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公路设计中的行车荷载是如何取值的问题?

新闻时间:2022-12-08 文章来源:网络 文章作者:admin

在公路设计中经常要对高陡路堤稳定、支挡结构、路面结构等进行计算,其中就涉及关于行车荷载如何取的问题。针对这三类计算,总结了一下相应规范中的一些规定,以及在实际设计工作中是如何操作的,形成笔记,方便后面做设计的时候参考。

1.高陡路堤稳定计算

在《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中没有发现对边坡稳定计算时行车荷载如何考虑的条文,但是在《路基路面工程》(黄晓明版)和《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/T D31-02-2013)中有相关表述。《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》4.1.4-4.1.6条的规定如下,即将行车荷载换算成土柱高度,可按车辆荷载均布于车辆投影面积上换算得出。

《路基路面工程》一书的表述则更为详细:

两处表达的意思是一样的,即在稳定验算中对行车荷载的处理方法是将车辆荷载换算成对应高度的土柱,作用位置按最不利位置来。车辆荷载的定义则是在《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)里。

在实际设计工作中,对于高陡边坡的验算主要采用理正软件。在理正边坡稳定模块中,对于超载这块是可以去选择的,内置了公路I级和公路II级车辆荷载,理正提供了单列车队和双列车队两种横向分布形式,其默认值的计算过程可参考前面《路基路面工程》的公式。

单列车队:B=1.8+0.6=2.4m,L=12.8+0.2=13m,Q=550kN;P=550÷2.4÷13=17.628 kPa

双列车队:B=2*1.8+1.3+0.6=5.5m,L=12.8+0.2=13m,Q=2*550=1100kN;P=1100÷5.5÷13=15.385 kPa

(相比《路基路面工程》中的公式,这儿计算时L加了个0.2,这个0.2m是前后轮着地长度)

那么是不是直接勾选单列车队或双列车队就可以了呢,如果单向有四个车道呢,分布四列车是不是更偏向不稳定?因此,建个简单粗糙的模型对比一下。在理正边坡中建了个高度16m的路堤,其余条件保持一致,只有施加的超载位置、分布宽度和强度值不同。

路堤模型简图
模型中的部分参数

定位距离分成0.75m和3.75m两类,假定土路肩宽度0.75m,硬路肩宽度3m,看车辆分布在硬路肩外边缘和行车道外边缘的区别。分布宽度和强度按照前述计算过程,从单列到四列,结果如下表。

可见车辆数对稳定系数的影响不大,这与《路基路面工程》中“行车荷载对较高边坡的稳定性较小”一致。而车辆分布在硬路肩外边缘时较不利。故在后面的设计工作中,个人认为直接取公路I级单列或双列都可以,定位距离取土路肩宽度较合适。因为会出现车辆停在硬路肩上的情况(这种情况对于稳定较不利)。

2.挡土墙结构设计及验算

对于挡土墙的结构设计和验算,在《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的附录H里对行车荷载如何考虑是有规定的,H.0.1的11条,核心思路也是将车辆荷载换算为对应土柱高度,但是相较稳定计算则考虑的更为简单,它的车辆荷载附加荷载强度值是给定的,10~20kPa,按照规定取就行了。

在实际设计工作中也常用理正软件来进行设计或验算。理正挡墙中内置了多种计算车辆荷载的方法,其中采用“2004路基规范挡土墙车辆车载”这一选择,即是跟现行规范的规定一致,换算土柱高度是根据我们输入的墙高和填土容重自动计算的。所以个人认为直接选这一项就可以了。

3.路面结构验算

在路面结构设计验算中,对于行车荷载的考虑较上述两种情况又有不同。比如在沥青路面结构设计验算中,荷载是用标准轴载(单轴双轮BZZ-100)的一侧的双轮简化成的双圆荷载来体现的,即在计算中,p值是定值0.7MPa,双圆的直径也为定值0.213m。

依据为《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)中6.1.1条。

《路基路面工程》中给了相应的简化计算过程。

在日常的设计工作中一般是使用路面设计软件HPDS2017来进行沥青路面结构设计验算,HPDS仅需要输入规范公式中的一些其他参数即可,它通过内置的弹性层状体系计算程序已经完成路面结构的力学响应计算,所以一般不需要考虑或输入行车荷载的值。如果是自己用弹性层状体系或者其他软件来计算力学响应从而设计或验算路面结构时,则可以用上述规定和数值来表征行车荷载。

4.总结与思考

今后设计工作中:(1)对于边坡稳定计算,直接选择公路I级-单列车队或双列车队都可,分布位置距路基边缘一个土路肩宽度比较科学合理,因为车辆横向分布列数对高边坡稳定系数影响不大;(2)对于挡墙计算,直接选择“2004路基规范挡土墙车辆车载”,软件会根据挡墙高和填土容重自动计算换算土柱高度,与规范规定一致;(3)对于沥青路面结构设计验算,无需对行车荷载做过多考虑,因为行车荷载主要影响路面结构的力学计算,而这已在HPDS里内置的计算程序完成了。

进一步,边坡稳定和挡墙计算,都是用的车辆荷载来简化为一定高度的土柱;路面结构设计验算则只看标准轴的一侧的双轮。因为边坡稳定和挡墙计算关注的是边坡或挡墙的整体性能,模型尺寸较大,可以去用一辆车的整体作用;而路面结构设计则只关注在路面结构层的力学响应,所以模型的尺度要更小一点,要用一侧车轮简化的荷载这一点?


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