PAGE4-BS5400與JTGD60汽車荷載的比較摘要本文通過介紹英國規(guī)范BS5400：1988關(guān)于汽車荷載的規(guī)定，并將其與中國現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTGD60-2004的汽車荷載進(jìn)行比較，分析兩者之間的異同，以期為國內(nèi)設(shè)計(jì)施工人員利用BS5400規(guī)范進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過對一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車道額定荷載、車道布置及荷載組合等方面進(jìn)行比較分析，總體上BS5400中汽車荷載取值標(biāo)準(zhǔn)高于JTGD60。關(guān)鍵詞汽車荷載車道荷載車道布置荷載組合引言海外橋梁工程設(shè)計(jì)中常需用到BS5400：1988系列規(guī)范，其荷載取值與現(xiàn)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有一定的差異，給設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確應(yīng)用帶來困惑。BS5400共分10個(gè)部分，關(guān)于汽車荷載及荷載組合的規(guī)定見于BS5400:part2,即第二部分。本文將BS5400與JTGD60中相關(guān)荷載取值規(guī)定作比較，分析兩者的異同。額定荷載（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車道的荷載標(biāo)準(zhǔn)值）BS5400：part2中的汽車荷載包括HA荷載和HB荷載[1]。額定的HA荷載由UDL（均布荷載）和KEL（集中荷載）組成，如圖1所示。圖1HA加載圖示UDL根據(jù)加載長度L的不同分為以下形式：時(shí)；時(shí)，但不小于。額定的HB荷載為特殊車輛荷載，為4個(gè)軸16個(gè)車輪的車載。一個(gè)單位的HB荷載為每個(gè)輪重2.5kN，每個(gè)軸重4×2.5=10kN。HB荷載最小為25個(gè)單位，如有確切的依據(jù)時(shí)可增加到45個(gè)單位。車輛總寬度為3.5m，總長度按最不利效應(yīng)分別取10、15、20、25或30m，其對應(yīng)的兩內(nèi)軸間隔分別取6、11、16、21或26m。HB荷載的平面和車輪布置如圖2所示。圖2HB荷載布置圖JTGD60[2]公路-I級車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，如圖3所示。圖3JTGD60車道荷載加載圖示其中均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)加載長度L不同分3種情況：當(dāng)時(shí)；當(dāng)時(shí)；當(dāng)時(shí)。計(jì)算剪力時(shí)，集中荷載應(yīng)取應(yīng)乘以1.2的系數(shù)。JTGD60中的車輛荷載如圖4所示圖4JTGD60車輛荷載加載圖示整體計(jì)算中BS5400選用單獨(dú)的HA荷載、HA荷載與HB荷載組合兩種情況進(jìn)行分析計(jì)算；JTGD60只取用車道荷載，車輛荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計(jì)算。HA荷載與JTGD60中的車道荷載相似，UDL荷載對應(yīng)均布荷載，KEL荷載對應(yīng)集中荷載。HA荷載與HB荷載組合時(shí)按荷載最不利情況布置HB荷載，HB荷載前后25m范圍內(nèi)不得考慮其他荷載，25m范圍外布置HA荷載?，F(xiàn)按簡支梁根據(jù)不同跨徑對三種荷載分別布置計(jì)算彎矩和剪力進(jìn)行比較。計(jì)算HB荷載取30個(gè)單位，僅考慮一個(gè)加載分車道的荷載效應(yīng)。JTGD60的荷載考慮汽車的沖擊作用時(shí)沖擊系數(shù)采用1.2。計(jì)算結(jié)果詳見表1。圖7HB與HA荷載組合橫向加載圖示（HB荷載位于兩個(gè)加載分車道）部分采用BS5400規(guī)范的國家對HB荷載的布置另有規(guī)定，如計(jì)入HB荷載時(shí)，HB荷載總是占用兩個(gè)加載分車道。3.2JTGD60車道荷載布置JTGD60中的加載分車道的數(shù)量如表3所示表3JTGD60橋涵設(shè)計(jì)車道數(shù)橋面寬度W設(shè)計(jì)車道數(shù)車輛單向行駛車輛雙向行駛12345678JTGD60中的設(shè)計(jì)車道類似于BS5400加載分車道，每一個(gè)設(shè)計(jì)車道上均布置全值的車道荷載。但根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)車道數(shù)應(yīng)考慮多車道折減，如表4所示。表4多車道橫向折減系數(shù)設(shè)計(jì)車道數(shù)2345678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.550.520.503.3應(yīng)用比較HA荷載與JTGD60的車道荷載形式相同可進(jìn)行量化比較。HA荷載根據(jù)不同的車道數(shù)進(jìn)行荷載布置，車道荷載則根據(jù)不同的車道數(shù)進(jìn)行橫向折減，其總車道荷載的比例系數(shù)如表5所示。表5總車道荷載比列系數(shù)車道數(shù)2345678HA荷載總車道荷載效應(yīng)系數(shù)22.332.6733.333.674JTGD60總車道荷載效應(yīng)系數(shù)22.342.6833.33.644由表5可見，BS5400中HA荷載和JTGD60中對汽車荷載的橫向布置的規(guī)定差異不大。效應(yīng)組合系數(shù)BS5400和JTGD60均分為承載能力極限狀態(tài)ULS和正常使用極限狀態(tài)SLS[2][3]。BS5400中兩種極限狀態(tài)均包括5種荷載組合，分別為：組合1：永久荷載+主要活載（汽車荷載和人群荷載）組合2：永久荷載+主要活載+風(fēng)荷載+臨時(shí)荷載組合3：永久荷載+主要活載+溫度荷載+臨時(shí)荷載組合4：永久荷載+附加活載（離心力、制動(dòng)力、滑行力、碰撞力，各個(gè)附加活載單獨(dú)考慮不組合）+與附加活載對應(yīng)的主要活載組合5：永久荷載+支座摩阻力計(jì)算時(shí)取兩種極限狀態(tài)下最大的組合值進(jìn)行計(jì)算。與汽車荷載相關(guān)的各種組合的組合系數(shù)如表6所示。[1]，其中用以考慮荷載偏離其額定荷載而產(chǎn)生的不利影響，用以考慮各種荷載共時(shí)作用而同時(shí)達(dá)到額定值的概率會降低。表6BS規(guī)范汽車荷載的組合系數(shù)表（ULS/SLS）荷載類型組合1組合2組合3組合4組合5主要活載HA荷載1.50/1.201.25/1.001.25/1.00HA+HB1.30/1.101.10/1.001.10/1.00附加活載及對應(yīng)的主要活載離心力及對應(yīng)的主要活載1.50/1.00制動(dòng)力（HA及對應(yīng)的主要活載）1.25/1.00制動(dòng)力（HB及對應(yīng)的主要活載）1.10/1.00滑行力及對應(yīng)的主要活載1.25/1.00碰撞力及對應(yīng)的主要活載1.25/1.00JTGD60的承載能力極限狀態(tài)下的基本組合中汽車荷載（含汽車沖擊力）作為主要活載時(shí)的分項(xiàng)系數(shù)為1.4；正常使用極限狀態(tài)下的短期效應(yīng)組合中汽車荷載（不含汽車沖擊力）的頻遇值系數(shù)為0.7，長期效應(yīng)組合中汽車荷載（不含汽車沖擊力）的準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.4。按表1中的荷載效應(yīng)乘以JTGD60中的組合系數(shù)和汽車荷載占主要活載的BS規(guī)范組合1的組合系數(shù)，進(jìn)行類比。表中USL最大效應(yīng)比值和分別為BS5400相對于JTGD60最大彎矩效應(yīng)和最大剪力效應(yīng)的比值，SLS最大效應(yīng)比值為BS5400相對于JTGD60標(biāo)準(zhǔn)組合最大彎矩效應(yīng)比值。計(jì)算結(jié)果如表7所示。表7：承載能力極限狀態(tài)組合簡支梁汽車荷載比較表（不含汽車沖擊力）加載

長度

LULS最大彎矩M（kN.m）ULS最大剪力V（kN）HAHA+HB公路-I級HAHA+HB公路-I級組合1組合1基本組合組合1組合1基本組合53666243611.732936403391.8910101315998841.814058114101.98151941280815681.7951810614802.21203150475824151.9763011865502.15254641670834231.9674312606212.03306413865845941.8885513106911.903579401060859261.7990713467611.774096031255874201.6996016138321.9445113631450890761.60101017099021.90加載SLS最大彎矩M（kN.m）長度

LHAHA+HB公路-I級組合1組合1短期組合長期組合標(biāo)準(zhǔn)組合52935281801032582.051081013534422536312.14151553237678444811202.122025204026120869017252.332537135676171297824452.3230513073262297131332812.2335635289762963169342332.12407682106263710212053002.00459090122764538259364831.89由表7計(jì)算結(jié)果可見BS5400荷載效應(yīng)遠(yuǎn)大于JTGD60公路-I級荷載效應(yīng)。JTGD60汽車荷載在承載能力極限狀態(tài)下基本組合及計(jì)算截面混凝土法向壓應(yīng)力、受拉鋼筋拉應(yīng)力、斜截面主壓應(yīng)力時(shí)應(yīng)考慮汽車荷載的沖擊作用。汽車荷載的沖擊系數(shù)，根據(jù)不同的橋型沖擊系數(shù)各有不同，即使考慮最大的沖擊系數(shù)，BS5400的汽車荷載效應(yīng)也大于JTGD60。如果考慮HB荷載布置時(shí)占用兩個(gè)加載分車道，則計(jì)入HB的荷載效應(yīng)與JTGD60公路-I級荷載效應(yīng)相差不多。正常使用極限狀態(tài)下BS5400未考慮活載的頻遇值，結(jié)果則比JTGD60短期效應(yīng)組合大很多。荷載組合選用5.1BS5400規(guī)范根據(jù)BS5400規(guī)定，設(shè)計(jì)荷載需要乘以一系數(shù)，用以考慮荷載效應(yīng)計(jì)算的不精確、未料到的在結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力分布情況、施工尺寸不精確等影響。正常使用極限狀態(tài)鋼筋混凝土構(gòu)件開裂計(jì)算荷載只取用組合1荷載，HB荷載只取用25個(gè)單位，除了懸臂板，梁板上翼緣，空心板和箱梁外不需考慮HA輪壓。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件開裂計(jì)算時(shí)組合1荷載作用下構(gòu)件滿足1類預(yù)應(yīng)力的要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力，組合2到5荷載作用下構(gòu)件滿足2類或3類預(yù)應(yīng)力的要求。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算時(shí)荷載取用組合1到5。荷載分項(xiàng)系數(shù)按表6取用，安全系數(shù)。承載能力極限狀態(tài)對所有構(gòu)件荷載組合1到5均須考慮，荷載組合系數(shù)如表6所示，除了結(jié)構(gòu)分析采用塑性分析法時(shí)安全系數(shù)外，其他情況安全系數(shù)。撓度影響最小凈空的最大撓度值應(yīng)由正常使用極限狀態(tài)下的荷載組合1求得。結(jié)構(gòu)外形和影響排水的撓度值僅需考慮恒載效應(yīng)。荷載組合系數(shù)如表6所示。5.2JTGD60根據(jù)JTGD60規(guī)定，持久狀況承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度劃分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級，根據(jù)橋梁規(guī)模確定設(shè)計(jì)安全等級。對應(yīng)于設(shè)計(jì)安全等級一級、二級、三級結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)分別取1.1、1.0和0.9。正常使用極限狀態(tài)鋼筋混凝土構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的開裂計(jì)算時(shí)荷載均取短期效應(yīng)組合。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)混凝土正截面的拉應(yīng)力驗(yàn)算需用短期效應(yīng)和長期效應(yīng)分別驗(yàn)算；混凝土斜截面主拉應(yīng)力驗(yàn)算選用短期效應(yīng)組合；混凝土正截面的壓應(yīng)力、斜截面主壓應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力驗(yàn)算均取用標(biāo)準(zhǔn)組合。承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗扭等承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算均選用基本組合。撓度受彎構(gòu)件在使用階段的撓度按短期效應(yīng)組合計(jì)算的撓度值乘撓度長期增長系數(shù)。根據(jù)不同的混凝土強(qiáng)度取值為。5.3比較BS5400根據(jù)不同的極限狀態(tài)和結(jié)構(gòu)分析方法選用安全系數(shù)，JTGD60根據(jù)不同的橋梁規(guī)模選用安全系數(shù)，兩者選用的原則不同，但取值相差不多。正常使用極限狀態(tài)下BS5400選用的荷載組合中汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)遠(yuǎn)大于JTGD60短期效應(yīng)組合和長期效應(yīng)組合選用的系數(shù)，但與標(biāo)準(zhǔn)組合的系數(shù)比較相近。兩種規(guī)范在正常使用極限狀態(tài)下均不考慮安全系數(shù)的選用。從汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)取值來看，BS5400取值標(biāo)準(zhǔn)高于JTGD60。承載能力極限狀態(tài)下BS5400始終保留一定的安全系數(shù)乘以荷載組合取值系數(shù)后，其值大于JTGD60基本組合中汽車荷載為主要活載時(shí)的分項(xiàng)系數(shù)1.4。從汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)取值來看，BS5400取值標(biāo)準(zhǔn)高于JTGD60。撓度計(jì)算時(shí)HA荷載的分項(xiàng)系數(shù)為1.2，HB荷載的分項(xiàng)系數(shù)為1.1，JTGD60短期效應(yīng)汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)0.7乘以撓度長期增長系數(shù)，其系數(shù)值為。從汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)取值來看，BS5400取值標(biāo)準(zhǔn)高于JTGD60。結(jié)論1）BS5400中HA荷載與JTGD60中的車道荷載相似，HB荷載與車輛荷載相似；BS5400中HA和HB荷載可進(jìn)行組合，而JTGD60車道荷載和車輛荷載的作用不疊加。2）計(jì)入沖擊系數(shù)的JTGD60中公路-I級荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值與BS5400中HA荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值相差不多，對于小跨徑橋梁公路-I級比HA大。但是計(jì)入HB荷載后，HA與HB組合荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值大于公路-I級荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，且兩者差異較大。3）BS5400中HA荷載和JTGD60中對汽車荷載的橫向布置的規(guī)定差異不大。4）BS5400中汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)高于JTGD60。5）總體考慮，B