Wird eine Straßenbrücke beim Parken oder Bewegen von Fahrzeugen stärker belastet?

Brücken sind für die Lasten ausgelegt, die von den Fahrzeugen kommen, von denen erwartet wird, dass sie diese überqueren. Dies schließt das Gewicht des Fahrzeugs und alle dynamischen Lasten ein, die durch die Bewegung des Fahrzeugs eingeleitet werden können. Dynamische Lasten können vom "Prellen" oder vom Auftreffen auf ein Gelenk oder Schlagloch herrühren.

Zunächst scheint es offensichtlich, dass eine Brücke während der Fahrt stärker belastet wird (Fahrzeuggewicht plus dynamische Belastung). Die dynamischen Lasten sind proportional zur Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge, aber wenn die Fahrzeuge schneller fahren, sind sie typischerweise weiter voneinander entfernt.

Wenn Fahrzeuge angehalten werden, sind sie typischerweise viel weiter voneinander entfernt als wenn sie sich bewegen.

• Kann es eine Situation geben, in der auf einer Brücke aufgrund eng beieinander geparkter Fahrzeuge mehr Ladung steht als bei weiter auseinander fahrenden Fahrzeugen?
• Werden diese beiden Situationen in der Brückenkonstruktion behandelt?

Geparkte Fahrzeuge gegen fahrende Fahrzeuge

Eng beieinander geparkte (oder langsam fahrende) Fahrzeuge sind definitiv belastender, wie auf Seite 89, Anhang 2.A, Abschnitt 2.A.1 des südafrikanischen Brückendesigncodes TMH7 angegeben :

Es ist allgemein anerkannt und kann leicht gezeigt werden, dass der schlechteste Beladungszustand mit Ausnahme des Bereichs mit sehr geringer Spannweite unter überlasteten Bedingungen (Stoßstange an Stoßstange) auftritt, die durch eine Verkehrssperre verursacht werden, und dass die Streuung des Verkehrs mit der Geschwindigkeit durch erhöhte Fahrzeugzwischenräume verursacht wird. mehr als die Auswirkungen des Aufpralls aus.

Dies gilt jedoch nur bei Prüfung einer unbegrenzten Anzahl von Fahrzeugen mit dem gleichen Gewicht pro Längeneinheit. Wenn ein ungewöhnliches extrem schweres Fahrzeug eine Brücke überquert, können wir diese Regel nicht anwenden, da wir nur eines dieser Fahrzeuge haben und es nicht Stoßstange an Stoßstange mit sich selbst sein kann. Wir wenden uns daher den Bridge-Design-Codes zu, um relevante Konfigurationen zu berücksichtigen.

Konstruktionscodes für Brücken

Wenn es um Brückendesign geht, scheint sich jedes Land in seinem Designcode eine eigene Brückenladung auszudenken. Ich habe viele dieser Codes gelesen - ein erheblicher Teil meiner Arbeit besteht darin, diese Brückenladecodes in eine Brückendesignsoftware zu programmieren. Bei den meisten Konstruktionscodes müssen verschiedene Beladungskonfigurationen überprüft werden, obwohl sie selten angeben, dass sie für "geparkte Fahrzeuge" oder "sich bewegende Fahrzeuge" gelten. Das mir am nächsten bekannte ist der BD86- Standard des Vereinigten Königreichs .

BD86 dient zur Bewertung bestehender britischer Brücken für den Transport außergewöhnlich schwerer Fahrzeuge (SO- oder SOV-Lasten genannt). In den Abschnitten 3.20 bis 3.25 werden zwei verschiedene Konfigurationen angegeben. Entweder (i) das SO / SOV bewegt sich mit einem dynamischen Faktor mit normaler Geschwindigkeit, und eine normale Belastung ist innerhalb von 25 m des SO / SOV nicht zulässig; oder (ii) das SO / SOV bewegt sich mit niedriger Geschwindigkeit ohne dynamischen Faktor, die normale Belastung ist jedoch näher (nicht innerhalb von 5 m) zulässig.

Aber was ist mit all den anderen Designstandards auf der ganzen Welt? Ausgehend von der Tatsache, dass ich noch keine Brückenausfälle aufgrund einer zu geringen Standardauslegungslast gehört habe, halte ich es für eine sichere Annahme, dass die Auslegungsstandards den schlimmsten Fall auf jeden Fall berücksichtigen. Unabhängig davon, wofür es ausgelegt ist, muss es den ungünstigsten Fall darstellen, entweder aufgrund einer sich bewegenden Last oder aufgrund einer eng beieinander liegenden statischen Last.

Die Autobahnbeladungsnormen der meisten Länder sehen zwei Konfigurationen vor, die ausgelegt werden müssen: eine Konfiguration eines einzelnen Fahrzeugs (oder eines einzelnen Fahrzeugs pro Fahrspur) und eine Konfiguration einer gleichmäßig verteilten Last (dh eine Last pro Fläche, die überall dort angewendet wird, wo sie hinzugefügt wird) dahingehend, dass). Diese zweite Konfiguration könnte die eng beieinander stehenden geparkten Fahrzeuge sein, oder es könnte sich um viele Lastkraftwagen / Lastwagen handeln, die voneinander beabstandet sind, deren Gewicht jedoch über die Gesamtlänge gemittelt ist. Ich vermute, dass es tatsächlich beide dieser Situationen darstellt.

Eine wichtige Tatsache hierbei ist das relative Gewicht eines Lastkraftwagens im Vergleich zu einem Auto. In Großbritannien hat ein normaler Lastkraftwagen (dh ein Lastkraftwagen, für dessen Beförderung keine besondere Genehmigung erforderlich ist) ein Höchstgewicht von 44 Tonnen und eine Länge von etwa 12 m. Dies ergibt 3,7 t / m. Ein typisches Auto (ich habe den Vauxhall Astra ausgewählt) ist ungefähr 2 Tonnen und 4,5 m lang, was 0,45 t / m ergibt.

Ich schlage vor, dass Sie in einer Situation mit bewegter Ladung Lkw / Lkw in einem relativ großen Abstand zueinander aufstellen. In einer Situation mit Stau, in der sich Lkw und Pkw tendenziell vermischen, ist der Abstand zwischen Lkw / Lkw etwa gleich, da die Lücken mit Pkw gefüllt sind . Mit den Autos wenig Belastung pro Länge auf einen LKW / LKW verglichen, wobei die durchschnittliche Belastung pro Längeneinheit kann sein etwa gleich , ob der Verkehr bewegt oder Briefpapier.

Obwohl es aus einem anderen Blickwinkel betrachtet wird, glaube ich, dass AASHTOs Handbuch für die Brückenbewertung; Die Kommentarklausel C6B.7.2.2 impliziert so etwas. Es sagt:

Die Wahrscheinlichkeit, eine Reihe dicht beieinander liegender schwerer Fahrzeuge mit dem maximal zulässigen Gewicht zu haben, wird größer, wenn das maximal zulässige Gewicht für jede Einheit geringer wird. Das heißt, es ist wahrscheinlicher, dass es einen Zug leichter Fahrzeuge gibt als einen Zug schwerer Fahrzeuge.

Ich gehe davon aus, dass dies auf die Park- / Bewegungssituation angewendet werden kann. Das heißt, je mehr Fahrzeuge Sie gleichzeitig auf der Brücke haben, desto geringer ist das wahrscheinliche Durchschnittsgewicht des Fahrzeugs.

Was bedeutender ist, hängt von der jeweiligen Brücke ab, sicherlich von ihrer Länge und den Eigenschaften der angewandten Belastung. Für diese Diskussion gehe ich von einer Verkehrsbelastung auf der Autobahn aus.

Die Frage bezieht sich auf dynamische Effekte, und es ist erwähnenswert, dass dies mehr als nur ein Schlaglochschlag ist. Wenn ein elastischer einfacher Träger mit einer einzigen Spannweite augenblicklich mit einer Kraft belastet wird, ist die resultierende Spitzenauslenkung im statischen Fall doppelt so groß wie die Auslenkung bei gleicher Kraft, und dieser Effekt steht in keinem Zusammenhang mit der Auswirkung von augenblicklichen Spitzen bei der aufgebrachten Belastung aufgrund eines Aufpralls von Fahrzeugen Oberflächenunregelmäßigkeiten (Schlaglöcher usw.).

Für die meisten Autobahnbrücken glaube ich, dass der dynamische Effekt signifikanter ist. Schneller, aber weiträumiger Verkehr ist lästiger als langsamer Verkehr. Diese Schlussfolgerung basiert jedoch auf der Beobachtung, dass es mehr kurze Brücken (Spannweiten von bis zu zehn Metern) als lange Brücken gibt - es gibt kein allgemeines Prinzip, das eine universelle Antwort gibt.

Es ist relativ einfach zu bestimmen, ob für eine sehr kurze Brücke der Verkehr in der Warteschlange steht oder nicht. Wenn die Brücke kürzer als ein Fahrzeug ist, befindet sich nur ein Fahrzeug (oder eine Achse) auf der Brücke, sodass eine Warteschlange besteht oder nicht hat keinen Einfluss auf die Anzahl der Fahrzeuge, die die Struktur oder die Beladung beladen. Umgekehrt ist es leicht vorstellbar, dass eine sehr lange Brücke (mehrere Hundert Meter lang), bei der ein Fahrzeug auf ein Schlagloch trifft, eine vernachlässigbare Auswirkung hat, da sich die Ladung von diesem einen Fahrzeug sofort verdoppelt, wenn Hunderte von Fahrzeugen auf dem Deck sind es wird keine proportional große Wirkung haben.

In der Praxis des Vereinigten Königreichs werden Fernstraßenbrücken gemäß den Dokumenten der Highways Agency (sog. BDs und BAs) ausgelegt und bewertet. Die Beladung von Autobahnen erfolgt in zwei Varianten: HA ist „normaler“ Verkehr und HB ist eine willkürliche Beladung, mit der die Eigenschaften der Brücke bei abnormaler Beladung untersucht werden. Die HA-Belastung für die Bemessung ist in BD37 definiert und die Ableitung enthält die Berücksichtigung von Stößen - siehe Anhang A: "Die Auswirkung einer Achse auf Straßenbrücken kann bis zu 80% des statischen Achsgewichts betragen, und eine Berücksichtigung dieser Größenordnung wurde vorgenommen bei der Ableitung der HA - Belastung ", obwohl der Einfluss des Aufpralls mit zunehmender Spannweite abnimmt.

Verkehrswarteschlangen führen nicht nur zu einer Bündelung von Bug und Heck, sondern können auch dazu führen, dass Fahrzeuge dichter aneinander drängen. In den BDs wird dies als "seitliches Bündeln" bezeichnet, bei dem mehr Fahrzeuge auf die Struktur drängen.

BD37 ermöglicht gleichzeitig Aufprall- und Querbündelung - dh es wird davon ausgegangen , dass Sie einen dicht gedrängten Stau haben, der auch mit hoher Geschwindigkeit fährt. Das passiert natürlich nicht, aber der Code kapselt es.

Bei der Bewertung bestehender Strukturen wenden die britischen Standards jedoch nicht beide Effekte zusammen an. BD21 ist der Code zur Beurteilung von Strukturen. Abschnitt 5.23 befasst sich speziell mit dieser Frage (UDL und KEL sind zwei Bestandteile des HA-Ladens):

"Der HA-UDL und der KEL wurden unter Verwendung eines seitlichen Bündelungsfaktors abgeleitet, um die Möglichkeit zu berücksichtigen, dass in langsamen Situationen mehr Fahrspuren als die markierten oder fiktiven Fahrspuren die Brücke nutzen könnten. Die probabilistische Analyse zeigt, dass maximale Auswirkungseffekte Ein Vergleich der Auswirkungen von alternativer Verkehrsgeschwindigkeit und Bündelungssituationen hat zu der Schlussfolgerung geführt, dass ein Hochgeschwindigkeits-Aufpralleffekt ohne seitliche Bündelung das schwierigste Kriterium für die Brückenbelastung ist HA UDL und KEL müssen daher angepasst werden, um den seitlichen Bündelungsfaktor durch Teilen durch den folgenden Anpassungsfaktor (AF) zu eliminieren. "

Der Anpassungsfaktor ist eine relativ große Zahl für beladene Längen bis zu 20 m, endet jedoch bei einer beladenen Länge von 40 m bei 1,0 (dh dividieren Sie durch 1,0, ändern Sie den Wert nicht).

Es ist nicht möglich, definitive Aussagen daraus zu machen (dh Sie können nicht sagen, dass "unter 20 m" dynamisch ist, über 40 m "Verkehrswarteschlangen"), da die Belastung zu einem gewissen Grad empirisch ist und nach einer probabilistischen Analyse abgeleitet wird und Vermutungen enthält ( beschrieben als "durch Schätzung" in der Norm) unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse. Auch in BD37 1, Anhang A, wird dies besprochen :

Bei langen beladenen Längen sind die Hauptfaktoren, die die Beladung beeinflussen, die Verkehrsflussraten, der Prozentsatz schwerer Fahrzeuge in den Flüssen, die Häufigkeit des Auftretens und die Dauer von Staus und der Abstand von Fahrzeugen in einem Stau Verkehrsmuster an mehreren Standorten auf Fernstraßen, durch Lastuntersuchungen an anderen Standorten und, wenn die erforderlichen Daten nicht verfügbar waren, durch Schätzung Es wurde ein statistischer Ansatz angewendet, um charakteristische Belastungen abzuleiten, aus denen Nennlasten erhalten wurden die Bedeutung für das Laden einiger der getroffenen Annahmen. "

Es ist erwähnenswert, dass das oben Genannte in Bezug auf die Spannweiten ein wenig unverbindlich ist. Die Länge, die für die Lastableitung von Bedeutung ist, ist die "belastete Länge", die nicht immer mit der Spannweite übereinstimmt. Wenn Sie den Biegeeffekt für eine einzelne einfach unterstützte Spannweite untersuchen, sind beide synonym, aber sehr viele Brücken sind komplexer als diese (z. B. mehrere durchgehende Spannweiten oder integrale Abutments usw.). Die geladene Länge ist die Länge, über die das Element der Struktur geladen wird. Beim Entwerfen sollten Sie die Länge auswählen, die für das Element, das Sie für die Berechnungen in Bezug auf das betreffende Element entwerfen, die belastendste Auswirkung hat. Dies ist oft die gesamte Länge einer Spannweite, aber es gibt Fälle, in denen (z. B.) das Laden einer kürzeren Länge eine größere Wirkung hat, insbesondere bei durchgehenden Strukturen.

Wenn Sie nur von vertikaler Nutzlast sprechen , ist der Fall eines Staus für die Gestaltung des Brückendecks maßgeblicher . Die momentane Zunahme und Abnahme der Vertikalkraft aufgrund von Unebenheiten der Fahrbahn kann vernachlässigt werden, da:

• Die Größe wäre für eine ordnungsgemäß gewartete Fahrbahn gering
• Für eine schlecht befahrene Fahrbahn wäre die Größe immer noch gering, da die Fahrer langsamer fahren, wenn sie Schwierigkeiten beim Geradeausfahren haben
• Solche sporadischen Vorkommen heben sich in der Regel global auf, da sie nicht synchron auftreten

Ein etablierter Entwurfscode für Autobahnbrücken wie BD37 berücksichtigt die von Ihnen erwähnten dynamischen Unebenheiten nicht explizit.

Wo haben Sie Fahrzeuge auf der Brücke, Traktion bewegt und eine Längs erzeugen würde Effekte Brems horizontale Kraft, die auf die Gestaltung der Brücke regiert Unterbau .

Durch den richtigen Einsatz von Lastkombinationen (siehe Tabelle unten) und die entsprechenden Lastfaktoren, die bereits eingehend untersucht und getestet wurden, können alle Belastungsszenarien berücksichtigt werden, um eine sichere Auslegung zu erreichen.