1、汽 车 荷 载 作 用 下 简 支 梁 的 内 力 计 算李 积 珍（ 青 海 大 学 建 工 系 ， 青 海 西 宁 810016）摘 要 ： 简 述 了 新 标 准 中 规 定 的 汽 车 荷 载 及 其 加 载 方 式 ， 介 绍 了 汽 车 荷 载 作 用 下 简 支 梁 的 内 力 计算 原 理 。关 键 词 ： 汽 车 荷 载 ； 简 支 梁 ； 内 力 计 算中 图 分 类 号 ： U461.1 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1006 - 8996（ 2006） 03 - 0015 - 03The internal force of simple girder
2、in automobile loading actionLI Ji-zhen（ Department of Civil Engineering， Qinghai University， Xining 810016， China）Abstract： Specified automobile loading and loading method by the new standard is explained and the prin-ciple of the internal force which is under the action of automobile loading is int
3、roduced.Key words： automobile loading； simple girder； internal force calculating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 （ JTGD602004） 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 -级 和 公 路 -级 标 准 汽 车 荷 载 。 取 消 了 挂 车 和
4、 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 文 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 。1汽 车 荷 载 介 绍新 标 准 规 定 1， 汽 车 荷
5、载 分 为 公 路 -级 和 公 路 -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 -级 外 ， 其 余 均 采 用 公 路 -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 1a） 。 而 车 辆 荷 载 则 用 来 计 算 桥 梁 结 构 的 局 部 加
6、 载 、 涵 洞 、 桥 台 以 及挡 土 墙 土 压 力 等 （ 如 图 1b、 c、 d） 。在 车 道 荷 载 中 ， 当 采 用 公 路 -级 时 ， qk= 10.5kN/ m。 Pk的 值 与 桥 梁 的 计 算 跨 径 l 有 关 。 当 l5m时 ， pk= 180kN。 当 l5m 时 ， pk= 360kN。 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 。如 果 采 用 公 路 -级 ， 则 其 值 应 按 公 路 -级 的 0.75 倍 采 用 。 在 整 个 桥 梁 结 构 计 算 的 加 载
7、 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 。2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 2。 新 标 准 规 定 ， 车 道收 稿 日 期 ： 2006 - 03 - 19作 者 简 介 ： 李 积 珍 （ 1980 ） ， 男 ， 青 海 乐 都 人 ， 助 教 。第 24 卷 第 3 期
8、2006 年 6 月青 海 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ）Journal of Qinghai University（ Nature Science）Vol.24 No.3Jun.2006图 1 汽车荷载布置示意荷载横向分布系数应按设计车道数如图 1（ c）的车辆荷载进行计算。故按杠杆原理法计算图 2 所示的 2号梁的支点截面关于汽车荷载的横向分布系数为：图 2 2 号梁荷载横向影响线m0q=12=12 1 = 0.5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：5i = 1a2i= a21+ a22+ a23+ a24+ a25=（ 2 1.60）2+ 1.602
9、+ 02+（- 1.60）2+（- 2 1.60）2= 25.60m22 号梁的横向影响线竖标值为：22=1n+a22ni = 1a2i=15+1.60225.60= 0.2 + 0.1 =0.324=1n-a22ni = 1a2i=15-1.60225.60= 0.2 - 0.1 = 0.1由22和24绘制 2 号梁的横向影响线（图 2）。求出 2 号梁跨中截面关于汽车荷载的横向分布系数为：mcq=12=12（q1+q2+q3+q4）=12（ 0.388+ 0.275 + 0.194 + 0.081）= 0.469。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
10、 0.469。3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 3。假设横断面为图 2 所示的简支梁，其计算跨径 1 = 19.5m，作用在其上的公路荷载等级为公路级。则其中 2 号梁内力的计算原理如下：公路级均布荷载标准值为： qk= 10.5kN/m集中荷载标准值按直线内插法求得为：61青海大学学报 第 24卷图 3 跨中弯矩影响线及其加载pk= 238kN则跨中弯矩为（如图 3）：M汽=（ 1 +）（miqkk+ mipk）其中：汽车荷载的冲击系数。其值与结构基频 f 有关（如表 1）。简支梁的结构基频为
11、： f =2l2EIcmc其中： l结构的计算跨径（ m）；E结构材料的弹性模量（ N/m2）；Ic结构跨中截面的惯性矩（ m4）；mc结构跨中处的单位长度质量（ kg/ m）。若本文采用的结构基频为 16Hz，则= 0.45。汽车荷载的横向折减系数，双车道时= 1；表 1 结构基频与冲击系数计算结构基频 f（ Hz） 冲击系数f 14 0.45弯矩影响线的面积，=$2.$4=$28=19.528= 47.531m2；%集中荷载作用点的影响线竖标，%=$4=19.54= 4.875m。所以， M汽=（ 1 + 0.45） 1 （ 0.469 10.5 47.531 + 0.469 238 4.
12、875） = 1128.42kN.m跨中剪力为（如图 4）： Q汽=（ 1 +）（miqkk+ 1.2mipk）=（ 1+ 0.45） 1 （ 0.469 10.5 2.438 + 1.2 0.469 238 0.5）= 114.52kN而支点剪力为（如图 5）： Q汽=（ 1+）（miqkk+ 1.2mipk）=（ 1+ 0.45） 1 （ 0.5 10.5 9.75 + 1.2 0.5 238 1）= 281.28kN图 5 支点剪力影响线及其加载图 4 跨中剪力影响线及其加载4结语（ 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
13、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。参考文献： 1 JTG D60 - 2004，公路桥涵设计通用规范 S . 2邵旭东 . 桥梁工程 M . 北京：人民交通出版社， 2004.111 - 117. 3刘培文，周 卫，马君伟，等 .公路小桥涵设计示例 M . 北京：人民交通出版社， 2005.12l - 122. （责任编辑 王宝通）71第 3期 李积珍：汽车荷载作用下简支梁的内力计算
