新旧规范中的汽车荷载比较

新旧规范中的汽车荷载比较前言：我国公路桥梁结构设计采用的汽车荷载标准长期以来采用汽车车队的形式，计算荷载和验算荷载相结合的模式。原规范将汽车荷载划分为汽车—超20级、汽车—20级、汽车—15级、汽车—10级共四个等级，并且每个等级规定了验算荷载——挂车和履带车荷载；而新规范只将汽车荷载分为公路—I级和公路—II级两个等级，取消了原规范规定的汽车—15级和汽车—10级汽车荷载，并且不考虑验算荷载。公路—I级相当于原规范的汽车—超20，公路—II级相当于原规范的汽车—20级。两者对简支梁的内力有什么区别，我们接下来就来分析这个问题。正文：新旧规范汽车荷载对简支梁产生的内力主要体现在两个方面：1.汽车荷载的计算图式不同。原规范汽车荷载的计算图式是以一辆加重车和具有规定间距的若干辆标准车组成的车队表示的。新规范采用车道荷载即由均布荷载和集中荷载组成的图式。2.冲击系数不同。旧规范近似地认为冲击力与计算跨径成反比，并与桥梁的结构形式有关。而新规范采用了结构基频来计算桥梁结构的冲击系数。一．跨径20米的简支梁的内力分析。下面以混凝土简支梁为研究对象，分析新旧规范标准汽车荷载效应的差别。该桥标准跨径20m，主梁全长19.96m，计算跨径19.50m，桥面净空为净—7m+2×1.75m。主梁结构尺寸如下图示。设计荷载分别采用《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）采用的公路—I级、公路—II级与《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-85）采用的汽车—超20级、汽车—20级进行对比分析。（一）.新桥规计算的荷载效应根据上节中主梁结构纵、横截面的布置，取用其的一根主梁计算其各控制截面的汽车荷载效应。汽车荷载效应计算按《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）4.3.2条规定，简支梁结构的冲击系数由下式计算：介于1.5HZ和14HZ之间，冲击系数按下式计算：汽车荷载效应计算结果见下表：汽车一级荷载：荷载跨中截面四分点截面支点弯矩剪力弯矩剪力剪力汽车荷载1045.28106.08783.95162.49218.91汽车二级荷载：荷载跨中截面四分点截面支点弯矩剪力弯矩剪力剪力汽车荷载783.9679.56587.96121.87164.18（二）．按照旧桥规计算的荷载效应汽车荷载效应计算：在汽车荷载效应计算中，直接用规范中采用的标准汽车荷载在主梁上加载，从而计算出主梁各控制截面（支点、四分点和跨中截面）的最大弯矩和剪力效应。按《公路桥涵通用设计规范》（JTJ021-85）第2.3.2条规定，简支梁结构的冲击系数由下式计算：汽车荷载效应计算结果见下表：汽车-超20级：荷载跨中截面四分点截面支点弯矩剪力弯矩剪力剪力汽车荷载974.34112.44709.84172.24232.04汽车—20级：荷载跨中截面四分点截面支点弯矩剪力弯矩剪力剪力汽车荷载756.0675.05584.20116.07157.09（三）荷载比较公路I级和汽车—超20级比较：荷载及序号跨中截面四分点截面支点弯矩剪力弯矩剪力剪力公路I级1045.28106.08783.95162.49218.91汽车-超20级974.34112.44709.84172.24232.04不计冲击公路I级836.2984.87627.21130.01175.14不计冲击超20级818.0994.41596.01144.62194.83公路II级和汽车—20级比较：荷载跨中截面四分点截面支点弯矩剪力弯矩剪力剪力公路II级783.9679.56587.96121.87164.18汽车-20级756.0675.05584.20116.07157.09不计冲击公路II级627.2263.65470.4197.50131.35不计冲击20级634.8163.01490.5197.46131.90从上表可看出，公路I级荷载所引起的最大弯矩比汽车—超20级产生的要大，而剪力比汽车—超20级小。公路II级荷载与汽—20级车辆荷载产生的最大弯矩和最大剪力比汽车—20级大。由于新规范的冲击系数的计算方式也与旧规范不同，计入冲击系数后，新规范产生的荷载效应提高幅度将比不计冲击系数时提高。同时发现，若不计冲击力，通过计算可知，新规范按公路II级计算的效应小于旧规范。二．在不同跨度上新旧规范的差别桥梁的跨度一般来说就是荷载的加载长度，因此桥梁跨度的变化对汽车荷载效应会有非常大的影响，所以很有必要进一步分析一下。下面取简支梁计算跨度由5m—50m，中间步长为1m，分别用85规范和04规范标准中的汽车荷载加载计算其荷载效应。（计算数据详见最后）跨中弯矩比较：支点最大剪力比较：（一）.弯矩规律：公路—I级产生的弯矩比汽车—超20级大，差值在跨径50m处最大；在跨径5m处最小。公路—II级产生的弯矩与汽车—20级相比有大有小，以跨径18m左右为界，小于18m的比汽车—20级小，最小处在10m处左右；在18m~50m范围内公路—II级产生的弯矩比汽车—20级大。(二）.剪力规律：公路—I级产生的剪力与汽车—超20级相比有大有小，在跨径50m处最大。10m—30m范围内，公路—I级产生的剪力比汽车—超20级略小，之后公路—I级产生的剪力将随跨度的增长大于汽车—超20级。公路—II级产生的剪力比汽车—20级有大有小，以跨径15m为界，小于15m的比汽车—20级小，；大于15m的比汽车—20级大，跨径50m时最大。(三）.曲线连续性规律：旧规范得到的曲线显然不如新规范的平滑，可能是由于新规范是按车道荷载即均布荷载和集中荷载依据影响线来计算内力的，其计算的内力沿跨径的变化基本是连续的；而旧规范采用的汽车车队荷载直接表现为间断性的集中荷载，按汽车荷载的最不利布置情况来计算各截面内力，随着结构计算跨径的增加，结构内力的增加会呈现出间断，造成按旧规范计算的内力沿跨径是不连续的。三．结论：通过对不同跨径的简支梁汽车—超20级、公路—I级、汽车—20级和公路—II级汽车荷载作用下的内力计算及结果分析，得到以下结论：1.汽车—20级和汽车—超20级荷载的计算图式对加载计算很不方便；公路—I级和公路—II级的计算图式只要知道影响线的面积和最大竖标值即可计算出效应，比较便于设计计算。2.不是新规范加载得到的内力值一直都大于旧规范，随着跨径的变化结果有升有降，但是整体上来说，升多降少，还是比旧规范安全。3.冲击系数对汽车荷载效应影响很大，新规范用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数，更直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系，比旧规范更加合理。