Czy most jezdny jest obciążony bardziej, gdy pojazdy są zaparkowane lub gdy się poruszają?

Mosty są zaprojektowane dla obciążeń pochodzących z pojazdów, które mają je przekroczyć. Obejmuje to masę pojazdu i wszelkie obciążenia dynamiczne, które mogą być wprowadzone w wyniku ruchu pojazdu. Obciążenia dynamiczne mogą wynikać z „odbicia” lub uderzenia w złącze lub dziurę.

Początkowo wydaje się oczywiste, że podczas ruchu pojazdów most jest obciążany większym obciążeniem (masa pojazdu plus obciążenie dynamiczne). Obciążenia dynamiczne są proporcjonalne do prędkości jazdy pojazdów, ale gdy pojazdy poruszają się szybciej, zwykle są one bardziej oddalone od siebie.

Kiedy pojazdy są zatrzymywane, zwykle są znacznie bliżej niż w ruchu.

• Czy może zdarzyć się sytuacja, w której na moście występuje większe obciążenie z powodu blisko rozmieszczonych zaparkowanych pojazdów niż z pojazdów w ruchu, które są dalej od siebie?
• Czy te dwie sytuacje są uwzględnione w projekcie mostu?

Zaparkowane pojazdy a pojazdy w ruchu

Zaparkowane blisko siebie (lub wolno poruszające się) pojazdy są zdecydowanie bardziej uciążliwe, jak podano na stronie 89, dodatek 2.A, klauzula 2.A.1 południowoafrykańskiego kodu projektu mostu TMH7 :

Jest to ogólnie akceptowane i można łatwo wykazać, że z wyjątkiem bardzo małego zakresu rozpiętości, najgorsze warunki obciążenia występują w zatłoczonych (zderzak do zderzaka) warunkach spowodowanych przez blokadę ruchu i że rozproszenie ruchu z prędkością spowodowaną zwiększonym między pojazdami odstępy, więcej niż kompensują skutki uderzenia.

Jest to jednak prawdą tylko poprzez kontrolę nieograniczonej liczby pojazdów o tej samej masie na jednostkę długości. Jeśli niezwykły, wyjątkowo ciężki pojazd przejeżdża przez most, nie możemy zastosować tej zasady, ponieważ mamy tylko jeden z tego pojazdu i nie może on zderzać się ze zderzakiem. Dlatego zwracamy się do mostkowania kodów projektowych w celu rozważenia odpowiednich konfiguracji.

Kody projektów mostów

Jeśli chodzi o projektowanie mostów, wydaje się, że każdy kraj ma własny kod ładujący w swoim kodzie projektu. Przeczytałem dużo tych kodów - znaczna część mojej pracy polega na programowaniu tych kodów ładowania mostów w oprogramowaniu do projektowania mostów. Większość kodów projektowych ma do sprawdzenia różne konfiguracje załadunku, chociaż rzadko określają, że dotyczą „pojazdów zaparkowanych” lub „pojazdów w ruchu”. Najbardziej znany mi jest brytyjski standard BD86 .

BD86 służy do oceny istniejących brytyjskich mostów do przewozu wyjątkowo ciężkich pojazdów (o nazwie ładunki SO lub SOV). W punktach od 3.20 do 3.25 podano dwie różne konfiguracje. Albo (i) SO / SOV porusza się z normalną prędkością, z czynnikiem dynamicznym, a normalne obciążenie nie jest dozwolone w odległości 25 m od SO / SOV; lub (ii) SO / SOV porusza się z małą prędkością, bez współczynnika dynamicznego, ale normalne obciążenie jest dozwolone bliżej (nie w odległości do 5 m).

Ale co ze wszystkimi innymi standardami projektowania na całym świecie? Na podstawie tego, że nie słyszałem o mostach, które zawodzą ze względu na zbyt niskie standardowe obciążenie projektowe, uważam za bezpieczne założenie, że standardy projektowe zdecydowanie uwzględniają najgorszy przypadek. Tak więc, bez względu na to, do czego jest przeznaczony, musi reprezentować najgorszy przypadek albo z ruchomego obciążenia, albo z blisko rozłożonego obciążenia statycznego.

Standardy załadunku na autostrady w większości krajów uwzględniają dwie konfiguracje, które należy zaprojektować: konfigurację pojedynczego pojazdu (lub pojedynczego pojazdu na pas) oraz konfigurację równomiernie rozłożonego ładunku (tj. Obciążenia na powierzchnię, które stosuje się wszędzie tam, gdzie dodaje do zaprojektowanego efektu). Ta druga konfiguracja może być zaparkowanymi blisko siebie pojazdami lub może przedstawiać wiele ciężarówek / ciężarówek oddalonych od siebie, ale ich masa jest uśredniona na całej długości. Podejrzewam, że w rzeczywistości może reprezentować obie te sytuacje.

Ważnym faktem jest tutaj względna masa ciężarówki / ciężarówki w porównaniu do samochodu. W Wielkiej Brytanii zwykła ciężarówka (tj. Taka, która nie wymaga specjalnego zezwolenia na podróż) ma maksymalną masę 44 ton i ma długość około 12 metrów. Daje to 3,7 t / m. Typowy samochód (wybrałem Vauxhall Astra) ma około 2 tony i 4,5 m długości, co daje 0,45 t / m.

Sugeruję, że w sytuacji obciążeń ruchomych może być dość dobrze rozmieszczonych ciężarówek / ciężarówek, ale w sytuacji korka, gdy ciężarówki i samochody mają tendencję do mieszania się, odstępy między ciężarówkami i ciężarówkami są prawie takie same, ponieważ luki są wypełnione samochodami . Ponieważ samochody wytwarzają niewielki ładunek na długość w porównaniu z ciężarówką / ciężarówką, średni ładunek na jednostkę długości może być mniej więcej taki sam, niezależnie od tego, czy ruch jest w ruchu, czy materiały biurowe.

Chociaż podchodzi do tego z innej perspektywy, uważam, że Podręcznik AASHTO do oceny mostów; komentarz C6B.7.2.2 implikuje coś takiego. To mówi:

Prawdopodobieństwo posiadania szeregu blisko rozmieszczonych ciężkich pojazdów o maksymalnej dopuszczalnej masie staje się większe, ponieważ maksymalna dopuszczalna masa dla każdej jednostki staje się mniejsza. Oznacza to, że bardziej prawdopodobne jest, że będzie miał pociąg lekkich pojazdów niż pociąg do pojazdów ciężkich.

I zakładamy, to można zastosować do zaparkowanego / przenoszenie sytuacji. Oznacza to, że im więcej pojazdów masz na moście naraz, tym niższa jest prawdopodobna średnia masa pojazdu.

Co jest bardziej znaczące, zależy od danego mostu, z pewnością jego długości i właściwości zastosowanego obciążenia. W tej dyskusji zakładam obciążenie ruchem drogowym.

Pytanie dotyczy efektów dynamicznych i warto zauważyć, że jest to coś więcej niż tylko uderzenie w dziurę. Jeżeli elastyczna prosta belka o pojedynczej rozpiętości zostanie natychmiast obciążona siłą, powstałe ugięcie szczytowe jest dwukrotne ugięcie przy tej samej sile w przypadku statycznym, a efekt ten nie jest związany z efektem chwilowych skoków przy obciążeniu z powodu uderzenia pojazdów nierówności powierzchni (dziury itp.).

Uważam, że w przypadku większości mostów autostradowych efekt dynamiczny jest bardziej znaczący. Ruch uliczny z dużą prędkością jest bardziej uciążliwy niż ruch uliczny. Wniosek ten opiera się jednak na spostrzeżeniu, że mostów krótszych (rozpiętości do dziesiątek metrów) jest więcej niż mostów długich - nie ma ogólnej zasady, która daje jedną uniwersalną odpowiedź.

Stosunkowo proste jest ustalenie, czy w przypadku bardzo krótkiego mostu ruch w kolejce jest nieistotny - jeśli most jest krótszy niż jeden pojazd, tylko jeden pojazd (lub jedna oś) będzie na moście, więc czy jest kolejka lub nie wpływa na liczbę pojazdów ładujących konstrukcję lub ładunek. I odwrotnie, łatwo sobie wyobrazić, że bardzo długi most (kilkaset metrów długości), jeden pojazd uderzający w dziurę będzie miał znikomy efekt, ponieważ nawet jeśli ładunek z tego jednego pojazdu podwaja się natychmiast, jeśli na pokładzie znajdują się setki pojazdów nie będzie miał proporcjonalnie wielkiego efektu.

W praktyce brytyjskiej mosty drogowe są projektowane i oceniane zgodnie z dokumentami Agencji Drogowej (tzw. „BD” i „BA”). Obciążenie autostradą ma dwa „smaki” - HA to „normalny” ruch, a HB to arbitralne obciążenie stosowane do badania właściwości mostu pod nietypowym obciążeniem. Obciążenie HA dla projektu jest zdefiniowane w BD37, a wyliczenie obejmuje uwzględnienie uderzenia - przeczytaj Dodatek A: „wpływ uderzenia osi na mosty drogowe może wynosić nawet 80% statycznego ciężaru osi i uwzględniono tę wielkość przy określaniu obciążenia HA ”, chociaż wpływ uderzenia zmniejsza się, gdy rozpiętość staje się większa.

Kolejki uliczne nie tylko powodują wiązanie się nosa w ogon, ale potencjalnie powodują, że pojazdy ściskają się bliżej siebie. W BD nazywa się to „bocznym wiązaniem”, w którym więcej pojazdów tłoczy się o konstrukcję.

BD37 pozwala zarówno na uderzanie, jak i wiązanie boczne jednocześnie - tzn. Zakłada, że ​​masz ciasno upakowany korek uliczny, który również jedzie z dużą prędkością. To oczywiście się nie zdarza, ale koduje to.

Jednak przy ocenie istniejących struktur brytyjskie standardy nie stosują obu efektów łącznie. BD21 to kod do oceny struktur. Punkt 5.23 odnosi się konkretnie do tego pytania (UDL i KEL są dwiema częściami ładowania HA):

„HA UDL i KEL zostały opracowane przy użyciu współczynnika grupowania bocznego, aby wziąć pod uwagę możliwość, że w sytuacjach powolnego poruszania się, więcej pasów ruchu niż oznakowane lub pozorne pasy mogłyby korzystać z mostu. Analiza probabilistyczna wykazuje, że maksymalne efekty uderzenia, , które występują przy dużych prędkościach, nie należy rozpatrywać łącznie z maksymalnym wiązaniem bocznym. Porównanie skutków alternatywnej prędkości ruchu i sytuacji skupiania doprowadziło do wniosku, że efekt uderzenia przy dużej prędkości bez braku wiązki bocznej jest najbardziej uciążliwym kryterium obciążenia mostu Dlatego HA UDL i KEL należy dostosować w celu wyeliminowania bocznego współczynnika skupienia poprzez podzielenie przez następujący współczynnik dostosowania (AF) ”

Współczynnik korekty jest względnie dużą liczbą dla obciążonych długości do 20 m, ale zmniejsza się do 1,0 (tj. Dziel przez 1,0, więc nie zmieniaj wartości) przy długości załadowanej 40 m.

Nie można na tej podstawie sformułować ostatecznych stwierdzeń (tzn. Nie można powiedzieć „poniżej 20 m to dynamika, powyżej 40 m to kolejki ruchu”), ponieważ ładowanie jest w pewnym stopniu empiryczne i wyprowadzane po analizie probabilistycznej i obejmuje zgadywanie ( opisany jako „przez oszacowanie” w normie) z uwzględnieniem wyników analizy wrażliwości. Ponownie, BD37 1 Dodatek A omawia to:

„W przypadku długich obciążonych odcinków główne czynniki wpływające na obciążenie to natężenie ruchu, procent ciężkich pojazdów w przepływach, częstotliwość występowania i czas trwania korków oraz odstępy między pojazdami w korku. Parametry te określono na podstawie badań wzorce ruchu w kilku miejscach na drogach głównych, przez badania obciążenia w innych miejscach oraz, w przypadku gdy wymagane dane były nieosiągalne, przez oszacowanie. Zastosowano podejście statystyczne w celu uzyskania charakterystycznych obciążeń, z których uzyskano obciążenia nominalne. Przeprowadzono analizy wrażliwości w celu przetestowania znaczenie załadowania niektórych przyjętych założeń. ”

Warto zauważyć, że powyższe jest nieco rygorystyczne w odniesieniu do rozpiętości. Długość, która ma znaczenie dla wyprowadzenia obciążenia, to „długość obciążenia”, która nie zawsze jest taka sama jak rozpiętość. W przypadku pojedynczego, po prostu podpartego zakresu, jeśli badasz efekt zginania, oba są synonimami, ale bardzo wiele mostów jest bardziej złożonych (np. Wiele ciągłych rozpiętości lub integralne przyczółki itp.). Długość wczytywana jest długością, na którą ładowany jest element konstrukcji, a podczas projektowania należy wybrać długość, która wywoła najbardziej uciążliwy efekt dla elementu, który projektujesz podczas wykonywania obliczeń w odniesieniu do tego konkretnego elementu. Często jest to cała długość przęsła, ale zdarzają się przypadki, gdy (np.) Obciążenie krótszej długości ma większy wpływ, szczególnie w konstrukcjach ciągłych,

Jeśli mówisz tylko o pionowym obciążeniu czynnym, przypadek, w którym masz korek, będzie bardziej zależał od projektu pokładu mostu . Chwilowy wzrost i spadek siły pionowej spowodowany nierównościami na nierównej jezdni można pominąć, ponieważ:

• wielkość byłaby niewielka dla właściwie utrzymanej jezdni
• wielkość byłaby nadal niewielka w przypadku źle utrzymanej jezdni, ponieważ kierowcy mają tendencję do zwalniania, jeśli mają trudności z jazdą prosto
• takie sporadyczne zdarzenia mają tendencję do zanikania na całym świecie, ponieważ nie występują synchronicznie

Ustanowiony kod projektu mostu autostrady, taki jak BD37 , nie uwzględnia wyraźnie wzmiankowanych dynamicznych nierówności.

W przypadku pojazdów poruszających się po moście efekty trakcji i hamowania generowałyby wzdłużną siłę poziomą, która rządziłaby projektem konstrukcji podbudowy mostu .

Dzięki odpowiedniemu zastosowaniu kombinacji obciążeń (jak pokazano w tabeli poniżej) i odpowiadających im współczynników obciążenia, które zostały już dokładnie zbadane i przetestowane, możliwe jest rozważenie wszystkich scenariuszy obciążeń w celu uzyskania bezpiecznego projektu.