公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究

薛瑞

【摘要】在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大環(huán)境下，我國(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，公路橋梁建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大。公路橋梁在城市的發(fā)展建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，橋梁工程是公路工程的中心環(huán)節(jié)，而車(chē)輛的荷載對(duì)公路橋梁的質(zhì)量有直接影響作用。要想提高公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和實(shí)用性，公路橋梁施工企業(yè)必須結(jié)合實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r不斷強(qiáng)化公路橋梁設(shè)計(jì)荷載極其組合方式。近幾年，我國(guó)運(yùn)輸行業(yè)和汽車(chē)工業(yè)取得了飛速的發(fā)展，車(chē)輛超載現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，從我國(guó)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀著手，對(duì)其基本組合分項(xiàng)系數(shù)取值方法做了簡(jiǎn)單介紹。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；荷載；組合；方法

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)和汽車(chē)行業(yè)取得飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸模式也隨之發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)交通車(chē)輛數(shù)量逐年上升，與交通運(yùn)輸相關(guān)的法律政策也在逐漸完善，這使公路橋梁的車(chē)輛荷載發(fā)生了翻天覆地的變化。為提高公路橋梁的整體運(yùn)行水平，施工企業(yè)必須結(jié)合公路橋梁運(yùn)行的實(shí)際狀況不斷強(qiáng)化公路橋梁設(shè)計(jì)荷載極其組合方法研究，為解促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展提供動(dòng)力保障。在實(shí)際施工建設(shè)過(guò)程中，公路橋梁設(shè)計(jì)荷載極其組合方法受諸多因素的影響仍存在較多問(wèn)題，如何解決其中存在的問(wèn)題是提高我國(guó)公路橋梁整體質(zhì)量的重要手段。

一、我國(guó)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀

在漫長(zhǎng)的發(fā)展建設(shè)過(guò)程中，我國(guó)公路橋梁規(guī)范發(fā)生了翻天覆地的變化。2004年，我國(guó)結(jié)合公路橋梁發(fā)展的實(shí)際狀況，采用車(chē)道荷載模式取代了傳統(tǒng)的車(chē)隊(duì)荷載模式，在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通過(guò)二者之間精細(xì)地比較，提出了均布荷載和集中荷載兩種有效的公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)值。重新提出的公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)十分注重驗(yàn)算荷載標(biāo)準(zhǔn)的作用，該方法在提高我國(guó)公路橋梁結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)用水平的同時(shí)，還滿(mǎn)足了我國(guó)今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)公路橋梁發(fā)展的實(shí)際需求。公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)中絕大部分參數(shù)的確定以常用的優(yōu)化法為主要來(lái)源，這種確定方法在實(shí)際發(fā)展中存在較多問(wèn)題，常見(jiàn)的問(wèn)題有設(shè)計(jì)方法不合理、施工管理不健全以及結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)不完善等。

二、公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的基本理論

（一）隨機(jī)理論

隨機(jī)理論是公路橋梁設(shè)計(jì)荷載中的重要理論之一。隨機(jī)理論主要運(yùn)用于數(shù)學(xué)研究，以研究過(guò)程中時(shí)間和規(guī)律的隨機(jī)變化為主要依據(jù)，可以將其定義為：集合T中包含著t元素，X是與t元素有關(guān)的隨機(jī)函數(shù)，也就是說(shuō)Xt是關(guān)于隨機(jī)變量t的隨機(jī)函數(shù)。

（二）車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值基本理論

車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值基本理論通常由兩部分內(nèi)容共同組成，一部分是基準(zhǔn)期，另一部分是重現(xiàn)期內(nèi)核荷載標(biāo)準(zhǔn)值?；鶞?zhǔn)期是車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值基本理論分析過(guò)程中最常用的使用方法，是指公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，橋梁結(jié)構(gòu)和使用壽命的變化情況，結(jié)合公路橋梁和設(shè)計(jì)荷載過(guò)程中的各種影響因素計(jì)算出準(zhǔn)確的工程可靠度。車(chē)輛荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值在我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)荷載計(jì)算過(guò)程中以基準(zhǔn)期的計(jì)算數(shù)據(jù)、最高效率和車(chē)輛荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值為主要依據(jù)，只有明確以上參數(shù)才能清楚地計(jì)算出公路橋梁設(shè)計(jì)的車(chē)輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

（三）車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算理論

車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算理論由影響線的計(jì)算和橫向分布系數(shù)的計(jì)算兩部?jī)?nèi)容組成。在建筑工程力學(xué)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)中，影響線在實(shí)際數(shù)值計(jì)算中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，通常情況下，公路橋梁以影響線為依據(jù)畫(huà)出相關(guān)的散值點(diǎn)。在20世紀(jì)三十年代，國(guó)際上很多專(zhuān)家對(duì)公路橋梁的空間設(shè)計(jì)計(jì)算理論進(jìn)行了深入研究，最后使復(fù)雜空間計(jì)算變成了平面計(jì)算問(wèn)題。

公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的基本理論還包括車(chē)輛離心力的相關(guān)研究理論以及工程結(jié)構(gòu)重要性數(shù)據(jù)校準(zhǔn)理論等，以上理論均在公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及組合方法的應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

三、公路橋梁荷載基本組合分項(xiàng)系數(shù)取值方法

要想明確公路橋梁荷載基本組合分項(xiàng)系數(shù)取值方法，必須明確我國(guó)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀和公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的基本理論。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公路橋梁荷載基本組合分項(xiàng)系數(shù)取值方法做了以下總結(jié)介紹。

（一）我國(guó)車(chē)輛離心力的取值方法

以我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范為主要依據(jù)，要想提高公路彎橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，計(jì)算工作人員可以將離心力作為可變荷載進(jìn)行計(jì)算。也就是說(shuō)，在公路彎橋的曲線半徑小于250m時(shí)，必須計(jì)算離心力的作用，該計(jì)算過(guò)程必須明確設(shè)計(jì)速度、曲線半徑等參數(shù)，才能計(jì)算出準(zhǔn)確的離心力系數(shù)。如果需要計(jì)算多車(chē)道橋梁汽車(chē)荷載的離心力，荷載標(biāo)準(zhǔn)值必須在相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)進(jìn)行橫向折減。眾所周知，我國(guó)相關(guān)規(guī)定要求公路橋梁離心力的著力點(diǎn)應(yīng)該在橋面以上1.2m左右的位置，在計(jì)算離心力時(shí)，為了方便起見(jiàn)，常將離心力的著力點(diǎn)定位在橋面上。下表1是我國(guó)規(guī)定的不同區(qū)縣半徑與車(chē)速其離心力的標(biāo)準(zhǔn)值。

從表1中可以明顯看出，如果行車(chē)的速度保持一致，離心力的數(shù)值隨著曲線半徑的縮小而擴(kuò)大；如果曲線半徑一致，離心力的數(shù)值隨著車(chē)速度的減小而減?。蝗绻?chē)速不斷增加，離心力隨著曲線半徑的縮小而減小；當(dāng)車(chē)速逐漸變小時(shí)，離心力隨著曲線半徑的縮小而增加。

（二）車(chē)輛荷載效應(yīng)

公路橋梁車(chē)輛荷載效應(yīng)是指實(shí)際統(tǒng)計(jì)測(cè)量的車(chē)輛統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上的車(chē)輛荷載效應(yīng)。要計(jì)算橋梁工程彎曲曲率半徑與力矩的組合值，還必須明確兩個(gè)路段的相關(guān)數(shù)據(jù)。在計(jì)算出組合效應(yīng)數(shù)值和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值后，計(jì)算人員可以通過(guò)其比值計(jì)算出不同情況下的統(tǒng)計(jì)參數(shù)數(shù)值，該數(shù)值被稱(chēng)為統(tǒng)計(jì)對(duì)象。

（三）組合箱梁荷載效應(yīng)

在實(shí)際發(fā)展建設(shè)過(guò)程中，不同國(guó)家對(duì)公路橋梁荷載的要求存在較大的差異。據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，英國(guó)所使用的公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)值的彎曲半徑最大，其數(shù)值是我國(guó)公路橋梁荷載效應(yīng)數(shù)值的0.5倍左右。在明確公路橋梁荷載效應(yīng)值與橋梁跨徑之間的關(guān)系后，還應(yīng)該根據(jù)公路橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際特點(diǎn)計(jì)算相關(guān)影響因素并確定其取值。

（四）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)車(chē)輛離心力的標(biāo)準(zhǔn)值

公路橋梁設(shè)計(jì)荷載工作人員以一周時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，在該時(shí)間段內(nèi)對(duì)各時(shí)段的交通流量、各個(gè)車(chē)道的實(shí)際流量以及交通流量分布狀況和車(chē)頭時(shí)距等進(jìn)行了有效的對(duì)比，結(jié)合對(duì)比數(shù)據(jù)編制了相關(guān)的車(chē)輛離心力的隨機(jī)車(chē)流計(jì)算程序。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)車(chē)輛離心力的標(biāo)準(zhǔn)值要求計(jì)算人員以車(chē)輛測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合隨機(jī)車(chē)流產(chǎn)生程序和車(chē)輛離心力計(jì)算程序，可以得到不同狀態(tài)下車(chē)輛離心力的標(biāo)準(zhǔn)值。

結(jié)束語(yǔ)

總之，公路橋梁設(shè)計(jì)荷載極其組合方法在公路橋梁施工建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。公路橋梁施工企業(yè)應(yīng)該在明確我國(guó)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀的前提下，了解我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的相關(guān)理論，從多方面著手，確定公路橋梁荷載基本組合分項(xiàng)系數(shù)取值方法，為提高我國(guó)公路橋梁的整體質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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