Apakah jembatan jalan mengalami beban lebih ketika kendaraan diparkir atau ketika mereka bergerak?

Jembatan dirancang untuk muatan yang berasal dari kendaraan yang diharapkan melintasinya. Ini termasuk berat kendaraan dan muatan dinamis apa pun yang mungkin timbul dari pergerakan kendaraan. Beban dinamis mungkin berasal dari "memantul" atau dari memukul sambungan atau lubang.

Awalnya akan tampak jelas bahwa lebih banyak beban diterapkan pada jembatan saat kendaraan sedang bergerak (berat kendaraan ditambah beban dinamis). Beban dinamis sebanding dengan kecepatan perjalanan kendaraan, tetapi karena kendaraan berjalan lebih cepat, biasanya jaraknya lebih jauh.

Ketika kendaraan berhenti, mereka biasanya jauh lebih dekat daripada ketika mereka bergerak.

• Mungkinkah ada situasi di mana lebih banyak beban di jembatan karena kendaraan yang diparkir dengan jarak yang lebih dekat daripada dari kendaraan yang bergerak lebih jauh?
• Apakah kedua situasi ini tercakup dalam desain jembatan?

Kendaraan yang diparkir vs kendaraan yang bergerak

Kendaraan yang diparkir dengan jarak dekat (atau bergerak lambat) pasti lebih berat, seperti yang dinyatakan pada halaman 89, Lampiran 2.A, Klausa 2.A.1 dari kode desain jembatan Afrika Selatan TMH7 :

Secara umum diterima dan dapat dengan mudah ditunjukkan bahwa kecuali dalam rentang rentang yang sangat kecil, kondisi pemuatan terburuk terjadi dalam kondisi padat (bemper ke bemper) yang disebabkan oleh penyumbatan lalu lintas dan bahwa dispersi lalu lintas dengan kecepatan disebabkan oleh peningkatan inter jarak, lebih dari mengimbangi dampak dampak.

Namun, ini hanya berlaku dengan inspeksi untuk jumlah kendaraan yang tidak terbatas dengan berat yang sama per satuan panjang. Jika kendaraan yang luar biasa berat melintasi jembatan, maka kita tidak dapat menerapkan aturan ini, karena kita hanya memiliki satu dari kendaraan ini dan tidak dapat menggunakan bumper itu sendiri. Jadi kita beralih ke menjembatani kode desain untuk mempertimbangkan konfigurasi yang relevan.

Kode desain jembatan

Ketika datang ke desain jembatan, setiap negara tampaknya datang dengan memuat jembatan mereka sendiri dalam kode desain mereka. Saya telah membaca banyak kode-kode ini - sebagian besar pekerjaan saya memprogram kode-kode pemuatan jembatan ini ke perangkat lunak desain jembatan. Sebagian besar kode desain memiliki berbagai konfigurasi pemuatan untuk diperiksa, meskipun mereka jarang menentukan bahwa itu untuk "kendaraan yang diparkir" atau "kendaraan yang bergerak". Yang paling dekat yang saya tahu adalah standar BD86 Britania Raya .

BD86 adalah untuk penilaian jembatan UK yang ada untuk mengangkut kendaraan yang sangat berat (bernama SO atau SOV load). Klausa 3.20 hingga 3.25 memberikan dua konfigurasi yang berbeda. Baik (i) SO / SOV bergerak dengan kecepatan normal, dengan faktor dinamis, dan pemuatan normal tidak diperbolehkan dalam jarak 25 m dari SO / SOV; atau (ii) SO / SOV bergerak dengan kecepatan rendah, tanpa faktor dinamis, tetapi pemuatan normal diperbolehkan lebih dekat (tidak dalam 5 m).

Tetapi bagaimana dengan semua standar desain lainnya di seluruh dunia? Atas dasar bahwa saya belum pernah mendengar ada jembatan yang gagal karena beban desain standar yang terlalu rendah, saya pikir itu adalah asumsi yang aman bahwa standar desain pasti mempertimbangkan kasus terburuk. Jadi, apa pun itu dirancang untuk itu, itu harus mewakili kasus terburuk dari kedua beban bergerak atau beban statis jarak dekat.

Standar pemuatan jalan raya sebagian besar negara mempertimbangkan dua konfigurasi yang harus dirancang untuk: konfigurasi kendaraan tunggal (atau kendaraan tunggal per lajur), dan konfigurasi beban yang terdistribusi secara seragam (yaitu beban per area yang diterapkan di mana pun ia menambahkan untuk efek yang dirancang untuk). Konfigurasi kedua ini dapat berupa kendaraan yang diparkir dengan jarak dekat, atau dapat mewakili banyak truk / truk yang terpisah tetapi beratnya rata-rata melebihi total panjangnya. Saya menduga bahwa itu mungkin sebenarnya mewakili kedua situasi ini.

Sebuah fakta penting di sini adalah berat relatif dari truk / truk dibandingkan dengan mobil. Di Inggris, truk normal (yaitu yang tidak memerlukan izin khusus untuk perjalanannya) memiliki berat maksimum 44 metrik ton, dan memiliki panjang sekitar 12m. Ini menghasilkan 3,7 t / m. Mobil khas (saya sudah memilih Vauxhall Astra) sekitar 2 ton dan panjang 4,5m memberi 0,45t / m.

Saya menyarankan bahwa dalam situasi beban bergerak Anda mungkin mendapatkan truk / truk dengan jarak yang cukup jauh, tetapi dalam situasi kemacetan, ketika truk dan mobil cenderung bercampur, jarak truk / truk hampir sama karena celah diisi dengan mobil . Dengan mobil yang menghasilkan sedikit muatan per panjang dibandingkan dengan truk / truk, rata-rata muatan per satuan panjang mungkin hampir sama apakah lalu lintas bergerak atau alat tulis.

Meskipun berasal dari sudut yang berbeda, saya percaya Manual AASHTO untuk Evaluasi Jembatan; klausa komentar C6B.7.2.2 menyiratkan sesuatu seperti ini. Ia mengatakan:

Probabilitas memiliki serangkaian kendaraan berat dengan jarak dekat dari berat maksimum yang diijinkan menjadi lebih besar karena berat maksimum yang diizinkan untuk setiap unit menjadi lebih sedikit. Artinya, lebih cenderung memiliki kereta kendaraan ringan daripada memiliki kereta kendaraan berat.

Saya menganggap ini dapat diterapkan pada situasi parkir / bergerak. Artinya, semakin banyak kendaraan yang Anda miliki di jembatan sekaligus, semakin rendah kemungkinan berat rata-rata kendaraan.

Yang lebih penting tergantung pada jembatan yang dimaksud, tentu panjangnya dan karakteristik pemuatan yang diterapkan. Untuk diskusi ini saya mengasumsikan pemuatan lalu lintas jalan raya.

Pertanyaannya mengacu pada efek dinamis, dan perlu dicatat bahwa ini lebih dari sekadar dampak dari menabrak lubang. Jika balok sederhana bentang tunggal elastis secara instan dimuat dengan suatu gaya, defleksi puncak yang dihasilkan adalah dua kali defleksi di bawah gaya yang sama dalam kasus statis, dan efek ini tidak berhubungan dengan efek paku sesaat pada pembebanan yang diterapkan karena kendaraan menabrak penyimpangan permukaan (lubang dll).

Untuk sebagian besar jembatan jalan raya, saya percaya efek dinamis lebih penting. Lalu lintas cepat-tetapi-spasi-lebih lebih berat daripada lalu lintas lambat dan berkelompok. Namun, kesimpulan ini didasarkan pada pengamatan bahwa ada lebih banyak jembatan pendek (rentang hingga puluhan meter) daripada jembatan panjang - tidak ada prinsip umum yang memberikan satu jawaban universal.

Ini relatif sederhana untuk menentukan bahwa untuk jembatan yang sangat pendek apakah lalu lintas antri atau tidak tidak relevan - jika jembatan lebih pendek dari satu kendaraan, hanya satu kendaraan (atau satu poros) akan berada di jembatan, jadi apakah ada antrian atau tidak tidak mempengaruhi jumlah kendaraan memuat struktur atau memuat. Sebaliknya mudah untuk membayangkan bahwa jembatan yang sangat panjang (beberapa ratus meter panjang), satu kendaraan menabrak lubang akan memiliki efek yang dapat diabaikan, karena bahkan jika beban dari satu kendaraan berlipat ganda secara instan, jika ada ratusan kendaraan di geladak itu tidak akan memiliki efek yang besar secara proporsional.

Dalam praktik di Inggris, jembatan jalan utama dirancang dan dinilai ke dokumen Badan Jalan Raya (disebut 'BD dan BA'). Pemuatan jalan raya kendaraan bermotor ada dalam dua 'rasa' - HA adalah lalu lintas 'normal', dan HB adalah pemuatan sewenang-wenang yang digunakan untuk memeriksa karakteristik jembatan di bawah pemuatan abnormal. Memuat HA untuk desain didefinisikan dalam BD37 dan derivasi termasuk penyisihan untuk dampak - baca Lampiran A: "dampak dampak poros pada jembatan jalan raya dapat setinggi 80% dari berat poros statis dan kelonggaran sebesar ini dibuat dalam menurunkan pemuatan HA ", meskipun pengaruh dampak berkurang seiring bentang menjadi lebih besar.

Antrian lalu lintas tidak hanya memunculkan pengelompokan dari ujung ke ujung, tetapi juga berpotensi memunculkan kendaraan yang merapat dari sisi ke sisi. Dalam BDs ini disebut sebagai 'lateral bunching', yang mana lebih banyak kendaraan memadati struktur.

BD37 memungkinkan pengangkutan impak dan lateral secara bersamaan - yaitu, ia mengasumsikan bahwa Anda memiliki kemacetan lalu lintas yang padat yang juga berjalan dengan kecepatan tinggi. Ini jelas tidak terjadi, tetapi kode ini merangkumnya.

Ketika menilai struktur yang ada, standar UK tidak menerapkan kedua efek secara bersamaan. BD21 adalah kode untuk menilai struktur. Klausul 5.23 secara khusus membahas pertanyaan ini (UDL dan KEL adalah dua bagian komponen pemuatan HA):

"HA UDL dan KEL telah diturunkan menggunakan faktor pengikat lateral untuk memperhitungkan kemungkinan bahwa, dalam situasi pergerakan yang lambat, lebih banyak jalur lalu lintas daripada jalur yang ditandai atau nosional dapat menggunakan jembatan. Analisis probabilitas menunjukkan bahwa dampak dampak maksimum, yang terjadi pada kecepatan tinggi, tidak boleh dipertimbangkan bersama dengan lateral bunching maksimum.Perbandingan efek dari kecepatan lalu lintas alternatif dan situasi bunching telah mengarah pada kesimpulan bahwa kecepatan tinggi dampak dampak tinggi tanpa ikatan lateral adalah kriteria yang paling berat untuk memuat jembatan HA UDL dan KEL karenanya harus disesuaikan untuk menghilangkan faktor pengikat lateral dengan membaginya dengan Adjustment Factor (AF) berikut "

Faktor penyesuaian adalah jumlah yang relatif besar untuk panjang yang dimuat hingga 20m, tetapi turun ke 1,0 (yaitu dibagi dengan 1,0, jadi jangan ubah nilainya) pada panjang dimuat 40m.

Tidak mungkin untuk membuat pernyataan definitif dari ini (yaitu, Anda tidak bisa mengatakan "di bawah 20m itu dinamis, di atas 40m itu antrian lalu lintas"), karena memuat sedikit banyak bersifat empiris dan diturunkan setelah analisis probabilistik, dan termasuk menebak ( digambarkan sebagai "berdasarkan estimasi" dalam standar) dengan penyisihan untuk temuan analisis sensitivitas. Sekali lagi, BD37 1 Lampiran A membahas hal ini:

"Untuk panjang bongkar yang panjang, faktor utama yang mempengaruhi pembebanan adalah laju aliran lalu lintas, persentase kendaraan berat dalam arus, frekuensi kemunculan dan durasi kemacetan lalu lintas dan jarak kendaraan dalam kemacetan. Parameter ini ditentukan dengan mempelajari pola lalu lintas di beberapa lokasi di jalan utama, dengan survei beban di lokasi lain dan, di mana data yang diperlukan tidak dapat diperoleh, dengan estimasi.sebuah pendekatan statistik diadopsi untuk memperoleh karakteristik pembebanan dari mana beban nominal diperoleh. Analisis sensitivitas dilakukan untuk menguji pentingnya pemuatan beberapa asumsi yang dibuat. "

Perlu dicatat bahwa hal di atas sedikit tidak ketat sehubungan dengan bentang. Panjang yang penting sehubungan dengan derivasi beban adalah 'panjang yang dimuat', yang tidak selalu sama dengan rentang. Untuk rentang tunggal yang hanya didukung, jika Anda memeriksa efek pelengkungan, keduanya sama, tetapi sangat banyak jembatan yang lebih kompleks dari itu (misalnya, bentang berulang terus menerus, atau abutment integral dll). Panjang yang dimuat adalah panjang di mana elemen struktur dimuat, dan ketika mendesain Anda harus memilih panjang yang menimbulkan efek paling berat untuk elemen yang Anda rancang untuk melakukan perhitungan sehubungan dengan elemen tertentu. Ini sering merupakan seluruh panjang rentang, tetapi ada kasus di mana (misalnya) memuat panjang yang lebih pendek memiliki efek yang lebih besar, terutama dalam struktur kontinu,

Jika Anda berbicara tentang beban hidup vertikal saja, kasus di mana Anda memiliki kemacetan lalu lintas akan lebih mengatur desain dek jembatan . Peningkatan dan penurunan kekuatan vertikal sesaat karena gundukan dari jalan yang tidak rata dapat diabaikan karena:

• besarnya akan kecil untuk jalan yang dirawat dengan baik
• besarnya masih kecil untuk jalan yang tidak dirawat dengan baik karena pengemudi cenderung melambat jika mereka mengalami kesulitan mengemudi lurus
• kejadian sporadis seperti itu cenderung membatalkan secara global karena tidak terjadi secara sinkron

Kode desain jembatan jalan raya yang sudah mapan seperti BD37 tidak membuat pertimbangan eksplisit untuk benjolan dinamis yang Anda sebutkan.

Di mana Anda memiliki kendaraan yang bergerak di jembatan, traksi dan efek pengereman akan menghasilkan gaya horizontal memanjang yang mengatur desain substruktur jembatan .

Melalui penggunaan kombinasi beban yang tepat (seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah) dan faktor-faktor beban terkait yang telah dipelajari dan diuji secara ketat, semua skenario pemuatan dapat dipertimbangkan untuk mencapai desain yang aman.