Un ponte stradale presenta un carico maggiore quando i veicoli sono parcheggiati o in movimento?

I ponti sono progettati per i carichi che provengono dai veicoli che dovrebbero attraversarli. Ciò include il peso del veicolo ed eventuali carichi dinamici che possono essere introdotti dal movimento del veicolo. I carichi dinamici possono derivare dal "rimbalzo" o dal colpire un giunto o una buca.

Inizialmente sembrerebbe ovvio che viene applicato più carico a un ponte mentre i veicoli sono in movimento (peso del veicolo più carico dinamico). I carichi dinamici sono proporzionali alla velocità di marcia dei veicoli, ma man mano che i veicoli vanno più veloci, in genere sono distanziati più lontano.

Quando i veicoli sono fermi, in genere sono molto più distanziati rispetto a quando si muovono.

• Può esserci una situazione in cui un carico maggiore è su un ponte a causa di veicoli parcheggiati ravvicinati rispetto a veicoli in movimento che sono più distanti?
• Queste due situazioni sono coperte dalla progettazione del ponte?

Veicoli parcheggiati vs veicoli in movimento

I veicoli parcheggiati a distanza ravvicinata (o che si muovono lentamente) sono decisamente più onerosi, come indicato a pagina 89, Appendice 2.A, Clausola 2.A.1 del codice di progettazione del ponte sudafricano TMH7 :

È generalmente accettato e si può facilmente dimostrare che, tranne in un intervallo molto ridotto, la peggiore condizione di carico si verifica in condizioni congestionate (da paraurti a paraurti) causate da un blocco del traffico e che la dispersione del traffico alla velocità causata da un aumento dell'inter- spaziatura, più che compensa gli effetti dell'impatto.

Tuttavia, ciò è vero solo mediante ispezione per un numero illimitato di veicoli dello stesso peso per unità di lunghezza. Se un insolito veicolo estremamente pesante attraversa un ponte, allora non possiamo applicare questa regola, dato che ne abbiamo solo uno e non può essere paraurti da paraurti con se stesso. Quindi passiamo ai codici di progettazione del ponte per considerare le configurazioni pertinenti.

Codici di progettazione del ponte

Quando si tratta di progettare ponti ogni paese sembra inventare il proprio ponte caricando il proprio codice di progettazione. Ho letto molti di questi codici - una parte significativa del mio lavoro è programmare questi codici di caricamento dei bridge nel software di progettazione dei bridge. La maggior parte dei codici di progettazione ha varie configurazioni di caricamento da controllare, sebbene raramente specifichino che sono per "veicoli parcheggiati" o "veicoli in movimento". Il più vicino che conosco è lo standard BD86 del Regno Unito .

BD86 serve per la valutazione di ponti britannici esistenti per il trasporto di veicoli eccezionalmente pesanti (denominati carichi SO o SOV). Le clausole da 3.20 a 3.25 forniscono due diverse configurazioni. O (i) il SO / SOV si sposta a velocità normale, con un fattore dinamico, e il caricamento normale non è consentito entro 25 m dal SO / SOV; oppure (ii) il SO / SOV si sposta a bassa velocità, senza alcun fattore dinamico, ma il caricamento normale è consentito più vicino (non entro 5 m).

Ma per quanto riguarda tutti gli altri standard di progettazione in tutto il mondo? Sulla base del fatto che non ho sentito parlare di guasti ai ponti a causa del carico di progettazione standard troppo basso, penso che sia un presupposto sicuro che gli standard di progettazione considerino sicuramente il caso peggiore. Quindi, qualunque cosa sia progettata per questo, deve rappresentare il caso peggiore per carico mobile o carico statico ravvicinato.

La maggior parte degli standard di carico autostradale dei paesi considera due configurazioni che devono essere progettate per: una configurazione di un singolo veicolo (o un singolo veicolo per corsia) e una configurazione di un carico uniformemente distribuito (cioè un carico per area che viene applicato ovunque si aggiunga per l'effetto progettato per). Questa seconda configurazione potrebbe essere quella dei veicoli parcheggiati ravvicinati, oppure potrebbe rappresentare molti camion / camion distanziati ma il loro peso è stato in media sulla lunghezza totale. Sospetto che possa effettivamente rappresentare entrambe queste situazioni.

Un fatto importante qui è il peso relativo di un camion / camion rispetto a un'auto. Nel Regno Unito, un camion normale (ovvero uno che non richiede un'autorizzazione speciale per il suo viaggio) ha un peso massimo di 44 tonnellate e una lunghezza di circa 12 m. Questo dà 3,7 t / m. Un'auto tipica (ho scelto la Vauxhall Astra) è di circa 2 tonnellate e 4,5 m di lunghezza che danno 0,45 t / m.

Suggerisco che in una situazione di carico in movimento potresti avere camion / camion abbastanza ben distanziati, ma in una situazione di ingorgo, quando camion e auto tendono a mescolarsi, la spaziatura camion / camion è più o meno la stessa perché gli spazi sono riempiti di automobili . Con le auto che producono poco carico per lunghezza rispetto a un camion / camion, il carico medio per unità di lunghezza può essere più o meno lo stesso sia che il traffico sia in movimento o di cancelleria.

Sebbene provenga da una prospettiva diversa, credo che il manuale AASHTO per la valutazione dei ponti; la clausola di commento C6B.7.2.2 implica qualcosa del genere. Dice:

La probabilità di avere una serie di veicoli pesanti ravvicinati con il peso massimo ammissibile aumenta quando il peso massimo consentito per ogni unità diminuisce. Cioè, è più probabile avere un treno di veicoli leggeri che avere un treno di veicoli pesanti.

Mi assumo questo può essere applicato al / situazione in movimento parcheggiato. Cioè, più veicoli hai sul ponte contemporaneamente, più basso è il probabile peso medio del veicolo.

Ciò che è più significativo dipende dal ponte in questione, certamente dalla sua lunghezza e dalle caratteristiche del carico applicato. Per questa discussione presumo il caricamento del traffico autostradale.

La domanda si riferisce agli effetti dinamici, e vale la pena notare che questo è più che un impatto dal colpire una buca. Se una trave semplice a campata singola elastica viene caricata istantaneamente con una forza, la deflessione del picco risultante è due volte la deflessione sotto la stessa forza nel caso statico e questo effetto non è correlato all'effetto di picchi istantanei nel carico applicato a causa del colpire dei veicoli irregolarità della superficie (buche ecc.).

Per la maggior parte dei ponti autostradali, credo che l'effetto dinamico sia più significativo. Il traffico veloce ma distanziato è più oneroso del traffico lento e concentrato. Tuttavia, questa conclusione si basa sull'osservazione che ci sono più ponti corti (si estendono fino a decine di metri) che ponti lunghi - non esiste un principio generale che dia una risposta universale.

È relativamente semplice determinare che per un ponte molto corto se il traffico è in coda o meno è irrilevante - se il ponte è più corto di un veicolo, sul ponte sarà presente solo un veicolo (o un asse), quindi se esiste una coda o no non influenza il numero di veicoli che caricano la struttura o il carico. Viceversa è facile immaginare che un ponte molto lungo (diverse centinaia di metri di lunghezza), un veicolo che colpisce una buca avrà un effetto trascurabile, poiché anche se il carico di quel veicolo raddoppia istantaneamente, se ci sono centinaia di veicoli sul ponte non avrà un effetto proporzionalmente grande.

Nella pratica del Regno Unito, i ponti stradali sono progettati e valutati in base ai documenti dell'Agenzia delle autostrade (i cosiddetti "BD e" BA). Il caricamento su autostrada veicolare è in due "gusti" - HA è un traffico "normale" e HB è un caricamento arbitrario utilizzato per esaminare le caratteristiche del ponte sotto carico anomalo. Il caricamento HA per la progettazione è definito in BD37 e la derivazione include la tolleranza per l'impatto - leggi l'Appendice A: "l'effetto di impatto di un asse sui ponti autostradali può arrivare fino all'80% del peso statico dell'asse ed è stata concessa una tolleranza di tale entità nel derivare il carico di HA ", sebbene l'influenza dell'impatto si riduca man mano che la portata aumenta.

Le code di traffico non solo danno luogo a raggruppamenti naso a coda, ma potenzialmente possono dare luogo a veicoli che si avvicinano da un lato all'altro. Nei BD questo viene chiamato 'raggruppamento laterale', che è dove più veicoli si affollano sulla struttura.

BD37 consente sia il raggruppamento laterale che quello a impatto simultaneo, ovvero presuppone che tu abbia un ingorgo molto stretto che viaggia anche ad alta velocità. Questo ovviamente non accade, ma è ciò che incapsula il codice.

Nel valutare le strutture esistenti, tuttavia, le norme del Regno Unito non applicano entrambi gli effetti insieme. BD21 è il codice per la valutazione delle strutture. La clausola 5.23 affronta in modo specifico questa domanda (UDL e KEL sono due componenti del caricamento HA):

"HA UDL e KEL sono stati derivati ​​utilizzando un fattore di raggruppamento laterale per tenere conto della possibilità che, in situazioni di movimento lento, più corsie di traffico rispetto alle corsie contrassegnate o nozionali possano utilizzare il ponte. L'analisi probabilistica mostra che i massimi effetti di impatto, che si verificano ad alta velocità, non dovrebbero essere considerati insieme al raggruppamento laterale massimo. Il confronto tra gli effetti della velocità del traffico alternativo e le situazioni di raggruppamento hanno portato alla conclusione che l'effetto ad alto impatto ad alta velocità senza raggruppamento laterale è il criterio più oneroso per il caricamento del ponte . Pertanto, l'UD UDL e il KEL devono essere adeguati al fine di eliminare il fattore di raggruppamento laterale dividendo per il seguente fattore di aggiustamento (AF) "

Il fattore di regolazione è un numero relativamente grande per lunghezze caricate fino a 20 m, ma si riduce a 1,0 (vale a dire dividere per 1,0, quindi non modificare il valore) a 40 m di lunghezza caricata.

Da questo non è possibile fare affermazioni definitive (vale a dire, non si può dire "sotto 20m è dinamico, sopra 40m sono code di traffico"), perché il caricamento è in una certa misura empirico e derivato dopo un'analisi probabilistica e include congetture ( descritto come "per stima" nella norma) con indennità per i risultati dell'analisi di sensibilità. Ancora una volta, l' appendice A BD37 1 ha discusso di questo:

"Per lunghezze di carico lunghe, i principali fattori che influenzano il carico sono le portate del traffico, la percentuale di veicoli pesanti nei flussi, la frequenza di occorrenza e la durata degli ingorghi e la distanza dei veicoli in un ingorgo. Questi parametri sono stati determinati studiando il modelli di traffico in diversi siti su strade secondarie, mediante rilevamenti del carico in altri siti e, dove i dati richiesti erano introvabili, mediante stima. È stato adottato un approccio statistico per derivare i caricamenti caratteristici da cui sono stati ottenuti i carichi nominali. Sono state condotte analisi di sensibilità per testare il significato sul caricamento di alcune delle ipotesi formulate ".

Vale la pena notare che quanto sopra è un po 'non rigoroso rispetto agli span. La lunghezza che conta rispetto alla derivazione del carico è la "lunghezza del carico", che non è sempre la stessa cosa dell'intervallo. Per un singolo intervallo semplicemente supportato, se si sta esaminando l'effetto di piegatura, i due sono sinonimi, ma molti ponti sono più complessi di quello (ad esempio, campate multiple multiple, abutment integrali ecc.). La lunghezza caricata è la lunghezza su cui viene caricato l'elemento della struttura e, durante la progettazione, è necessario scegliere la lunghezza che genera l'effetto più oneroso per l'elemento che si sta progettando per eseguire i calcoli rispetto a quel particolare elemento. Questa è spesso l'intera lunghezza di una campata, ma ci sono casi in cui (ad esempio) il caricamento di una lunghezza inferiore ha un effetto maggiore, in particolare nelle strutture continue,

Se stai parlando solo di un carico dinamico verticale , il caso in cui hai un ingorgo sarebbe più governante per la progettazione del ponte ponte . L'aumento e la diminuzione momentanei della forza verticale dovuti a dossi da una carreggiata irregolare possono essere trascurati poiché:

• la grandezza sarebbe piccola per una carreggiata adeguatamente mantenuta
• la grandezza sarebbe ancora piccola per una carreggiata mal mantenuta poiché i conducenti tendono a rallentare se hanno difficoltà a guidare dritto
• tali eventi sporadici tendono ad annullarsi a livello globale in quanto non si verificano in sincronia

Un codice di progettazione di un ponte autostradale come BD37 non prende in considerazione esplicitamente i dossi dinamici citati.

Laddove ci sono veicoli che si muovono sul ponte, gli effetti di trazione e frenata genererebbero una forza orizzontale longitudinale che governa la progettazione della sottostruttura del ponte .

Attraverso l'uso corretto delle combinazioni di carico (come mostrato nella tabella seguente) e i corrispondenti fattori di carico che sono già stati rigorosamente studiati e testati, è possibile prendere in considerazione tutti gli scenari di carico per ottenere una progettazione sicura.