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道工星身
SHANGHAI HIGHWAYS
新老规范设计汽车荷载效应对比
王彦伟,鲁亚斌,潘騰飞,李松辉,闫保民
(山东科技大学,山东青岛266590)
摘要:鉴于新老桥梁设计汽车荷载模型的不同和对桥梁限载取值的研究,系统对比了不同时期、不同荷载等级桥梁设计汽车荷
载效应的差异程度。根据不同的设计汽车荷载模型,以跨径为6~30m的简支梁桥为计算对象,分别计算汽车-10级、汽车15
级、汽车-一20级、汽车一超20级以及公路一工级和公路一Ⅱ级汽车荷载作用下的跨中弯矩和支点剪力。研究结果表明:对于跨
径L在6~30m内的简支梁桥,新老规范设计汽车荷载作用下的跨中弯矩随跨径的变化趋勢是相同的,然而两者支点剪力的变
化趋势差异很大。计算跨径越小,新老规范设计汽车荷载作用下的内力效应差值越小,利用新规范对老规范设计的桥梁进行升
级加固越有利。
关键词;桥梁设计规范;汽车荷载;荷载效应;限载研究
0引言
随着我国道路交通量的增长,不同时期设计的桥1新老规范设计汽车荷载的对比
梁,承载潜力大小不同。新老规范对设计汽车荷载标1.1JTJ021-1985《公路桥涵设计通用规范》
准的不同必然使我们对原有桥梁产生很大担忧。所
老规范中的设计汽车荷载以汽车车队表示,由汽
以,对比新老规范在不同跨径桥梁下设计汽车荷载效车--10级、汽车-15级、汽车一20级和汽车一超20
应的差异,不但有利于进行桥梁限载取值研究,而且对级组成。车队的纵向排列和横向布置应符合图1和图
延长桥梁的使用寿命有很大的帮助,同时也是保障公2的规定。同时将履带车、平板挂车作为验算荷载,其
路可持续发展的必然要求。
荷载等级由履带车-50级、平板挂车一80级、平板挂
20世纪前期,我国由于科技水平不够发达、缺乏车一100级和平板挂车-120级组成。
一些相关研究和基础数据,一直没有符合本国国情1.2JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》
的公路桥梁荷载标准。我国公路桥梁设计通用规范
新规范中的设计汽车荷载以车道形式表示,分
历经套用美国标准,参照苏联标准,最后拟定出符合为公路一I级和公路一Ⅱ级。计算荷载中的车道荷
我国实际情况的车辆荷载标准的历程?。至今,我载由一列均布荷载和一个集中力组成;桥梁结构的
国颁布了三本公路桥梁设计通用规范,它们分别是:整体计算使用车道荷载;车辆荷载主要用于桥梁结
1975年试行的试用-一75《公路桥涵设计规范》、1985构的局部加载,涵洞、桥台和挡土墙土压力等计算;
年执行的JTI021-1985《公路桥涵设计通用规车辆荷载和车道荷载是相互独立的,两者的作用不
范》2、2004年实施的JTGD60-2004《公路桥涵设能进行叠加
计通用规范》3
公路一[级车道荷载的均布荷载标准值为qk=
其中,85规范(以下简称老规范)是以半经验、半10.5kN/m;集中荷载标准值与桥梁计算跨径[有关
概率的极限状态设计方法为基础,其设计汽车荷载标当计算跨径L≤5m时,P=180kN,L≥50m时,Pk
准采用的是计算荷载和验算荷载相结合的形式。而
360kN,L=5~50m时,Pk值采用直线内插法求
04规范(以下简称新规范)是以概率理论为基础,其设得;上述集中荷载标准值P计算剪力效应时应乘以
计汽车荷载标准是将设计汽车荷载的车队形式改为车1.2的系数;公路一Ⅱ级车道荷载的标准值是公路一工
道形式,这种形式也体现出了与国际标准的接轨。
级车道荷载标准值的0.75倍;车道荷载的均布荷载标
准值满布在使结构产生最不利效应的同号影响线上;
收稿日期:2015-09-2
基金项目:山东省交通科技创新计划项目(2010Y01-2)、旧桥检
集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响
测与加固技术交通行业重点实验室(北京)开放课题线峰值处。如图3所示。
(Jgkf2011-14)
N.42015上峣么53
SHANGHIAI FIIGEIAYS
0;当Lo在5m和45m之间时按直线内插法求得。
新规范中的冲击系数与结构基频有关。而结构基
汽车一10级
013050
频与结构质量、跨径、刚度等都有关系。当结构基频
Hz时,k=0.05;当1.5≤/≤14时,4=0.1767
汽车-15级
202070130
nf-0.157;当f>14时,4=0.45。计算新规范设计
4L10
汽车荷载效应值时,冲击系数是引用张喜刚们编著的
汽车-20级
70130
2014040
《公路桥梁汽车荷载标准硏究》。具体数值见表1
汽车一超20级
表1我国“04规范”的冲击系数
图1各级汽车车队的纵向排列(重量单位:kN,尺寸单位;m)
跨径
冲击系数10.45「0.420.36」0.330.280.240.22
10t、15t、20t汽车平面尺寸
30t汽车平節尺寸
新老规范设计汽车荷载效应的对比分析
4.1设计汽车荷载作用下的内力效应整体对比分析
设计汽车荷载效应值的比较结果见表2、表3、图
4和图5。
表2跨中弯矩效应对比
KN, m
跨径
55t汽车平面尺寸
汽-一10级汽一15级汽一20级汽一超20级公路一1级公路一Ⅱ级
194
252
357
351
尺寸单位:m
汽牢横向布置
10316
410
685
760
858
644
03
1007
1212
图2各级汽车的平面尺寸和横向布置(尺寸单位;m)
16487
331213
317
1577
118
772
1874
2139
1610
9341979
2627
2343
3083410852496
3402
4003
3002
汽-10级
汽-15级
汽-20级
汽一超20级
一公路一Ⅰ级
公路-级
图304规范车道荷教示意图
2设计汽车荷載效应的对比方法和计算对象
マ2500
为了便于比较两种规范中设计汽车荷载效应的差
异,采用跨径为6~30m的简支梁桥为计算对象,通过
?
绝对数值和相对比值的方法分析其规律。
内力控制截面按影响线上加载计算方法选取,最
0
6810121416182022426283032
大弯矩和最大剪力分别在跨中截面和支点截面处。同
计算跨径Lh
跨径的简支梁桥,横向分布影响系数作为一个公因
图4跨中弯矩效应对比
式约去
结合表2和图4可得出:新老规范中设计汽车荷
3冲击系数的对比
载作用下产生的跨中弯矩效应值都是随着跨径的增
老规范中规定,对于简支梁桥,当跨径或荷载长度大而增大,但数值增加的幅度呈逐新减小的趋势
La≤5m时,冲击系数ル=0.30;当Lo≥45m时,=汽-10级和汽-15级荷载作用下的跨中弯矩值在L
54上峣2N,42015