橋梁技術|汽車荷載與橋梁限載知多少
三十多年來,公路橋涵設計采用的主要汽車荷載,從汽車-超20級演變為公路-I級(2003年),又對公路-I級進行了局部修正(2014年),然而其範圍卻不包括重載交通。對于重載交通的設計荷載取值,2014版公路工程技術标準要求項目或地方自行确定,但又沒有給出确定的方法,本文試圖對汽車荷載的演變過程作一回顧,并對重載交通設計荷載取值進行探讨,并對車輛超限超載認定标準進行彙總。
一、《城市橋梁設計規範(2019年版)》(CJJ 11-2011)
城-A:qk=10.5kN/m,Pk在計算跨徑5m(270kN)和50m(360kN)之間直線内插取值。
城-B:qk和Pk按城-A的75%取值。
車輛荷載:城-A車輛荷載單車總重70噸,城-B車輛荷載按《公路橋涵設計通用規範》(JTG D60)的車輛荷載取值。
二、《城市橋梁設計荷載标準》(CJJ 77-98)
1、跨徑2m~20m
城-A:計算彎矩時,qM=22.5kN/m;計算剪力時,qQ=37.5kN/m,P=140kN。
城-B:計算彎矩時,qM=19.0kN/m;計算剪力時,qQ=25.0kN/m,P=130kN。
2、跨徑20m~150m
城-A:計算彎矩時,qM=10.0kN/m;計算剪力時,qQ=15.0kN/m,P=300kN。
城-B:計算彎矩時,qM=9.5kN/m;計算剪力時,qQ=11.0kN/m,P=160kN。
3、車輛荷載
城-A:總重70噸。
城-B:總重30噸。
三、《公路橋涵設計通用規範》(JTG D60-2015)
全國橋梁98%以上是常規橋梁。根據實際調查的汽車荷載,大部分情況下是超載的。即使不超載的情況下,對于跨徑小于16m的情況,實際汽車荷載仍然大于公路-I級,換句話說,設計荷載不足。在這種背景下,對公路-I級進行了局部調整,将集中力由18t~36t調整為27t~36t,調整後的公路-I級,基本能夠适應實際汽車荷載。
公路Ⅰ級:qk=10.5kN/m,Pk在計算跨徑≤5m時取值270kN,跨徑≥50m時取值360kN,中間段時采用公式Pk=2*(L0+130)計算。
公路Ⅱ級:qk和Pk按公路Ⅰ級的75%取值。
車輛荷載:公路Ⅰ級和公路Ⅱ級采用相同車輛荷載,總重55噸。
四、《公路橋涵設計通用規範》(JTG D60-2004)
汽-超20級車隊布載,接近車輛行駛實際情況,但布載計算相當繁瑣,于是在2003年汽車荷載修訂時,依據可靠度分析成果,提出了公路-I級:
公路Ⅰ級:qk=10.5kN/m,Pk在計算跨徑≤5m時取值180kN,跨徑≥50m時取值360kN,中間段時采用直線内插計算。
公路Ⅱ級:qk和Pk按公路Ⅰ級的75%取值。
車輛荷載:公路Ⅰ級和公路Ⅱ級采用相同車輛荷載,總重55噸。
4.3.1條文:
公路Ⅰ級相當于汽車-超20級,公路Ⅱ級相當于汽車-20級。
汽車-15級、汽車-10級不再列入。
挂車和履帶車驗算荷載不再列入。認為正常設計不宜以挂車和履帶車作為控制條件,将驗算荷載間接反映在汽車荷載中。
五、《公路橋涵設計通用規範》(JTJ 021-89)
采用汽車車隊荷載,并用挂車或履帶車驗算荷載。驗算荷載不計沖擊力、人群荷載和其他非經常作用的外力。履帶車可在順橋向多輛布置,但兩車淨距不得小于50m;平闆挂車在全長内隻能布置一輛。
汽車-10級:3×10噸 + 1×15噸。
驗算荷載:履帶-50,重50噸。
汽車-15級:3×15噸 + 1×20噸。
驗算荷載:挂車-80,重80噸。
汽車-20級:3×20噸 + 1×30噸。
驗算荷載:挂車-100,重100噸。
汽車-超20級:4×20噸 + 1×55噸。
驗算荷載:挂車-120,重120噸。
六、交通運輸部辦公廳關于修訂印發《公路橋梁信息公示牌設置要求》和《公路橋梁限載标志設置要求》的通知(交辦公路[2021]20号)
1、按《公路橋涵設計通用規範》(JTG D60-2004 或JTG D60-2015)汽車荷載采用公路Ⅰ、Ⅱ級或《公路橋涵設計通用規範》(JTJ 021-89,以下稱89規範)汽車荷載采用汽車-超20級設計的橋梁,其限載上限為總重49t、軸重14t。
2、按89規範汽車荷載采用汽車-20級設計的橋梁,其限載上限為總重30t、軸重13t。
3、按89規範汽車荷載采用汽車-15級設計的橋梁,其限載上限為總重20t、軸重13t。
4、按89規範汽車荷載采用汽車-10級設計的橋梁,其限載上限為總重15t、軸重10t。
5、未按交通行業标準規範設計的橋梁,其限載标志應按照橋梁實際技術狀況确定限載值。
交辦公路[2021]20号限載彙總:
七、《上海城市橋梁限載标準》(SZ-C-E02-2007)
3.2.1 限載噸位應根據表3.2.1取值
根據七座典型橋梁正常使用極限狀态應力驗算與可靠度計算結果對比分析,得到如下結論:
汽-20與城-B産生的荷載效應相當;
汽-超20與城-A産生的荷載效應相當。
按照汽-20或城-B荷載标準設計的橋梁,在限載30噸時可達到目标可靠度3.7,按照汽-超20或城A荷載标準設計的橋梁,在限載40噸時可達到标可指标3.7。
考慮到按照汽-10,汽-15級荷載等級設計的橋梁年代較早,因此建議以其荷載等級定義的标準車車重限載。
八、《汽車、挂車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》(GB 1589-2016)
4.2.1 汽車及挂車的單軸、二軸組及三軸組的最大允許軸荷不應超過該軸或軸組各輪胎負荷之和,且不應超過表3規定的限值。
4.2.2 對于其他類型的車軸,其最大允許軸荷不應超過該軸輪胎數乘以。
4.3 最大允許總質量限值
汽車、挂車及汽車列車的最大允許總質量不應超過各車軸最大允許軸荷之和,且不應超過表4規定的限值。
九、彙總
不考慮其他因素,按車隊重車或車輛荷載,對設計規範采用荷載進行彙總,并列入①交通運輸部辦公廳關于修訂印發《公路橋梁信息公示牌設置要求》和《公路橋梁限載标志設置要求》的通知(交辦公路[2021]20号)和②《上海城市橋梁限載标準》(SZ-C-E02-2007)的取值,彙總如下:
關于單車總重,89公路規範指車隊中的重車;04公路規範、15公路規範、98城市規範和11城市規範指車輛荷載。
[2021]20限載中49t/14t表示:限載上限/軸重。
限載取值為所有車輛限制的最大值,軸重為單軸車輛的最大值,實際各類型車輛限載均不相同。
十、車輛超限超載認定标準
自2016年9月21日起,交通運輸部門和公安交警部門将統一執行的超限運輸認定标準為:公路貨運車輛總質量最多不得超過49噸。原交通運輸部門對貨車超限的認定标準是“車貨總重超過55噸、平均軸載質量超過10噸”的标準,即2軸車載重不得超過20噸,3軸車不得超過30噸,6軸及以上車輛不得超過55噸。這次統一執行的強制性新國家标準(汽車、挂車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》())為:2軸車載重不得超過18噸,3軸車不得超過27噸,6軸及以上車輛不得超過49噸。
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