汽车荷载作用下简支梁的内力计算_算例-1

交通部在2004 年6 月28 日颁布，并于当年10 月1 日实施的《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004) 对原来的《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021－81) 进行了修订。其中取消了原标准的汽车荷载等级，改为采用公路－Ⅰ级和公路－Ⅱ级标准汽车荷载。取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载当中。另外将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法，改为以结构基频为主要因素的计算方法。因此，在汽车荷载作用下，其加载原理以及主梁内力的计算方式较以前有所不同。本算例介绍在新标准中的汽车荷载作用下，简支梁的内力计算原理。

一、汽车荷载介绍

新标准公路桥涵设计通用规范（JTGD60 - 2004）规定，汽车荷载分为公路－Ⅰ级和公路－Ⅱ级两个等级。在设计中因公路等级的不同而采用不同的荷载等级。除高速公路和一级公路采用公路－Ⅰ级外，其余均采用公路－Ⅱ级。根据所计算的结构构件的不同，汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。其中，车道荷载由集中荷载和均布荷载组成，用来计算桥梁结构的整体(如图1所示) 。

图1 车道荷载示意图

在车道荷载中，当采用公路－Ⅰ级时，qk = 10.5 kN/m。Pk 的值与桥梁的计算跨径l 有关。当l ≤5m 时，Pk = 180kN。当l≥50 m 时， Pk = 360 kN。两者之间则采用内插法求得。如计算剪力效应，则Pk应乘以1.2 的系数。

而车辆荷载则用来计算桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台以及挡土墙土压力等(如图2所示) 。

如果采用公路－Ⅱ级，则其值应按公路－Ⅰ级的0.75 倍采用。在整个桥梁结构计算的加载过程中，加载方式因内力影响线而定。其中，qk应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，而Pk作用于影响线的最大峰值处。

二、荷载的横向分布计算

在计算主梁内力时,首先必须计算出每片主梁关于相关荷载的横向分布系数。新标准规定,车道荷载横向分布系数应按设计车道数的车辆荷载进行计算。

下面以图3所示的2号梁为例进行说明。

车辆荷载立面布置

车辆荷载横断面布置

车辆荷载平面布置

图2 车辆荷载示意图

图3 2号梁荷载横向影响线

按杠杆原理法计算的2号梁的支点截面关于汽车荷载的横向分布系数为： m0q11210.5 2而按偏心受压法计算2 号梁的跨中截面关于汽车的横向分布系数：

ai152i2222a12a2a3a4a5

2222 21.601.602021.6021.60 25.60m

2 号梁的横向影响线竖标值为：

2a2111.60222n0.20.10.3

n525.60ai2i12a2111.60224n0.20.10.1

n525.602aii1由η22 和η24 绘制2 号梁的横向影响线(如图3所示)。求出2 号梁跨中截面关于汽车荷载的横向分布系数为：

11q1q2q3q4 221 0.3880.2750.1940.081

2 0.469 mcq故2 号梁在支点截面和跨中截面关于汽车荷载的横向分布系数分别为0.5 和0.469。

三、汽车荷载作用下主梁内力的计算

在整个桥跨结构中，计算某根主梁在汽车荷载作用下的内力时，汽车荷载的布载方式因梁的内力影响线的不同而不同。

假设横断面为如图3 所示的简支梁，其计算跨径l =19.5 m ，作用在其上的公路荷载等级为公路－Ⅰ级。则其中2 号梁内力的计算原理如下：

公路Ⅰ级均布荷载标准值为：qk =10.5 kN/m; 集中荷载标准值按直线内插法求得为：Pk =238 kN; 则跨中弯矩为(如图4所示) :

图4 跨中弯矩影响线及其加载

图5 跨中剪力影响线及其加载

图6 支点剪力影响线及其加载其加载

(1) 新标准在汽车荷载作用下,计算其横向分布系数时,车道荷载的横向布置同车辆荷载。

(2) 车道荷载在梁上加载时,其加载方式因内力影响线的不同而不同。其中,均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上,而集中荷载作用于相应影响线中最大影响线峰值处。

(3) 若考虑汽车冲击力,其冲击系数应以结构基频为主要影响因素,而结构基频则与结构的特性有关,如几何特性、截面模量等。

The end of this example.

2007-10-27