整理大吨位车辆对地下管线的影响

1、精品文档大吨位车辆对地下管线的影响汽车荷载对管道的作用是管道受力计算的重要组成部分，我国协会标准给水排水工程预制混凝土圆形管管道结构设计规程(CECS143:2002)中附录C.0.2规定地面行驶的车辆荷载的载重、车轮布局、运行排列等，应参考现行标准公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)采用。随着我国经济发展和现代化进程加快，原公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)汽车荷载等级为汽-10级、汽-15级、汽-20级、汽-超20级被废止，新规范公路工程技术标准(JTGB01-2003)汽车荷载等级公路-I级、公路-II级执行。而我国城市道路中城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)汽车荷载

2、等级为城-A,城-B级。各个规范规定的荷载参数有所不同。随着城市道路改造的进行，其荷载升级，原主要荷载汽-20级升级到城-A级荷载。而管道系统很少随之重新设计，许多管道面临道路荷载等级提升后结构受力安全问题，如北京朝阳雨水方沟就在道路荷载提升过程中由现此类问题。本文比较了各规范中不同车辆组合下汽车荷载作用下汽车荷载的标准值，提供一些参数供实际工程中参考使用。1-各规范中汽车参数比对1-1公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)1汽车荷载以汽车车队表示，分为汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级和汽精品文档精品文档车-超20级4个等级。车辆荷载分布及其主要技术指标分别见图1和表1。60120

3、t|120J13I1M?_U4|拈_b.汽车超20级I4I1J48I车辆荷载分布示意（轴值单位:kN；a.汽车-20级中尺寸：m）表1各级汽车荷载主要技术指标主要参数单位汽车生车i°蝴;军汽车主r“曜司汽车一i主°*8巾车汽车innoLI主车车汽车总重力kN100150200300550汽车车队中车辆数辆1_111前轴重力kN3050200300550中轴重力kN.2x120后轴重力kN701001302x1202x140轴距m4,04.04,04.0+143+L4+7+L4轮距mL8L8L81.81.8前轮着地宽度和长度m0,25x00O.25xO.2D0.3x0.200

4、.3x0.200,3x0.20中、后轮着地宽度和长度mO.5xO.205x0.205x0.20.6x0,20,6x0,2车辆外形尺寸长乂宽）m7x2.57x2.57x2.58x2.515x2.5精品文档精品文档1-2公路工程技术标准(JTGB01-2003)2汽车荷载由车道和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。公路-I级和公路-II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。车辆参数与汽-超20重车相同。实际上公路-I级和公路-II级汽车荷载采用原规范范公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)中汽-超20重车荷载。车辆荷载分布见图2。匚3一山47.114|L8k1.访邛0.515汽车-超

5、20级2车辆荷载分布示意(轴重单位:kN；§中尺寸：m)1-3城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)3汽车荷载等级可分为：城-A级和城-B级汽车荷载2个等级。城-A级标准载重车采用5轴货车加载，总重700kN,前后轴距为18m,行车限高横向宽度为3m。城-B级标准载重车采用3轴货车加载，总重300kN,前后轴距为4.8m,行车限高横向宽度为3.0mo车辆布置见表2、3和图3、4。精品文档下轴编号12345车轴编号123轴重（kN）60J40J40200160轴重（kN）60120120轮重（kN）30*70701008()轮重（kN）30to60总重700kN总重700kN精品文档

6、表2表3（车轴樵号）图3城-A级标准车辆纵,平hi二idhrl.|8j1|,8Q.6>1.3l3±&>o.i4城-B级标准车辆纵.由各规范比较可以看由汽-20、汽-超20重、公路-I级在轴布置（单位:重、轴距方面不同，按理论分析，接地面积只和轴重有关系但城-A、B轻重轴接地面积分别为0.25X0.25和0.6X0.25,汽-20、汽-超20重、公路-I级轻重轴接地面积分别为精品文档精品文档0.25X0.2和0.6X0.2。汽-20、汽-超20重、公路-I级在相同轴重情况下接地面积为城-A、B的80%o因此在计算汽车荷载对管道的作用标准时应注意这一点。2轮压传递土压

7、力计算单个轮压传递到管顶的竖向土压力标准值qvk为（图5）:(H+1.4/7bi+L)O.7H".%7H。-9H汽6单个轮压的传递分布式中:qvk为轮压传递到管顶处的竖向压力标准值（kN/m2）;Qvk为地面车辆单个轮压标准值（kN）;ai为单个车轮i的着地分布长度（m）;bi为单个车轮i的着地分布长度（m）;H为自行车地面至管顶的深度（m）;Ud为动力系数，其值见表4表4动力系数地面至管顶深度H（m）动力系数吗ft250.300.401.301.25L300,500.6)L70L151.(151.0。两个以下单排轮压综合影响传递到管顶的竖向土压力标准值4丫卜为（图6）:精品文档精品

8、文档14/0品二二(2)(ii+1.4/|)(nbi+Edq+L4H)j-6两个以下单排轮压综合影响传递分布示意式中：n为车轮的总数量；dbj为沿车轮着地分布宽度方向，相邻两车轮间的净距（m）。地面车辆荷载传递到管道上的侧向土压力标准值qhz,k为：qhz,k=qvz,k/3（3）式中，qhz,k为地面以下深度Z处的侧压力（kN/m2）,一般可取管中心处计算，管侧压力可视为沿管侧均匀分布。3、车辆组合情况下传递土压力计算3-1车辆组合当车辆荷载横向组合并根据规范要求进行组合时，最不利工况是两辆车并排。如图7、8、9精品文档精品文档图8上制20船做图9汽超20蛆合情况(f-+aresin/bJ(

9、I12+z2i(b2+z2)理论可以计算矩形荷载作用下地基附加应力问题。设矩形荷载的长度和宽度分别为l和b,解得均布矩形荷载角点下的竖向附加应力可表示为：要计算矩形均布荷载组作用下附加应力情况是相当烦琐的因为要同时考虑相邻荷载影响问题，进行附加应力叠加和组精品文档精品文档合，以两辆相向分布载为例，应力分区就存在13个，如图10和表5。因此要完成每一分区附加应力计算相当不易表5各土压力分区范围表(m)序号分区影响车深度范围名称轮数量汽-20汽-超20城-A1A110-110-110-112A220.86-H0.86-H0.68-II3BII0-0.860-0.860-0.684B220.86-L

10、79(186-L790.68-L795C1Q5-A070.5-工070.舁3.076C240.86-107ft86-3.070.68-3.077D170.83110.86-H0.68-118D240.83II0.86-II0,68-119E131.79-H1.79-IIL79-1110E26L79-HL79-II1.79-1111F143.07-II3.07-113,(17-1112F283.07-II3.07-H3.07-113C2Q5-(1860,5-0.86050.68910土压力分区模型图11±压力传递俯视精品文档精品文档3-2我国标准、规范计算方法我国标准规范考虑到土对集中

11、力消散作用，即为在车轮荷载作用下，压力沿一定的角度扩散，不考虑相邻荷载引起应力的集中现象，认为在扩散影响范围内，土压力是均匀分布的。基本上如图11所示在交叉影响区矩形均匀传递。交叉区以外单车轮传递。基本土压力可由式（2）求生。表6分别计算管道处于不同埋深时汽-20、汽-超20、公路-I、公路-II、城-A、城-B荷载产生的竖向土压力。其中汽-20、汽-超20、公路-I、公路-II、由于汽车轴距、接地面积、车辆横向组合参数相同，所以车轮组合H分界点为0.5m、0.86m;而城-A、城-B车轮组合H分界点为0.5m、0.68m、0.86m。注：H为管道覆土深度（m）4、小结1、汽车荷载对管道的作用标准值计算是一个比较复杂的过程，不同组合工况下，土压力随深度变化而变化。在覆土0.7m以下土压力变化速率减缓。目前我国有关设计规程把管道覆土深度划为H<0.7m;H=0.7m4.5m;H>4.5m是精品文档精品文档综合考虑恒载和活载作用的结果，是比较合理的。2、随着我国城市道路升级。许多旧管道埋深在3m以下时,车轮组合作用下标准值将小于地