现有砌石拱桥结构计算砖拱桥重新计算外文翻译资料

 2022-04-21 09:04

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文章 - 专家主题

Eckard Bothe Peter Schouml;ps Sirko Hinze

DOI：10.1002 / dama.201700003

现有砌石拱桥结构计算砖拱桥重新计算

对于1900年以前建造的小跨度砖石桥梁，通常没有文件可用，因为这些桥梁通常是根据经验建造的。 测量往往局限于结构的可见部分。 钻芯形式的几何辅助只能在点上进行，这是不可避免的。 这些结构的大部分位于地面（基台，基座），并且在很大程度上无法进行足够的几何记录。 现有砌体的本构规律只能通过法规规定的最小值来合理描述。 基于近似模型的承载能力，可根据现有道路桥梁的结构分析规定将其分类为决定性的桥梁类别，从而实现可用重型运输的分类和特殊载荷情况的结果。

关键词：现有道路桥梁结构分析规定; 天然石拱桥; 跨度很短; 验证，非线性; 验证重型运输

1介绍

主要被描述为拱桥或石桥的砌体桥是一体化结构; 其承载性能取决于整个拱形结构，基础和回填或上层结构。 德国现有结构的结构分析基础是“清单中道路桥梁的理解指南”[4]（对现有道路桥梁进行结构分析的规定）结果。 现有桥梁的结构分析是必要的。 它们是由于新法规的影响而不适用的。 这些桥梁也是道路网络的一部分，并且经常处于重货运输应用的路线上。 在这些情况下，通常有一定总吨位的车辆可以驶过桥梁。 这篇文章指出，本发明的很大一部分出现了这个问题

图1.典型的桥书草图图1.典型的桥书草图

应用现有道路桥梁结构分析的规定，并举例说明可能的解决方案。 如[1]所述，大多数这些极有可能的桥梁具有以下特性：

  1. 大多数这些结构由一个拱形构成。
  2. 桥梁的跨度在2到10米之间。
  3. 大部分建于1900年以前。

这些通常建立在当时专家经验的基础上。 在[4]部分

6.1（2），“如果没有可用的文件，条件计算的第一部分和当前条件的第二部分设计文件“。我们想说，这是不可能的。 由于缺少从建筑之日起的现有文件，因此经常进行附加的测量并将其记录在桥书中的草图中，如图1所示。

拱形的轮廓从面对石工的冠部和弹性区域的二维展开。 即使有更多的努力，几何记录也想包括近似数字。 图2示出了钻入类似结构的六个勘测孔的结果。 棕色区域表示被调查的碎石砌体。 石雕和结构的几何之间没有关系。 作为模型形成的基础的适当的加载路径或系统线不能用合理的工作量来确定。 大量货物运输的分类以及来自经验的额外信息如下：

图2.钻取岩心以确定现有的几何形状

图2.确定库存几何的核心钻取

2计算示例

2.1结构的一般描述

位于萨克森州中部地区的K 8214（图3）。 这种结构的所有特性对于所考虑的桥梁都是典型的。 该桥建于1850年，单场结构跨度为3.90米。

在计划中，该结构由两部分组成（图4），其中下游部分大概是为了拓宽行车道而建造的。 5），由于其显着更好的砂浆因素，可以认为它更好。 较旧的部分被调查（图6）。

据记载，该桥在1980年的结构计算的基础上被分类为45级桥。

该结构计算基于三个假设（参见图7）：

  1. 拱的厚度是0.5米。
  2. 整体结构只代表第三。
  3. 只有法向力的偏心率被作为阈值。

图3.跨越柏柏斯多夫溪流，上游景观图3.跨越柏柏斯多夫溪流，俯瞰上游

图4.计划

图4.平面图

图5.下侧视图图5. Soffit

图6.天然石砌体，旧拱的细节图6.天然石砌体，旧拱的细节

第一个约束条件不能从调查和砌体情况中确定（大的关节深度，见图6）。 第二和第三个限制条件不符合现有道路桥梁结构分析法规的要求。

模型形成

该模型基于桥高程的测量（图8）。 拱顶和拱顶与地面中间的拱形几何形状，拱拱与河床拱拱中间的清晰高度以及拱顶与弹簧线处的拱形厚度。 在饰面砖石处测量拱门厚度。 考虑到饰面石雕的不规则角落（见图3），

图7.摘录自物理计算

图7.摘录自1980年的静态计算（库存文件，建筑行为）

图8.桥梁草图，立面图8.桥梁草图，视图

图9.完成围绕结构不可见部分的几何图形

以这种方式确定的值在几厘米到几分米的范围内是随机的，并且从中推导出模型。 该结构的形状近似为圆弧，这与假设相符。 与类似的结构相比，冠部假定的0.45mu;m厚度是较低的阈值，但由于具有大的结合深度的石材状况，不能给出更高的值。

为了解结构体系，增加了弹簧线区域和基础。 首先，有必要建造没有超载（大裂缝和变形）的结构。 其次，拱顶继续从拱高切向出现（图9）。 通过这些假设，可以完成基础区域的几何形状。

以这种方式构建的模型由三部分组成，提供刚度：由基础，冲刺器和拱形成的桁架; 弹簧代表地基在地基处的作用; 和两个蹦床后面的寝具区（图10）。 估计地基弹簧是结构地面结构相互作用中的一种。 通过设定低刚度模量，在计算中认为垫层的作用是保守的。 所有的土壤参数都是粗略的假设，它们对计算的影响是通过上限和下限来估计的。

图10.机械模型图10.机械模型

在横向方向上，1米宽的钢带被建模，并且由于存在纵向裂缝和缺失的石块而不考虑协作。 回填仅被视为负载。

装载

根据[10] 10.1.2（7），根据DIN 1072：1985-12的正则化周期性是结构特征LM1，BK60 / 30，BK60和BK30 / 30的现有桥梁（图11,12,13）。 对于这种情况下的示例桥梁，道路管理部门规定BK60作为目标负载水平。 这是由现有的行车道宽度，交通类型和交通密度造成的。 BK60无法实现，因此BK30被约定，因为路缘之间的宽度。 为

图11. SLW60和SLW30标准负载符合DIN 1072 [10]图11. SLW60和SLW30交通控制按钮符合DIN 1072 [10]

图12. SLW30特征垂直动作的加载位置

图13. SLW30单轴

图13.来自SLW30单轴的特性垂直动作负载

根据DIN 1053-1 [7]，30级桥的验证需要一个全局安全系数的概念，并且混合的情况是被禁止的。

部门部队根据DIN 1053-1进行验证

对于BK30来说，最不利的负载情况是单根轴在冠上的位置。 由于桥梁上的填土较浅，因此桥面上的高负荷会导致局部弯矩。 对于冠部的验证点，随后表1所示的特征截面力和力矩以及叠加结果。

表2列出了根据DIN 1053-1 [7]对叠加截面力和力矩的验证。

如果拱形厚度的验证变化5厘米，则利用率从100增加到超过500％。

考虑到几何的实际确定，验证是有问题的。

物质非线性计算

根据[12]，这个班不可能这样做。 该

表1.装载情况汇总表1.装载情况汇编

LF-没有。

描述/指定

Nx [kN]

Vz [kN]

我的[kNm]

1

弓的自重/弓的自重

–19.9

2.21

2.14

2

回填自重/回填自重

–9.2

1.02

–0.27

3

回填土的被动土压力/回填土压力

–14.1

1.56

–5.94

15

SLW 30单轴对称/ SLW 30单轴对称

–39

4.33

20.93

42

温度-15K /温度-15K

1.4

0.15

0.9

金额/总

–80.8

9.27

17.76

表2.根据DIN 1053-1 [7]对冠部进行验证（单轴SLW 30）

表2.根据DIN 1053-1 [7]对于顶点横截面（单轴SLW 30）的证明

墙壁材料/墙壁材料N3（100N/ mm\）MGI

0 

1.0

N /毫米\

N 

80.8

千牛/米

法向力/法向力

M 

17.8

KNM /米

瞬间/时刻

d 

0.45

m

壁厚/壁厚

e 

0.22

m

e = M / N

e/d 

0.49

1/3!!!!

max\

10.36

N /毫米\

（边缘应力/边缘张力）

m 

0.18

N /毫米\

（均匀分布/均匀分布）

R 

2.67

N /毫米\

w 

2.0

安全系数

1.33

边缘压缩的增加/边缘压力的增加

 

5.84

1.0验证没有完成

图14.拱厚度与边缘应力之间的关系图14.拱宽度与边缘张力之间的关系

核实用于验证足够承载能力的法规的步骤4，例如其几何和物理非线性。 对于目前的例子，根据DIN 1053-1的线性计算不能用一个线性计算来验证具有估算抛物线本构规律（图15）的材料非线性计算，该计算根据DIN 1053-1进行线性计算（单轴SLW 30，负载位于冠上）。 以下参数是as-

\= 0.5times;104 N / mm\，= -1permil;= -2.5 N / mm\。 计算表明，本构关系的变化

承载能力，但实质线性和非线性计算的决定性差异。 在非线性计算中，在部分力和变形的迭代中排除了应力应力，导致高应力区域的裂纹情况超过根据DIN 1053-1进行的部分验证的阈值。 尽管如此，仍然找到了稳定的平衡条件。

图16显示了由SLW 30的轮负荷三次加载产生的开裂面积（单个

图15.单轴本构规律忽略非线性计算的应力

图15.用于非线性计算的具有拉伸应力失效的单轴材料定律

轴）。 图17显示了这些部分的相应最大压应力。

非线性计算采用Sofistik AG的程序系统进行，并使用程序ANSYS进行检

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