城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比與思考

張惠娟

摘要：城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)有著共同點(diǎn)，也有著不同點(diǎn)，掌握它們之間的區(qū)別與聯(lián)系可以為橋梁質(zhì)量提供一份保障。本文主要對(duì)比了城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，

關(guān)鍵詞：城市橋梁設(shè)計(jì)；公路橋梁設(shè)計(jì)；荷載標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)比

中圖分類(lèi)號(hào)： TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通事業(yè)也逐漸繁盛。其中，各種的交通工具應(yīng)運(yùn)而生，使得公路橋梁的承載力也相對(duì)提升。其中，城市橋梁建設(shè)載荷設(shè)計(jì)也成為了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，但是由于城市橋梁與公路橋梁日常的荷載情況有一定的差別，因此，要對(duì)比它們的相同與不同之處，根據(jù)其實(shí)際情況進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。

城市橋梁和公路橋梁規(guī)范的發(fā)展歷程

1.1、城市橋梁規(guī)范的發(fā)展歷程

我國(guó)在1993 年 10月 1 日實(shí)行了是最早的規(guī)范化的城市橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展，需求不斷增加，建設(shè)部改進(jìn)了原有的城市橋梁載荷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在 1998 年 12 月 1 日頒布了《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ77-98），這一標(biāo)準(zhǔn)從此作為城市橋梁行業(yè)中的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。在這之后，建設(shè)部又在2012 年 4 月 1 日，正式實(shí)施新的《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》。

1.2、公路橋梁規(guī)范的發(fā)展歷程

公路橋梁設(shè)計(jì)荷載是路橋設(shè)計(jì)的重要技術(shù)指標(biāo)，各個(gè)時(shí)期發(fā)布的荷載標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范反映了我國(guó)運(yùn)輸載重的實(shí)際情況和發(fā)展趨勢(shì)。

新中國(guó)成立后至2003年，我國(guó)交通部門(mén)分別在1954~1956年、1967年、1972年、1981年對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了四次大的修改。

在2003年，交通部發(fā)布了《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）。隨后不久，交通部又在2004年發(fā)布了《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）。

2、橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)的具體應(yīng)用研究

2.1、汽車(chē)載荷

2.1.1、車(chē)道荷載的計(jì)算圖式

在《公路04規(guī)范》中，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的汽車(chē)荷載計(jì)算圖式作了明確規(guī)定。（1）公路-Ⅰ級(jí)車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為=10.5Kn/m，對(duì)于集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值的選取可以依據(jù)以下規(guī)定：

①當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑大于等于50m時(shí)，=360kN；

②當(dāng)橋梁設(shè)計(jì)跨徑小于等于5m時(shí)，=180kN；

③當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑處于5-50m的范圍之內(nèi)時(shí)，就選用直線(xiàn)內(nèi)插獲取相關(guān)數(shù)值。將以上標(biāo)準(zhǔn)值乘以1.2的系數(shù)就可以計(jì)算出剪力效應(yīng)。 （2）公路-Ⅱ級(jí)車(chē)道荷載的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值和均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值可以依據(jù)公路-Ⅰ級(jí)車(chē)道荷載的0.75倍采用。

2.2、人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值選取 在《公路04規(guī)范》中，對(duì)人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值的選取有以下規(guī)定：（1）當(dāng)橋梁的計(jì)算跨徑小于等于50m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.0kN/㎡；當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑大于等于150m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5kN/㎡；當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑處于50-150m范圍內(nèi)時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值就可以運(yùn)用線(xiàn)性?xún)?nèi)插得到。除此以外，若是跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu)，那么就應(yīng)該以取最大計(jì)算跨徑。專(zhuān)用的人行橋梁的取值按3.5kN/㎡。（2）局部構(gòu)件或人行道板是可以根據(jù)一塊板為單元，同時(shí)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值4.0kN/㎡的均布荷載。 （4）在計(jì)算人行道的欄桿時(shí)，取1.0kN/m為作用在扶手上的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值；取0.75kN/m為作用在欄桿立柱頂部的水平推力標(biāo)準(zhǔn)值。

3、城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

3.1、汽車(chē)載荷對(duì)比

在《城市12規(guī)范》中的荷載模式構(gòu)建相關(guān)規(guī)定上，其主要利用的是單-集中荷載和均布荷載的模式來(lái)表示城-A 和城-B 級(jí)車(chē)道荷載，以此得出，《城市12規(guī)范》與《公路04規(guī)范》有著相同之處。為明晰二者之間的關(guān)系，關(guān)于汽車(chē)荷載的基本情況對(duì)比見(jiàn)表 l。

在《公路 04 規(guī)范》和《城市 12 規(guī)范》中，很多有關(guān)橋梁荷載的規(guī)定都有一定想通的地方，如設(shè)計(jì)牽道數(shù)目與行車(chē)道總寬度的關(guān)系，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的車(chē)道荷載橫5向布置以及車(chē)道的橫向折減系數(shù)的規(guī)定，大部分都相同，只是個(gè)別數(shù)值有這比較小的變化。

3.2、汽車(chē)沖擊力

城市規(guī)范中關(guān)于汽車(chē)沖擊力的計(jì)算仍近似地認(rèn)為沖擊力與計(jì)算跨經(jīng)之間存在著反比例的關(guān)系，其計(jì)算基本方式與《公路 89 規(guī)范》相似，和城市規(guī)范不一樣的是《公路 04 規(guī)范》采用結(jié)構(gòu)基頻的方式來(lái)計(jì)算汽車(chē)沖擊力。由此可見(jiàn)這兩個(gè)規(guī)范中對(duì)于汽車(chē)沖擊力的計(jì)算方式仍有很大的不同。比起城市規(guī)范，《公路 04 規(guī)范》的沖擊系數(shù)有很大的提升，這在小跨徑橋梁上的表現(xiàn)比較明顯，但是大跨徑橋梁沖擊系數(shù)就比較接近，其表現(xiàn)就不太明顯。

3.3、人群荷載

關(guān)于人群荷載的規(guī)定，在《城市 12 規(guī)范》中有著非常的系統(tǒng)詳細(xì)的描述。行人行走的橋梁其荷載值為 4.5kPa，而那些專(zhuān)門(mén)單獨(dú)為行人建設(shè)的橋梁其荷載值為 5kPa。除此以外，對(duì)于荷載選用的起點(diǎn)，《城市 12 規(guī)范》的起點(diǎn)要高于公路橋梁的規(guī)定的起點(diǎn)，這樣一來(lái)，一些跨徑較小的城市橋梁的安全系數(shù)就會(huì)比公路橋梁高。而對(duì)于那些跨境較大的橋梁而言，不管是公路還是城市橋梁，在設(shè)計(jì)人群荷載時(shí)都呈現(xiàn)出一種遞減的趨勢(shì)，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)可以有效的控制以前出現(xiàn)的人群荷載產(chǎn)生的內(nèi)力通常比汽車(chē)荷載大的情況。由于橋梁設(shè)計(jì)跨徑的不同，兩種規(guī)定中有關(guān)人群荷載的具體方式和內(nèi)容也存在很大的差異，因此，在對(duì)橋梁的整體和局部進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意荷載的實(shí)際采用值，從而有效的保證設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。

3.4、汽車(chē)制動(dòng)力

在城市橋梁和公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于汽車(chē)制動(dòng)力的設(shè)計(jì)規(guī)定是相同的，都是利用特定的固定值和 10%的車(chē)道荷載較大值作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值。但是二者也存在一定的區(qū)別，首先是設(shè)計(jì)中的車(chē)輛荷載存在明顯的區(qū)別，此外，當(dāng)荷載車(chē)道為同向兩車(chē)道以上情況時(shí)，兩種規(guī)定中關(guān)于汽車(chē)制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值的內(nèi)容也有一定的差異，其中《城市 12 規(guī)范》中的各種相關(guān)因素的計(jì)算都是建立在《城市 98 規(guī)范》的基礎(chǔ)上的，因此，這一部分可變荷載在城市橋梁和公路橋梁設(shè)計(jì)中的不同，主要體現(xiàn)在《公路 98 規(guī)范》與《公路 04 規(guī)范》的區(qū)別上。

4、作用效應(yīng)組合

在《城市 12 規(guī)范》中，除了刪除《公路 89 規(guī)范》中關(guān)于履帶車(chē)和平板掛車(chē)的相關(guān)內(nèi)容外，其它的荷載組合與《公路 89 規(guī)范》的規(guī)定都相同。但還是有從《城市 12 規(guī)范》中的內(nèi)容來(lái)看，如果按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，組合型式有下面五種：

（1）與《公路 89 規(guī)范》中的第一種組合形式相同，選用了基本可變荷載與永久荷載組合。

（2）選用基本可變荷載、永久荷載和其他可變荷載相組合三者結(jié)合的方式；

（3）在第一種組合方式的前提下，再加上由于船只或漂浮物碰撞而引起的偶然荷載。這種組合方式與公路規(guī)范中的第四種組合方式相一致；

（4）在城市橋梁在施工的鹽酸過(guò)程中，利用施工中可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)重力、腳手架、材料機(jī)具、人群等等由于施工而產(chǎn)生的荷載進(jìn)行組合，在公路規(guī)范中，第五種荷載組合方式與這種組合相一致；

（5）城市橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)承受的各種永久荷載，比方說(shuō)由于重力、預(yù)加力、地震等多方面原因產(chǎn)生的荷載相互作用組合在一起的組合方式，公路規(guī)范中的第六種組合方式也是同樣的規(guī)范和要求，此外，在通過(guò)極限承載能力來(lái)進(jìn)行城市橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，城市標(biāo)準(zhǔn)和公路規(guī)范中關(guān)于永久和可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)的規(guī)定內(nèi)容基本一致。

5、關(guān)于城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的思考

通過(guò)對(duì)比城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，讓我們了解到了它們的區(qū)別與聯(lián)系，也認(rèn)識(shí)到正由于它們有一定的區(qū)別，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格依據(jù)所對(duì)應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橹挥袊?yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)才能保證橋梁質(zhì)量，在對(duì)比之余，筆者還有以下兩個(gè)方面的思考：

5.1、重視設(shè)計(jì)的耐久性問(wèn)題

通過(guò)研究表明，若橋梁缺乏耐久性設(shè)計(jì)，就會(huì)使得一些橋梁受到損害甚至出現(xiàn)倒塌的現(xiàn)象，這便使得橋梁的耐久性設(shè)計(jì)成為當(dāng)今一個(gè)重要的、亟待解決的問(wèn)題。設(shè)計(jì)上若有缺陷就會(huì)影響橋梁的耐久性，甚至已經(jīng)成為了一個(gè)決定性的因素。與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)有著其特殊性，所以在研究耐久性時(shí)要從定性分析逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治??？v觀國(guó)外的橋梁設(shè)計(jì)，他們的設(shè)計(jì)原則就是將結(jié)構(gòu)物的耐久性提高，為此，他們統(tǒng)一考慮橋梁的結(jié)構(gòu)布局，并注重其構(gòu)造的細(xì)節(jié)，這樣一來(lái)使得結(jié)構(gòu)的檢查比較容易，同時(shí)維修也比較簡(jiǎn)單，除此之外還在一定程度上降低了維修費(fèi)用的支出，確保了橋梁的安全性，最終提高了經(jīng)濟(jì)效益。

5.2、在世界范圍內(nèi)共同分享橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和成果

當(dāng)前，由于我國(guó)的橋梁的設(shè)計(jì)人員沒(méi)有選用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，致使國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在結(jié)構(gòu)正常使用耐久性差、性能差以及安全性差。相比之下，對(duì)于一些發(fā)達(dá)的國(guó)家，他們則對(duì)結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計(jì)十分重視，內(nèi)容主要包括裂縫、振動(dòng)、變形、疲勞性、耐久性能等。除了設(shè)計(jì)合理性方面的缺陷外，由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)主要是靜態(tài)的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)理念對(duì)于成本維護(hù)以及橋梁的使用壽命方面缺少全面的考慮，僅從經(jīng)濟(jì)的角度確定建設(shè)施工的成本。雖然我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)有一定的缺陷，但不可否認(rèn)的是，我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)有著國(guó)外一些國(guó)家所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)與不具備的方法，也是可以與外國(guó)一起分享的。因此，為了能夠有效地延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，保證橋梁的整體質(zhì)量，在未來(lái)的橋梁荷載設(shè)計(jì)中，要在世界范圍內(nèi)共同分享橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和成果，各國(guó)家應(yīng)一起努力，推進(jìn)國(guó)際橋梁的建設(shè)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)，城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)大部分是相同的，但還是有一部存在差異，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，不能混淆兩種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照各自的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，同時(shí)，加強(qiáng)國(guó)際的交流與合作，進(jìn)而延長(zhǎng)橋梁壽命，保證質(zhì)量安全。

參考文獻(xiàn)：

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