試析公路橋梁設(shè)計(jì)荷載中的幾個(gè)相關(guān)問題

【摘要】隨著社會(huì)進(jìn)步以及交通事業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，我國的公路橋梁設(shè)計(jì)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，要使我國的公路橋梁建筑能夠真正符合當(dāng)前交通發(fā)展的趨勢與要求，就要加強(qiáng)對此方面的研究與探索。將我國以及世界其他國家的規(guī)范荷載分項(xiàng)系數(shù)做科學(xué)的比較與分析，才能夠真正掌握我國在這方面發(fā)展的現(xiàn)狀與不足。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；荷載組合；分項(xiàng)系數(shù)；設(shè)計(jì)規(guī)范

通常狀況下，恒載就是主要涵蓋機(jī)構(gòu)的自身重量，活載指的是汽車等運(yùn)輸工具的實(shí)際載重，兩者共同組成荷載。各國規(guī)范中關(guān)于橋梁荷載效應(yīng)一般通過分項(xiàng)系數(shù)可以組合得出，分項(xiàng)系數(shù)中的恒載和活載的分項(xiàng)系數(shù)與恒載或活載在總荷載效應(yīng)中占的比例密切相關(guān)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，交通事業(yè)也隨之發(fā)生很大的變化，無論是車輛還是交通變化巨大，同時(shí)車輛的載重性能以及車型也不斷增加等等影響汽車負(fù)荷的因素都已經(jīng)發(fā)生比較顯著的變化。

1、國內(nèi)外公路橋梁規(guī)范荷載分項(xiàng)系數(shù)簡介

經(jīng)由專業(yè)的研究與調(diào)查得出，在組合的方式與模式方面，各國的荷載組合形式基本相同，這種組合的主要組成部分是恒載和汽車荷載，本論文主要是對恒載和汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)做相應(yīng)的研究與對比，并對兩者產(chǎn)生的效應(yīng)值做有效的比對。

1.1中國橋梁規(guī)范

中國公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中的基本組合恒載（主要指結(jié)構(gòu)自重）分項(xiàng)系數(shù)rG1與汽車荷載的分項(xiàng)系數(shù)rQ1的取值見表1。

2、橋梁樣本的選擇

本次研究以國內(nèi)最常用的T梁、板梁、組合箱梁及整體式箱梁截面作為樣本橋梁的截面形式，橋梁縱向標(biāo)準(zhǔn)跨徑分別為：6m、8m、10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m及50m，橫向選取26m標(biāo)準(zhǔn)路基寬度，其半幅橋梁寬12.75m。

3、計(jì)算理論

以上述表格中顯示的分析與研究數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，對樣本橋梁的恒載以及汽車荷載進(jìn)行綜合分析，能夠得到承載能力極限狀態(tài)下的最簡單的基本組合———r1恒+r2汽將這些效應(yīng)值進(jìn)行計(jì)算分析。其中恒載自重比重取25kN/m3。汽車荷載的的標(biāo)準(zhǔn)值取文獻(xiàn)[3]的結(jié)果，該效應(yīng)值中不考慮汽車沖擊系數(shù)的影響。

4、各國規(guī)范荷載基本組合效應(yīng)值的比較

4.1彎矩組合效應(yīng)值的對比

4.1.1板梁彎矩組合效應(yīng)值的對比

對所選樣本的板梁彎矩組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，比較結(jié)果如圖1所示。

從數(shù)值上看，同歐洲規(guī)范相比，我國規(guī)范產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)小20%左右，且歐洲規(guī)范同我國規(guī)范的差值在減小。

4.1.2T梁彎矩組合效應(yīng)值的對比

對所選樣本的T梁組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，比較結(jié)果如圖2所示。

很容易從圖2數(shù)據(jù)中可以總結(jié)，如果作用與同等狀況的橋梁結(jié)構(gòu)之上，各國橋梁車載負(fù)荷所產(chǎn)生的組合效應(yīng)值其實(shí)變化方向大致一致。其中在分項(xiàng)上，英國以及加拿大能夠產(chǎn)生最大的彎矩組合效應(yīng)值，而我國規(guī)范下再各種T梁的測試實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)都可以說是最小的。

4.1.3組合箱梁彎矩組合效應(yīng)值的對比

對所選樣本的組合箱梁的組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，在同樣的橋梁機(jī)構(gòu)上，各國橋梁恒載和汽車荷載產(chǎn)生的組合效應(yīng)值趨勢基本一致。彎矩組合效應(yīng)值最大的分別是加拿大與歐洲。我國規(guī)范在各組合箱梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)值最小。

試驗(yàn)與研究數(shù)據(jù)表明，以上述組合箱梁作為研究背景依據(jù)，加拿大規(guī)范所產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)值要大于我國規(guī)范，一般要大百分之二十左右，這個(gè)差距一般不隨著跨徑的變化而有明顯不同。與歐洲規(guī)范比較，我國規(guī)范同樣不占優(yōu)勢，要小百分之十左右，并且這種差距與跨徑變化成反比。

4.1.4整體式箱梁彎矩組合效應(yīng)對比

對所選樣本的整體式箱梁組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，如果將各國橋梁汽車負(fù)荷應(yīng)用在同等狀況的橋梁結(jié)構(gòu)之上，其產(chǎn)生的組合效應(yīng)值其實(shí)變化趨勢差距不大。其中，加拿大規(guī)范產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)值居首。我國規(guī)范在各整體式箱梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)值都算是比較小的。

從數(shù)值上看，就以上整體式箱梁樣本來說，加拿大規(guī)范所產(chǎn)生的彎矩組合效應(yīng)值高出我國規(guī)范的百分之三十左右，但是這種差距比例同樣也不會(huì)隨著跨徑的增加而顯著變化。英國以及歐洲規(guī)范產(chǎn)生的效應(yīng)值幾乎同等大小，高出我國規(guī)范的百分之二十左右，上述幾者的差距也一般比較固定。

4.2剪力組合效應(yīng)值的對比

4.2.1板梁剪力組合效應(yīng)值的對比

對所選樣本的板梁剪力組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，比較結(jié)果如圖3所示。

在圖3中的數(shù)據(jù)很顯然，剪力組合效應(yīng)值最大的當(dāng)屬歐洲規(guī)范，美國與加拿大的數(shù)值則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。

上述數(shù)據(jù)顯示，依據(jù)上板梁樣本作為例子，歐洲規(guī)范產(chǎn)生的剪力組合效應(yīng)值要高出我國最少百分之三十左右，并且其差距與跨徑的變化成正比。而與英國規(guī)范的差距要稍微小于與加拿大的差距，并且差距不斷減小。與我國規(guī)范產(chǎn)生的剪力效應(yīng)值差距最小的則是美國，差距一般在百分之十之內(nèi)，同時(shí)這種差距隨著跨徑的變化而變化，呈現(xiàn)正比趨勢。

4.2.2T梁剪力組合效應(yīng)值的對比

對所選樣本橋梁的T梁組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，比較結(jié)果如圖4所示。

從圖4的數(shù)據(jù)可以看出，剪刀組合效應(yīng)值最大值以及最小值分別為英國規(guī)范與美國規(guī)范。

以T梁樣本研究數(shù)據(jù)分析，依據(jù)上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，英國規(guī)范產(chǎn)生的剪力組合效應(yīng)值與我國規(guī)范的差距最大，最大差距可達(dá)百分之五十左右，這種差距也隨著跨徑變化而變化，呈現(xiàn)反比趨勢。我國規(guī)范同樣也小于加拿大規(guī)范產(chǎn)生的剪力組合效應(yīng)，但差距一般在百分之十到百分之二十之間，這種差距一般不隨著跨徑變化而產(chǎn)生明顯變化。只有美國規(guī)范產(chǎn)生的剪力組合效應(yīng)值比我國規(guī)范要小，且一般小百分之十五左右，并且跨徑愈大，則差距反而變小。

4.2.3組合箱梁剪力組合效應(yīng)值的對比

對所選樣本的組合箱梁的組合效應(yīng)值進(jìn)行對比分析，英國規(guī)范產(chǎn)生的剪刀效應(yīng)值大于我國規(guī)范。同時(shí)這種差距與跨徑的變化形成正比。但是與加拿大相比，我國規(guī)范產(chǎn)生的剪刀組合效應(yīng)要小一些，一般要小百分之十左右，與我國相比較，差距相對較小且穩(wěn)定的國家當(dāng)屬美國。美國規(guī)范產(chǎn)生的剪刀組合效應(yīng)值與我國的相比，其要小百分之十左右，但是即使將跨徑不斷增加或者變化，這樣的差距仍然變化不大，相對來說比較穩(wěn)定。

5、結(jié)論

（1）在不同的國家，公路橋梁規(guī)范所規(guī)定的恒載以及活載的分項(xiàng)系數(shù)數(shù)值相對差異比較明顯，在分項(xiàng)系數(shù)的數(shù)值分配比重上分析，我國的分項(xiàng)系數(shù)處于中等水平，但是汽車載荷的分項(xiàng)系數(shù)的取值相對比較低。

（2）如果汽車載荷效應(yīng)值在取值的時(shí)候不將沖擊系數(shù)作為考慮因素的話，依據(jù)各國規(guī)范所取得的荷載效應(yīng)組合值并會(huì)出現(xiàn)很大的不同與差異，最大值甚至是規(guī)范值的一倍之多。隨著各國跨徑的不斷增加與變化，各國的荷載標(biāo)準(zhǔn)以及荷載效應(yīng)值的變化顯示出同樣的發(fā)展趨勢與方向，并且數(shù)值變化相對穩(wěn)定且有規(guī)律性。

（3）本論文中所涉及以及探究的國家規(guī)范中，我國的規(guī)范中關(guān)于橋梁恒載與汽車荷載產(chǎn)生的組合效應(yīng)值相對處于低水平。

參考文獻(xiàn)

[1]黨棟.公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究[J].長安大學(xué)，2012（10）

[2]周勇軍，梁玉照，賀拴海.國內(nèi)外公路橋梁汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值對比分析[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，（12）：71-73.