移动荷载的车道布置

问题描述:

当桥梁布置中既有人行道又有行车道时,需要同时设置汽车荷载和人群荷载,在定义过程中有哪些注意事项?

在midas Civil中定义移动荷载时,一般步骤为:

  • 定义车道线(包括汽车荷载车道、人行道);
  • 设置汽车荷载、人群荷载等移动荷载类型;
  • 定义移动荷载工况;
  • 设置移动荷载分析控制数据;

下面对设置步骤中需要注意的地方及重点参数进行说明。

(1)车道线

车道数量的确定

一般根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)表4.3.1-4确定,具体内容如下图所示:

桥涵设计车道数

在车道线定义人行道

偏心距离:根据人行道中心和参考单元的相对距离输入即可;

车轮间距:此处输入0;

人行道定义时车轮间距取值

参考帮助文件里对于两者的说明,可清楚知道两者的不同,如下图所示:

车道单元法和横向联系梁法示意图

两者主要区别在于“参考单元”的作用:

车道单元法:

  • 根据输入的偏心距离,确定车道线的位置(车轴中心或人行道中心);
  • 竖向荷载(车辆荷载)以及偏心所产生的扭矩仅加在车道参照单元上;
  • 参考位置纵梁受力后,其余纵梁根据整个梁格体系的刚度分配各自所受的内力。

横向联系梁法:

  • 根据输入的偏心距离,确定车道线的位置(车轴中心或人行道中心);
  • 汽车荷载加载在横向联系梁上,再根据车道线位置分配至两边的主梁上。

(2)车辆

该处车辆不是单指车辆荷载,而是包括了公路、铁路、城市桥梁中涉及到的汽车荷载、人群荷载、列车荷载等各种类型的移动荷载。

车辆中可定义的移动荷载类型

(3)移动荷载工况

移动荷载工况中关键参数

横向折减系数:

对应旧城市桥梁/公路桥梁(新)/《公路公路技术标准》(JTGB01-2014)中相关规定,程序自动进行折减。

子荷载工况中“组合”、“单独”含义:

单独:适用于多个子荷载工况不能组合时选择,如同时进行汽车荷载和挂车荷载分析时。输出各子荷载工况单独作用比较后的最不利包络结果;

组合:在一个移动荷载工况中,对多种类型的移动荷载组合时选择,如汽车荷载和人群荷载、汽车荷载和列车荷载等。输出各子荷载工况的组合结果。

根据上述说明可知,当移动荷载中同时存在汽车荷载、人群荷载时,大部分工程师的做法为:

在子荷载工况里分别定义汽车荷载和人群荷载,然后勾选“组合”,就可以同时考虑两者共同作用的情况了。具体设置如下图所示:

子荷载工况定义示意图

如果单纯只看移动荷载作用下的结果,该方法是可行的。

但是大家要注意到,我们在读取结构分析和验算结果时,基本上是在各种荷载(作用)组合下的结果,如果按照上述方法设置后,大家可以看到荷载组合的具体内容。以基本组合8为例,如下图:

荷载组合示意图

在基本组合8中,移动荷载的分项系数取1.4,乍一看是没有问题的,但是通过和《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)第4.1.5条规定进行对比后,会发现里面其实是有问题的。

在荷载(作用)组合中,人群荷载是属于汽车荷载之外的其他可变荷载,根据4.1.5条中基本组合里对于该类荷载的分项系数和组合值系数,分别应该取值1.1和0.75。但是在上面组合中,将汽车荷载、人群荷载同时定义在一个移动荷载工况中时,程序在做荷载(作用)组合时,统一取汽车荷载分项系数了,同时也没有组合值系数的概念了,这里是不符合规范里的要求的,也是错误的。

故当移动荷载中同时存在汽车荷载、人群荷载时,正确的做法为:分别定义汽车荷载工况、人群荷载工况,如下图所示。

汽车荷载工况、人群荷载工况设置

按照上图定义后,生成的荷载(作用)组合系数,如下图所示,汽车荷载分项系数取值1.4,人群荷载分项系数取值为1.05=1.4×0.75,这样就没有问题了。

结论:

  • 在“交通车道线“中定义人行道时,车轮间距取0;
  • 在“车辆“定义项里,包含很多种类型的移动荷载,人群荷载也在其中;
  • 移动荷载工况中,程序自动考虑“横向多车道折减系数“;
  • 了解并掌握“组合“、”单独“ 组合选项的区别,主要核心是不同类型的移动荷载组合才有效;
  • 当同时存在汽车荷载、人群荷载时,需分别定义对应移动荷载工况,最终荷载(作用)组合后,荷载工况的分项系数、组合值系数取值均没有问题。
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