【導(dǎo)讀】1. F.ElMeski1;M.Mabsout2;andK.Tarhini3. ofprintMarch2,2021;doi:(ASCE). 2. Introduction

　　

【正文】 、拆除或者新建。 在美國，鋼筋混凝土板橋是短跨橋經(jīng)濟型的選擇，尤其對于那些把襯砌混凝土當做常用方法的發(fā)展中國家。襯砌混凝土板橋的主要優(yōu)點在于施工過程中可以現(xiàn)場調(diào)整橋形。一般來說，美國公路橋梁的設(shè)計必須遵循美國國家公路與運輸協(xié)會公路橋梁標準規(guī)范 2021，或者遵循橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 2021。任何公路橋的設(shè)計及分析都必須考慮車道荷載和車輛荷載。但是，當考慮美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范時，車輛荷載適用于短跨橋。規(guī)范中指定一個公路橋荷載的分布寬度以減小存在于梁體中的單向或者雙向彎曲問題。間接地，就證明了一個活荷載彎矩經(jīng)驗表達 式。因此，鋼筋混凝土板橋也就被設(shè)計成為一系列帶狀梁體。美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范設(shè)計程序在 20 世紀初期到中期基于Westergaard (1926, 1930)， Jensen (1938, 1939)，以及 Newmark (1948)的調(diào)查研究工作，得到初步發(fā)展。美國國家公路與運輸協(xié)會荷載及阻力因子橋梁設(shè)計規(guī)范的目標是發(fā)展全面的規(guī)定，并且為所有橋梁結(jié)構(gòu)制定出更加統(tǒng)一的安全限度。 介于不可能在橋梁上部結(jié)構(gòu)所有車道同時加載，美國國家公路與運輸協(xié)會允 10 許降低加載到橋面的活荷載強度。這些活荷載減小因素被用于解釋在 同一橋梁結(jié)構(gòu)元素下所有車道同時加載并且沿橋面位置產(chǎn)生最大彎矩的可能性。美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁標準規(guī)范和荷載及阻力因子設(shè)計程序規(guī)定，由全部車道同時加載的三車道以及四車道橋面板分析所得公認結(jié)果，須得乘以折減系數(shù)。 Sanders (1984)總結(jié)并列舉了近年來美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范的一系列變更，同時還提到折減系數(shù)這一概念最初是在 1941 年第三版中產(chǎn)生。然而， Sanders (1984)也同樣報道：最大的疑惑似乎是確定主梁設(shè)計彎矩時如何適度應(yīng)用規(guī)定的荷載強度折減。有工程師支持活荷載折減的同時，也有工程師在反對。據(jù) Taly (1996)報道：橋梁設(shè)計者不同意美國國家公路與運輸協(xié)會關(guān)于為橋梁可承載多于兩車道時縱向梁活載折減提出的合理解釋。 Mabsout et al. (2021)研究了鋼梁橋的荷載折減，在這個研究中，為估算三車道、四車道橋梁在多重存在的設(shè)計車輛輪壓分布對其彎矩和撓度的影響而進行了一項參數(shù)研究。這一車輛荷載折減的橋梁實例，由美國國家公路與運輸協(xié)會設(shè)計程序計算得到結(jié)果兵與滿載作用下 的橋做比較。 Mabsout et al. (2021)報道了利用三維有限元分析單跨鋼筋混凝土簡支板直橋變量研究現(xiàn)結(jié)果。這項研究被認為是集各種橋跨長度以及橋面板寬度，多種車道數(shù)量和各種加載條件于一橋 （有路肩和沒有路肩的）。 混凝土板的縱向彎矩和撓度得到了估算，并且與美國國家公路與運輸協(xié)會所規(guī)定的設(shè)計程序進行了對比。此外， Awwad et al. (2021)還報道了一項影響輪壓在簡支體系、兩跨體系、單車道和雙車道鋼筋混凝土板直橋上連續(xù)分布的初步變量研究有限元分析結(jié)果。這項研究被認為是集各種跨徑長度、車道數(shù)（單 車道和雙車道）以及活荷載條件于一橋 （沒有路肩的） 。 本文章介紹用一般計算機程序 SAP2021 (2021)計算的三車道和四車道鋼筋混凝土板橋，在多重汽車荷載（ HS20）作用下，對其彎矩以及撓度的影響這一確定性參數(shù)研究。共列舉了 60 個不同的橋梁實例，均以靜態(tài)輪壓為條件進行三維有限元分析。諸如跨徑長度、單跨體系、兩跨等跨連續(xù)體系以及在三車道、三分之二車道、四車道、四分之三車道、四分之二車道上布置設(shè)計活荷載產(chǎn)生的最大縱向彎矩。為了它們對輪壓分布的影響，這些參數(shù)均被列入實用范圍。最大彎矩和撓度用三維有限元分析計算得 到，對荷載分布的影響從滿載和荷載折減（兩種情況）的三維橋梁實例對比中得到，且這些結(jié)果會同美國國家公路與運輸協(xié)會 11 標準規(guī)范（二維）及荷載及阻力因子設(shè)計程序進行對照。 美國國家公路與運輸協(xié)會公路橋梁標準規(guī)范 對于簡支混凝土板橋，美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范（ 2021）中建議了確定活荷載（ HS20 設(shè)計車輛荷載）彎矩時的三種方法。 AASHTO 規(guī)范（章節(jié)）中用到的一種簡便方法為即將安裝的梁板提供了如下所述計算設(shè)計彎矩的經(jīng)驗公式： 國際制單位： M=13500 S，其中 S ≤ 15 米 (1a) M=1000（ S90），其中 S 15 米 (1b) 用美國通用單位時，上式等效于： M=900 S，其中 S ≤ 50 英尺 (2a) M=1000（ S20），其中 S 50 英尺 (2b) 式中 S=跨徑長度（單位為米用式 1a，單位為英尺用式 2a）； M=單位寬度的縱向彎矩（單位為 Nm/m 用式 1b，單位為 bft/ft 用式 2b） 此外，美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范章節(jié) 還對混凝土板梁橋沿不受約束的邊界的邊梁 做出了要求，邊梁的活荷載彎矩利用如下表達式確定： （對于 HS20 車輛荷載， P= 72 千牛 或者 16 千磅），規(guī)范并未指定邊梁的寬度。然而，一些交通部門（如在俄亥俄州）卻建議使用邊梁寬度 450 毫米（ 18 英寸）。對于連續(xù)多跨的梁橋，根據(jù)美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范（章節(jié) ），邊梁彎矩的計算應(yīng)在簡單跨徑基礎(chǔ)上減小 20%到 ，否則除非從更好詳細的分析中得到更好的簡化結(jié)果。 根據(jù)美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范（章節(jié) ）計算混凝土板的厚度，從而控制活荷載撓度。隨交通量（變化 ）增大的最小板厚 h（單位毫米）按 (跨徑 +3,000)/30 計算，等效于以英尺為單位 (跨徑 +10)/30，且將有限元分析活荷載最大撓度值與美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范（章節(jié) ） S/800 的撓度準則相對比。最后，規(guī)范（章節(jié) ）明確指出，從分析全部車道同時加載的三車道、四車道橋面板得到的結(jié)果，可分別減少 10% and 25%（也即乘以 和 ）。 美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 12 美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 （ 2021） 章節(jié)中提供了一種類似美國國家公路與運輸協(xié)會標準規(guī)范中設(shè)計鋼筋混凝土板橋等效分解寬度。這種簡便方法是將總的力矩（彎矩）變量劃分成等效寬度，以得到每單位寬度上的力矩（彎矩）。這個力矩（彎矩）值通過建立每個設(shè)計車道結(jié)構(gòu)寬度確定，針對于剪力和彎矩，每條車道縱向板條的等效寬度 E 有以下公式來確定： 單車道加載等效寬度是： E = 250 + (L1 x W 1) 1 /2 (3a) E = 10 + 5(L1 x W 1) 1 /2 (3b) 多車道加載等效寬度是： E = 2,100 + (L1 x W 1) 1 /2 (4a) E = 84 + (L1 x W1)1 / 2 (4b) 式中： E 在公示 (3a) 和 (4a)中單位為毫米，在公示 (3b) 和 (4b)中單位為英寸；L1=橋跨長度（單位毫米或英尺），實際跨徑小于或等于 18,000 毫米 (60 英尺 )； W1=多車道加載時實際跨徑小于等于 18,000 毫米 (60 英尺 )，或者單車道加載時實際跨徑小于等于 9,000 毫米 (30 英尺 )橋梁的橋面凈空，單位毫米（或英尺）。 美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 章節(jié) 活荷載要求考慮車道荷載加上 HS20 設(shè)計車輛荷載或者車道荷載加上非機動車荷載。設(shè)計車道荷載是由橫向分布 3m (10 英尺 )，縱向 KN/m ( Kip/ft)的均布荷載組成。為設(shè)計車道而確定的彎矩，之后被等效寬度分解，以確定每單位寬度上的設(shè)計彎矩。 美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 （章節(jié) ），邊梁彎矩將被假設(shè)承受一列輪壓和部分設(shè)計車道荷載。有效寬度被認為是橋面板邊緣到護欄內(nèi)側(cè)距離（假設(shè)等于 30 厘米或者 1 英尺），加上 30 厘米（ 1 英尺），再加上上面已 經(jīng)計算出的橋面板帶寬度的四分之一得總和，但不應(yīng)超過板帶全寬的一半 米或者 6 英尺。 美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 中表 撓度控制在 (S +3,000)/30，而提供了板厚最小值 h，這里的“ h”和“ S”均與美國國家公路與運輸協(xié)會 標準規(guī)范公式 (S+10)/30 (ft)中的相類似， S/800 同樣的標準將被用于對活荷載撓度的評估。根據(jù) 美國國家公路與運輸協(xié)會橋梁荷載及阻力因子設(shè)計規(guī)范 章節(jié) ，將三車道和四車道的所有車道都布置活荷載， 13 且隨后用多重存在 因素分別將之折減 和 ，這將確定用于解釋車道同時加載概率的極限活荷載作用力效應(yīng)。