如果选择荷载组合,则会自动使用用于非线性弹性计算的系数。如果选择结果组合,则采用用于线性弹性计算的系数。

现有的荷载组合和结果组合生成功能,在需要时可以通过调整分项系数和组合系数,或随后使用组合方案来手动扩展。

模型和荷载仅为说明组合逻辑而创建。荷载的大小和布置均不应未经检验便直接用于实际工程案例。


链接
参考


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