議城市橋梁與公路橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)

唐興華

(四川科輝工程設(shè)計研究有限公司，四川德陽 618000)

科學(xué)的橋梁設(shè)計是保證跨河、跨江及跨海等交通運(yùn)輸安全和提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵，而選用的橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)則直接決定著橋梁的構(gòu)件尺寸、通行能力、使用耐久性以及工程造價，需要根據(jù)項目實(shí)際情況確定正確的荷載標(biāo)準(zhǔn)。城市橋梁和公路橋梁由于使用環(huán)境和使用對象等情況的不同，我國相關(guān)部門分別制定了相應(yīng)的橋梁設(shè)計規(guī)范對其中的載荷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定[1，2]。對城市橋梁與公路橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，可為實(shí)際橋梁設(shè)計施工提供更多合理可靠的指導(dǎo)，亦可為建設(shè)項目的日益多元化發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。

1 公路橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)

新中國成立后，我國交通部門曾先后三次對橋梁設(shè)計規(guī)范進(jìn)行了修訂，而且根據(jù)不同時期交通運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，對橋梁的車輛設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了四次大的修改?，F(xiàn)行的公路橋梁設(shè)計規(guī)范是于2004年10月1日施行的JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范，其擺脫了原公路橋梁設(shè)計規(guī)范將車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)分為計算荷載和驗算荷載的傳統(tǒng)模式，使中國的公路橋梁荷載走上了與世界各國公路橋梁荷載相一致的道路[3]。

JTG D60-2004將橋梁作用(作用在橋梁上的集中力與分布力或引起橋梁其他變形或約束變形的原因)分為永久作用、可變作用和偶然作用三類。永久作用包括結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加力及土的重力等，可變作用包括汽車荷載、人群荷載及汽車沖擊力等，而地震作用及汽車撞擊等偶然出現(xiàn)的作用則歸類為偶然作用。具體設(shè)計時，永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值;可變作用根據(jù)橋梁的不同極限狀態(tài)可取標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值或準(zhǔn)永久值為其代表值;而偶然作用的代表值則根據(jù)調(diào)查、試驗及工程經(jīng)驗加以確定。

JTG D60-2004公路橋梁設(shè)計規(guī)范將橋梁汽車荷載分為公路—Ⅰ級和公路—Ⅱ級兩個等級，前者基本相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn)汽車—超20級標(biāo)準(zhǔn)荷載，而后者則相當(dāng)于汽車—20級標(biāo)準(zhǔn)荷載。規(guī)范規(guī)定汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成，而車道荷載由均布荷載與集中荷載組成;車道荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算，橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算應(yīng)采用車輛荷載，而且車道荷載與車輛荷載的作用不得疊加;同時還對車道荷載中的均布荷載與集中荷載具體取值、橫向分布系數(shù)、多車道的橫向分布折減系數(shù)、大跨徑橋梁的縱向折減系數(shù)、沖擊力、離心力、制動力及車輛荷載的橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側(cè)壓力等作了詳細(xì)的規(guī)定。

2 城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)

我國最早的城市橋梁設(shè)計規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)是1993年頒布施行的CJJ 11-93城市橋梁設(shè)計準(zhǔn)則。為更好地滿足經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的需求，同時更好地與國際接軌，建設(shè)部于1998年頒布了新的CJJ 77-98城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)，至2008年10月1日前此標(biāo)準(zhǔn)一直是我國城市橋梁行業(yè)中的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。解決新時期我國城市橋梁設(shè)計無指導(dǎo)規(guī)范的問題，建設(shè)部于新近頒布了CJJ 11-2011城市橋梁設(shè)計規(guī)范，并規(guī)定自2012年4月1日起開始實(shí)施[4]。

CJJ 11-2011城市橋梁設(shè)計規(guī)范亦將橋梁汽車荷載分為兩個等級，即城—A和城—B級。規(guī)范規(guī)定:汽車荷載應(yīng)由車道荷載和車輛荷載組成，而車道荷載又由均布荷載與集中荷載組成;車道荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的整體計算，車輛荷載用于橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、橋臺和擋土墻壓力等的計算，且兩種荷載的作用不得疊加;除可變作用中的汽車荷載與人群荷載外，作用與作用效應(yīng)組合均應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3 兩種荷載標(biāo)準(zhǔn)的比較

總的來說，JTG D60-2004的荷載標(biāo)準(zhǔn)是基于我國典型公路橋梁的交通量調(diào)查和統(tǒng)計而制定的，CJJ 11-2011的荷載標(biāo)準(zhǔn)則是通過比較借鑒國內(nèi)外成熟規(guī)范基礎(chǔ)上制定的;兩種設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)均將橋梁設(shè)計中的汽車荷載分為車道荷載和車輛荷載，且都規(guī)定兩種荷載的作用不得疊加;兩個荷載中除汽車荷載與人群荷載設(shè)計外，其余的作用及作用效應(yīng)的組合均相同。下面就兩個標(biāo)準(zhǔn)中的橋梁設(shè)計汽車荷載和人群荷載進(jìn)行比較分析。

橋梁設(shè)計汽車荷載包括車道荷載與車輛荷載，JTG D60-2004與CJJ 11-2011規(guī)范都規(guī)定車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上，而集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線峰值處。兩個規(guī)范的橋梁設(shè)計汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值比較如表1所示，其中車道荷載僅給出了公路—Ⅰ級(城—A級)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，公路—Ⅱ級(城—B級)只需按公路—Ⅰ級(城—A級)的75%取值即可?？梢妰蓚€荷載標(biāo)準(zhǔn)僅在汽車荷載的車輛荷載方面存在差異，此外兩個規(guī)范中對車輛荷載的立面、平面、橫橋向布置也存在差異。

兩種荷載標(biāo)準(zhǔn)對橋梁設(shè)計中主要的人群荷載規(guī)定分別如下:

1)JTG D60-2004規(guī)范規(guī)定:a.橋梁計算跨徑小于或等于50 m時，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3.0 kN/m2;b.橋梁計算跨徑不小于150 m時，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2.5 kN/m2;c.橋梁計算跨徑在50 m～150 m之間時，通過線性內(nèi)插得到人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值。行人密集的城鎮(zhèn)郊區(qū)公路橋梁，取上述規(guī)定值乘以1.15的系數(shù)。對于專用人行橋梁，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3.5 kN/m2。進(jìn)行人行道板設(shè)計時，以塊板為單元按標(biāo)準(zhǔn)值4.0 kN/m2的均布荷載計算。

2)CJJ 11-2011規(guī)范則規(guī)定按5 kPa或1.5 kPa的豎向集中力作用在人行道板的單塊構(gòu)件上分別計算，取其不利者作為人群荷載。梁、桁架、拱及其他大跨結(jié)構(gòu)的人群荷載定義則根據(jù)專門的公式加以計算，但其值在任何情況下不得超過2.4 kPa。檢修道上設(shè)計人群荷載應(yīng)按2 kPa或1.2 kPa的豎向集中力作用在短跨小構(gòu)件上，分別計算取其不利者。進(jìn)行檢修道相連構(gòu)件設(shè)計時，如果計入車輛荷載或人群荷載則可不計檢修道上的人群荷載。專用人行橋和人行地道的人群荷載應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 69城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

表1 兩種荷載標(biāo)準(zhǔn)的汽車荷載比較

兩種規(guī)范不管是對人群荷載的設(shè)計種類還是同類人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定都表現(xiàn)出極大的不同，這也體現(xiàn)出公路橋梁和城市橋梁由于使用環(huán)境和使用對象的不同而導(dǎo)致對其進(jìn)行設(shè)計時，需要考慮因素的差異。CJJ 11-2011規(guī)范的人群荷載選用起點(diǎn)要高于JTG D60-2004規(guī)范，從而就小跨徑的城市橋梁和公路橋梁而言，前者的安全系數(shù)就會比后者高。進(jìn)行橋梁的整體和局部設(shè)計時，要特別注意荷載的實(shí)際采用值，從而有效的保證設(shè)計的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

橋梁設(shè)計過程中作用荷載的取值是個復(fù)雜的問題，選用何種荷載標(biāo)準(zhǔn)直接決定著橋梁的安全性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性。通過比較分析可見，現(xiàn)行的城市橋梁規(guī)范與公路橋梁大部分是相同的，但還是有一部分存在差異，進(jìn)行橋梁設(shè)計時需充分考慮實(shí)際項目的特殊性，并結(jié)合現(xiàn)有相關(guān)規(guī)范的適用范圍及差異性，選擇相應(yīng)的橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

[1] 徐紅衛(wèi).淺談城市橋梁設(shè)計汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)[J].山西建筑，2010，36(22):327-328.

[2] 梁 鵬，龍 濤，秦建國，等.我國橋梁汽車荷載演變及其效應(yīng)分析[J].公路，2011(11):86-94.

[3] JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[4] CJJ 11-2011，城市橋梁設(shè)計規(guī)范[S].