城市設(shè)計(jì)通用規(guī)范出臺前汽車荷載取值淺析

姜曉彬

1 概述

根據(jù)建設(shè)部2008年6月4日發(fā)布的《關(guān)于發(fā)布工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)審結(jié)果的通知》,明確廢止CJJ 77-98城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)(以下簡稱《城市標(biāo)準(zhǔn)》),而新的城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)還未出臺,城市橋梁設(shè)計(jì)荷載取值似乎一時(shí)間失去了依據(jù)。而根據(jù)CJJ 11-93城市橋梁設(shè)計(jì)荷載準(zhǔn)則,市政橋梁設(shè)計(jì)荷載取值可參照現(xiàn)行的公路規(guī)范,那么,城市橋梁設(shè)計(jì)荷載就可按JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(以下簡稱《新橋規(guī)》)取值。但是按《新橋規(guī)》設(shè)計(jì)的橋梁是否都能滿足城市車輛的通行要求,本文通過對不同跨徑雙車道簡支空心板梁汽車荷載引起的內(nèi)力的計(jì)算,對上述兩種荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析。

2 計(jì)算模型

為了比較兩種荷載標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載的內(nèi)力效應(yīng),選擇統(tǒng)一的計(jì)算模型。為簡便起見,選取總寬8 m,車道凈寬7 m雙向兩車道的簡支板梁作為計(jì)算模型,跨徑選取如下:6.0 m,8.0 m,10 m,13 m,16 m,20 m,25 m和30 m。

3 橫向分布系數(shù)的比較

對于預(yù)制拼裝簡支梁橋,計(jì)算跨中汽車荷載橫向分布系數(shù)(mcq)時(shí),可采用鉸接板梁法;計(jì)算支點(diǎn)處汽車荷載橫向分布系數(shù)(m0q)時(shí),可采用杠桿法?！缎聵蛞?guī)》與《城市標(biāo)準(zhǔn)》在荷載橫向布置形式上有一定的差別,如圖1,圖2所示。

下面,用鉸接板梁法計(jì)算橋梁跨中的橫向分布系數(shù),計(jì)算得到的最大值見表1。

從表1中可以看出,對于跨中截面的橫向分布系數(shù),《新橋規(guī)》的計(jì)算結(jié)果要比《城市標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算結(jié)果大,幾乎可以忽略不計(jì)。

4 沖擊系數(shù)的比較

《新橋規(guī)》中對于沖擊系數(shù)的計(jì)算方法與《城市標(biāo)準(zhǔn)》中的有著本質(zhì)的區(qū)別,《城市標(biāo)準(zhǔn)》以橋梁計(jì)算跨徑作為計(jì)算依據(jù),而《新橋規(guī)》以結(jié)構(gòu)的基頻為計(jì)算依據(jù),具體計(jì)算方法可參見相應(yīng)規(guī)范。

根據(jù)兩種計(jì)算方法,分別對各種跨徑梁橋的沖擊系數(shù)進(jìn)行計(jì)算對比,見表2。

表1 跨中處汽車荷載橫向分布系數(shù)

表2 荷載沖擊系數(shù)

從表2中可以看出,對于小跨徑橋梁,根據(jù)《新橋規(guī)》計(jì)算的沖擊系數(shù)要比根據(jù)《城市標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算的大很多,而對于大跨徑橋梁,根據(jù)《城市標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算的沖擊系數(shù)要略大一些。

5 最大彎矩的比較

簡支梁的最大彎矩位于跨中截面,《新橋規(guī)》和《城市標(biāo)準(zhǔn)》均規(guī)定車道荷載以均布荷載和一個(gè)集中力作為標(biāo)準(zhǔn)荷載,這樣兩車道橋梁跨中最大彎矩就可采用下式計(jì)算。

其中,ζ為橫向折減系數(shù);q為均布荷載;Pk為集中荷載;l0為橋梁計(jì)算跨徑。

對于不同跨徑的橋梁,《新橋規(guī)》和《城市標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的均布荷載和集中荷載的取值均不同,具體可參照規(guī)范相關(guān)條文。

根據(jù)最大彎矩的計(jì)算公式計(jì)算出不同標(biāo)準(zhǔn)下的最大彎矩值,并對它們進(jìn)行比較,見表3。從表3中可以看出,公路—Ⅰ級和城—A級的跨中最大彎矩在小跨徑時(shí)相差較大,而在大跨徑時(shí)比較接近;公路—Ⅱ級和城—B級的跨中最大彎矩相對都比較接近,但個(gè)別跨徑公路—Ⅱ級的跨中最大彎矩要比城—B級的小10%左右,這種差異還是不容忽視的。

6 最大剪力的比較

簡支梁的最大剪力位于支點(diǎn)截面,兩車道橋梁跨中最大剪力可采用下式計(jì)算:

計(jì)算剪力時(shí),均布荷載與集中荷載的取值與計(jì)算彎矩時(shí)有所不同,具體可參照規(guī)范相關(guān)條文,不再一一列出。

根據(jù)最大剪力計(jì)算公式,對不同跨徑橋梁在不同標(biāo)準(zhǔn)下的最大剪力值進(jìn)行比較,見表4。

表4 最大剪力 kN

從表4中可以看出,公路—Ⅰ級和城—A級的最大剪力比及公路—Ⅱ級和城—B級的最大剪力比均有較大的起伏,最大差值可達(dá)21%,因此兩種荷載標(biāo)準(zhǔn)在剪力計(jì)算上的差異應(yīng)引起關(guān)注。

7 結(jié)語

《新橋規(guī)》和《城市標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的汽車荷載基本上是同一量級的荷載,根據(jù)它們所計(jì)算得到的簡支梁的內(nèi)力也基本相同。但是,對于個(gè)別跨徑的橋梁而言,用《新橋規(guī)》和《城市標(biāo)準(zhǔn)》所計(jì)算得到的內(nèi)力還是存在不可忽視的差異,特別是對于接近設(shè)計(jì)荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),能通過《城市標(biāo)準(zhǔn)》驗(yàn)算的未必就能通過《新橋規(guī)》的驗(yàn)算,反之亦然。在現(xiàn)實(shí)生活中,車輛在經(jīng)過高速公路后往往也要通過城市,從城市出來的車輛往往也要通過高速公路,隨著社會的發(fā)展,車輛的實(shí)際荷載有增大的趨勢,再加上交通擁堵和超載,一些按老規(guī)范設(shè)計(jì)的橋梁已經(jīng)不堪重負(fù)。因此,在新的城市標(biāo)準(zhǔn)出臺之前,可用《新橋規(guī)》對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),但同時(shí)建議用《城市標(biāo)準(zhǔn)》對其進(jìn)行驗(yàn)算,取其不利值作為實(shí)際的設(shè)計(jì)荷載。

[1]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]CJJ 77-98,城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2006.

[4]徐 建,陳 斌.重慶地區(qū)公路橋梁車輛荷載軸重調(diào)查研究[J].山西建筑,2009,35(7):293-294.

[5]王瑞琦,馬小剛,王繼忠.城市橋梁與公路橋梁汽車荷載的比較和分析[J].城市道橋與防洪,2006(5):154-157.