专利名称：一种快速估算各种汽车荷载效应的方法
技术领域：
本发明属于桥梁结构计算分析技术领域，涉及ー种快速估算各种汽车荷载效应的方法，尤其涉及ー种不同跨径的简支梁和连续梁汽车荷载效应的快速估算方法。
背景技术：
我国不同部门在不同时期颁布的设计规范对汽车荷载规定有所不同。设计、管理、运输等部门一般关心以下问题(I)同一部门新、旧规范汽车效应的对比。新规范与旧规范汽车效应的差别有多大？依据老规范设计的桥梁是否还安全？(2)不同部门规范汽车效应的对比。我国交通运输部、住房与城乡建设部分别颁布的规范中都有汽车荷载的规定，厂矿道路设计也有相应的規定，而汽车可能在这些遵循不同部门规范设计的桥梁上运输，因此需要对比和协调不同部门规范汽车效应的差別。(3)不同荷载标准效应的差异。许多依据早期汽车荷载标准设计的桥梁不能满足现代交通的需要，对其进行技术改造、提高荷载标准、延长桥梁的使用年限，是保障公路可持续发展的要求。而提高旧桥荷载标准首先要搞 清不同荷载效应的差异有多大。(4)特重荷载效应。如能快速了解特重荷载与常规荷载效应的差异，则可加快特重荷载桥梁设计。(5)超重车过桥验算。国民经济发展不可避免要进行超重超限运输。了解不同特载对不同跨径桥梁的影响程度，是选择合理运输路线和采取加固措施的前提。汽车荷载效应指的是由汽车荷载引起结构或结构构件的反应，是进行结构设计和验算的基础。简支梁桥的汽车效应包括跨中弯矩和支点剪力；连续梁桥的汽车效应包括边、中跨的支点剪力和最大弯矩。实际的设计、管理、运营工作中常常需要快速计算不同结构类型、不同计算跨径桥梁的不同汽车荷载效应，但目前国内对这方面的研究多缺乏系统性和
一般性。
发明内容
为了克服现有技术中存在的以上缺陷，本发明提供ー种快速估算各种汽车荷载效应的方法，该方法是ー种可以快速估算不同结构类型、不同计算跨径桥梁的不同汽车荷载效应的方法。本发明给出了 26种汽车荷载效应的绝对数值和各效应绝对数值与公路-1级汽车荷载效应相对比值图，共计20个图形，同时给出了桥梁随其计算跨径的回归公式。其中汽车荷载效应绝对数值图给出了 26种汽车荷载效应的绝对数值图；相对比值图分别为公路系列、汽车系列和城系列效应对比；公路汽车系列效应对比；公路汽车系列与挂车系列效应对比；挂车系列、特系列效应对比；公路汽车系列、矿山汽车系列效应对比五个部分。通过给出的20个图形，无需进行计算即可迅速地估算各种规范下汽车的荷载效应范围。26种汽车荷载包括《JTJ021-89.公路桥涵设计通用规范[S]》中汽车_10级、汽车_15级、汽车_20级和汽车-超20级4个等级；《JTCD60-2004.公路桥涵设计通用规范[S]》中公路-I级和公路-II级两个等级；((CJJl 1-93.城市桥梁设计准则[S]》中特-160、特-220、特-300、特-420四个等级；《CJJ77-98.城市桥梁设计荷载标准[S]》中城-A级和城-B级两个等级；《城市桥梁设计通用规范(报批稿)》中特-160、特-220、特-300、特-420四个等级；《GBJ22-87.厂矿道路设计规范[S]》中汽车-30级、汽车-40级、汽车-60级、汽车-80级、汽车-110级、汽车-130级、汽车-160级、汽车-190级、汽车-220级和汽车-260级10个等级。
给出了表I 表4回归公式，通过这四个表格中的公式，只需确定桥型、计算跨径和相应的荷载规范，将计算跨径代入到表I 表4中对应的公式即可快速估算该桥梁的汽车荷载效应。本发明的有益效果本发明所述方法通过简单的运算或图形分析，即可迅速估算汽车荷载效应，可以为桥梁的初步设计、快速验算和日常管理提供有力的依据。
图I为公路系列、汽车系列、城系列的跨中弯矩效应绝对数值。图2为公路系列、汽车系列、城系列的支点剪カ效应绝对数值。图3为公路系列、汽车系列、城系列与公路-I级的跨中弯矩效应相对比值。图4为公路系列、汽车系列、城系列与公路-I级的支点剪カ效应相对比值。图5为公路汽车系列的跨中弯矩效应绝对数值。图6为公路汽车系列的支点剪カ效应绝对数值。图7为公路汽车系列与公路-I级的跨中弯矩效应相对比值。图8为公路汽车系列与公路-I级的支点剪カ效应相对比值。图9为公路汽车系列、挂车系列的跨中弯矩效应绝对数值。图10为公路汽车系列、挂车系列的支点剪カ效应绝对数值。图11为公路汽车系列、挂车系列与公路-I级的跨中弯矩效应相对比值。图12为公路汽车系列、挂车系列与公路-I级的支点剪カ效应相对比值。图13为挂车系列、特系列的跨中弯矩效应绝对数值。图14为挂车系列、特系列的支点剪カ效应绝对数值。图15为挂车系列、特系列与公路-I级的跨中弯矩效应相对比值。图16为挂车系列、特系列与公路-I级的支点剪カ效应相对比值。图17为公路汽车系列、矿山汽车系列的跨中弯矩效应绝对数值。图18为公路汽车系列、矿山汽车系列的支点剪カ效应绝对数值。图19为公路汽车系列、矿山汽车系列与公路-I级的跨中弯矩效应相对比值。图20为公路汽车系列、矿山汽车系列与公路-I级的支点剪カ效应相对比值。
具体实施例方式下面结合附图和本发明实施例作进ー步详细地说明。本发明考虑简支梁的计算跨径有L = 0. 75m、I. 0m、I. 25m、I. 5m、2. 0m、2. 5m、3. 0m、4. 0m、5. 0m、6. 0m、8. Om、10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m、55m、60m ；连续梁考虑的跨径有L = 10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m、55m、60m、70m、80m、90m、100m、120m。下面以简支梁桥为主介绍本发明。简支梁桥汽车效应的绝对数值和与公路-I级汽车荷载效应相对比值图形见图I 20。图I 图4是近期常用的3类汽车荷载(公路-I级和公路-II级、汽车-20级和汽车-超20级、城-A级和城-B级)效应的绝对数值与相对比值，可以直观清楚地看出3类汽车荷载效应的差別。如按照城-A级和城-B级与公路-I级和公路-II级设计的简支梁的汽车荷载效应的区别可见图I 图4，公路-1级和公路-II级效应随桥梁跨径的变化单调光滑，是理想的汽车荷载模式。而城-A级和城-B级效应在L = 20m附近不符合单调光滑原则，尤其是剪カ存在突变。在设计和计算中需要特别注意这个问题。 图5 图8给出《JTJ021_89[S]》中汽车效应的绝对数值与相对比值。如要将ー座桥的汽车荷载等级由汽车-20级提载到汽车-超20级，对不同跨径的桥梁汽车荷载效应提载的比例可见图5 图8，对L = 13m的桥梁弯矩提载比例最小，仅为5. 3% ;当16m < L< 30m，弯矩提载比例几乎线性増大，L = 30m时，弯矩提载比例达到43. 3% ;剪カ提载比例为 71% 495%。图9 图12给出汽车系列、挂车系列效应的绝对数值与相对比值，可以直观地了解计算荷载、验算荷载效应随跨径的变化规律。若计算荷载为汽车-超20级或公路-I级，由图9 图12可知，验算荷载为挂车-120，则对0. 75m <= L <= 60m跨径范围的跨中弯矩(a)若为单车道桥梁，则挂车都控制承载能力极限状态设计；(b)若为双车道桥梁，则挂车都不控制承载能力极限状态设计。图13 图16给出《JT J021-89 [S]》中的验算荷载分为履带车-50级、平板挂车-80级 平板挂车-120级共4个等级与《CJJ11-93[S]》中特重荷载分为特-160 特-420共4个等级汽车效应的绝对数值与相对比值。从图13 图16可以直观地了解这几种验算荷载效应随跨径的变化规律，方便进行特重荷载桥梁设计和超重运输路线选择。图17 图20给出《JTJ021-89[S]》中的汽车荷载分为汽车-10级 汽车-超20级共4个等级与《GBJ22-87[S]》中重型自卸汽车分为汽车-30级 汽车-260级共10个等级汽车等级效应的绝对数值与相对比值。如设计一座L = 30m、荷载为汽车-80级的桥梁。从图17 图20可知该桥跨中弯矩与L = 40m 45m、荷载为公路-I级的桥梁跨中弯矩相近。考虑到将大跨截面移植到小跨截面引起恒载弯矩的減少，设计时可參照L = 35m 40m的现有公路-I级通用图的截面和配筋进行L = 30m的汽车-80级的桥梁设计。连续梁桥汽车效应的绝对数值和相对比值图形分析与上述步骤类似。采用n次多项式函数回归，结合已有的图形，列出表I 表4回归公式。表中M、Q、L分别为弯矩(kN m)、剪力(kN)和计算跨径(m)。表I不同跨径的汽车荷载效应回归公式(0. 75m <= L <= 60m)-简支梁跨中弯矩 /kN m
权利要求
1.一种快速估算各种汽车荷载效应的方法，其特征在于，具体步骤为 1)汽车效应对比分析，通过建立有限元模型，采用动态规划法计算汽车效应，给出26种汽车荷载作用下的弯矩和建立效应的一般规律； 2)采用n次多项式函数回归，选择合适的n，使R2> 0. 99进行汽车效应对比分析及汽车效应回归公式，并给出其随计算跨径的回归公式。
2.根据权利要求I所述的快速估算各种汽车荷载效应的方法，其特征在于，步骤2)中所述的汽车效应对比分析分为五个部分，具体为公路系列、汽车系列和城系列效应对比；公路汽车系列效应对比；公路汽车系列与挂车系列效应对比；挂车系列、特系列效应对比；公路汽车系列、矿山汽车系列效应对比。
全文摘要
本发明公开了一种快速估算各种汽车荷载效应的方法，给出了26种汽车荷载效应的绝对数值和各效应绝对数值与公路-I级汽车荷载效应相对比值图，共计20个图形，同时给出了桥梁随其计算跨径的回归公式。通过给出的20个图形，无需进行计算即可迅速地估算各种规范下汽车的荷载效应范围；提供的公式可以直接用于快速估算不同结构类型、不同计算跨径桥梁的不同汽车荷载效应。该发明提供的方法可以为桥梁的初步设计、快速验算和日常管理提供有力的依据。
文档编号G06F17/50GK102768695SQ201210017030
公开日2012年11月7日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者任美龙, 刘云生, 吴向男, 崔毅, 徐岳, 李斌, 李林生, 梁鹏, 熊凯, 罗向荣, 魏洪昌 申请人:长安大学