公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究

李若男

【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】設(shè)計(jì)荷載；公路橋梁；荷載效應(yīng)

引言：

我國的公路橋梁設(shè)計(jì)隨著社會進(jìn)步以及交通事業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)，我國的公路橋梁建筑要想符合當(dāng)前交通發(fā)展的趨勢與要求，對此方面的研究與探索就要加強(qiáng)。本文根據(jù)實(shí)測車輛的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，針對公路和橋梁的設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行了研究和分析，為我國公路橋梁荷載設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法的逐步完善及其科學(xué)化和合理化提出一點(diǎn)看法，以供同行參考。

1 公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2004版的公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：汽車荷載修改調(diào)整為車道荷載的模式，廢除掉車隊(duì)荷載的計(jì)算模式。并且提出了車道荷載的均布荷載kq和集中荷載KP的標(biāo)準(zhǔn)值。

1、國內(nèi)外公路橋梁規(guī)范荷載分項(xiàng)系數(shù)簡介 。從專業(yè)的研究和調(diào)查可以得出，，各國在組合的方式與模式方面荷載組合形式基本相同，恒載和汽車荷載是這種組合的主要組成部分。

2、城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對比重要性

2.1、城市的規(guī)劃更加具有科學(xué)性

城市的交通發(fā)達(dá)程度和橋梁工程的建設(shè)體現(xiàn)了城市的發(fā)展和進(jìn)步，所以城市橋梁設(shè)計(jì)要考慮的實(shí)施點(diǎn)主要在城市河道上和道路與交叉道路立交、道路跨越鐵路的立交橋及人行天橋等實(shí)際中的設(shè)計(jì)，以及橋梁設(shè)計(jì)的使用年限，但是不包括臨時性橋、鐵路橋、涵洞等，現(xiàn)在立交橋是城市橋梁的主要表現(xiàn)形式，立交橋和高速公路的高架橋建設(shè)就是主要的城市公路橋梁建設(shè)，所以城市的進(jìn)一步規(guī)劃和建設(shè)的主要參考依據(jù)就應(yīng)該是交通是否便利，這樣我們的城市的橋梁工程建設(shè)才具有實(shí)際的科學(xué)意義。

2.2、城市道路的建設(shè)更具有規(guī)范性

城市橋梁設(shè)計(jì)的規(guī)范性演變和公路橋梁設(shè)計(jì)的有效性，能夠?qū)蛄旱暮奢d標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，城市的發(fā)展和建設(shè)才具有全面的科學(xué)意義。根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）的規(guī)定：城市橋梁的荷載分為永久作用、可變作用和偶然作用三類，只有細(xì)分后的城市橋梁建設(shè)才能夠規(guī)范施工，才能保證其質(zhì)量。公路橋梁設(shè)計(jì)還要考慮到橋梁建設(shè)是為了保證城市的交通便利，

從實(shí)際的要求發(fā)展中才能夠?qū)⒌缆返脑O(shè)計(jì)和施工全面科學(xué)的展開。根據(jù)城市橋梁的類型不同 橋梁的設(shè)計(jì)和荷載也會產(chǎn)生變化，所以城市橋梁的設(shè)計(jì)荷載會更加的具有現(xiàn)實(shí)意義，城市的道路橋梁在面對城市的立交建設(shè)的時候就必須要將城市的交通通行效率考慮在內(nèi)，城市道路橋梁的交叉口橋梁設(shè)計(jì)可以根據(jù)立體交叉道路的數(shù)量將其分別設(shè)計(jì)成三路立體交叉、思路立體交叉以及多路立體交叉的類型，所以，城市的道路建設(shè)會朝著高效、科學(xué)、穩(wěn)定性走，而且城市橋梁與公路橋梁的設(shè)計(jì)荷載也會逐步的清晰，從而將城市的總體道路規(guī)劃和建設(shè)的更加具有規(guī)范性。

3、車輛荷載效應(yīng)計(jì)算理論

3.1 影響線計(jì)算

橋梁結(jié)構(gòu)必須承受橋面上行駛車輛時的移動荷載的作用，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也隨作用點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的變化而變化。所以需要研究并確定其變化范圍和變化規(guī)律和內(nèi)力的最大值此過程中作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，荷載最不利位置和最大值是需要確定的。首先需要確定的是在移動荷載作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化規(guī)律， 將多種類型的移動荷載抽象成單位移動荷載P=1的最簡單基本形式。只要清楚地分析過了內(nèi)力變化的規(guī)律，我們就可以根據(jù)單位移動荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化規(guī)律疊加原理求出其他類型的荷載。內(nèi)力（或支座反力）在移動單位荷載的作用下的引起的變化規(guī)律的圖形就是影響線，它是研究車輛荷載等移動荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值的基本工具。初步選定對周圍環(huán)境的影響的工程規(guī)模及結(jié)構(gòu)類型、使用要求、材料情況、施工條件、造價等因素，可以根據(jù)所在路基的地質(zhì)條件，幾種可供考慮的路基處理方案。勘察工作提供的資料一般僅作一般性的對軟土描述，沒有提供土的物理力學(xué)組成狀況性質(zhì)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)力學(xué)中認(rèn)為影響線是一個指向不變的單位集中荷載沿結(jié)構(gòu)移動時某一量值變化規(guī)律圖形。然而實(shí)際上，影響線是以荷載位置為變量的某量值的函數(shù)。目前被公認(rèn)是求解工程中所遇到的各種問題的有效通用方法就是有限元法，實(shí)際上，它的應(yīng)用范圍是很廣泛的，一般情況下橋梁結(jié)構(gòu)影響線會采用這種方式。

3.2、橫向分布系數(shù)計(jì)算

從上個世紀(jì)三十年代開始“荷載橫向分布”概念就被應(yīng)用，橋梁空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論被大量的試驗(yàn)驗(yàn)證和研究，于是用平面問題可以來處理空間計(jì)算問題，合理地簡化為空間問題提供了實(shí)用理論的計(jì)算方法。

4、公路橋梁荷載設(shè)計(jì)存在的問題

橋梁載重能力設(shè)計(jì)不足是目前橋梁設(shè)計(jì)中主要存在的問題。承載能力和正常使用是橋梁在載重力有兩種極限狀態(tài)。如果承載能力不足，那么，結(jié)構(gòu)整體或或者部位的穩(wěn)定性在超出橋梁的承載極限后就會受到破壞，在重復(fù)荷載的情況下橋梁混凝土構(gòu)件會因?yàn)槌銎跇O限而喪失穩(wěn)定性，在目前的橋梁設(shè)計(jì)中有些規(guī)范對于重復(fù)荷載產(chǎn)生的破壞是不予考慮的，這樣的規(guī)定使得橋梁主梁設(shè)計(jì)非常有效，但是直接忽視重復(fù)荷載在橋梁其他部分設(shè)計(jì)，對橋梁的安全性和年久性是非常不利的。

4.1、加強(qiáng)管理

要盡量避免橋梁超載問題，目前在我國大體上有三種橋梁超載現(xiàn)象存在：首先就是一些較早時期修建的老橋梁超齡負(fù)載運(yùn)營；其次就是在實(shí)際使用過程中車流量超過了設(shè)計(jì)上限的橋梁；最后就是違規(guī)超載現(xiàn)象，但是這種現(xiàn)象只有個別車輛存在。為了方便計(jì)算，均布荷載及集中荷載組合作為橋梁設(shè)計(jì)建議設(shè)計(jì)荷載的優(yōu)先選擇。 城市橋梁中，占絕大大多數(shù)的是低于50m跨度的荷載連續(xù)的中小型跨度橋，應(yīng)該5～50m跨度橋梁按照荷載的內(nèi)插方法，具體的參照《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）來考慮。

4.2、耐久性問題

在建造和使用橋梁的過程中，橋梁因?yàn)樗幕竟δ芤笃洳粌H要抵抗住包括有害化學(xué)物質(zhì)和自然環(huán)境（如以及臺風(fēng)、地震）以及人為因素等作用的影響。并且，在橋梁的使用過程當(dāng)中，其材料將會日趨衰退導(dǎo)致功能減退，導(dǎo)致了橋梁各部分存在不同程度的損壞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，除上述原因，影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的問題根源是設(shè)計(jì)。

5、橋梁作用效應(yīng)組合

首先，荷載組合可以根據(jù)極限承載能力來設(shè)計(jì)，組合方式有以下幾種：

1：基本可變荷載與永久荷載組合；

2：基本可變荷載與永久荷載組合加上可變荷載；

3：基本可變荷載與永久荷載組合加上偶然荷載（由于船只或漂浮物碰撞而引起）；

4：城市橋梁在施工過程中，可以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、人群等由于施工而產(chǎn)生的荷載進(jìn)行組合。

5：城市橋梁在設(shè)計(jì)時承受的永久荷載，例如由于重力、預(yù)加力、地震等原因產(chǎn)生的荷載相互作用組合在一起組合方式。

其次，橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)重力與汽車荷載二者產(chǎn)生的效應(yīng)方向相同的時候有一下幾種組合方式：

1：1.2SQ+1.4S'Q1；

2：1.1SQ+1.4S'Q1+1.3SQ2：

但是，如果橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)重力與汽車荷載二者產(chǎn)生的效應(yīng)不同，則組合方式有不同：

1：：0.9SQ+1.4S'Q1；

2：0.8SQ+1.3S'Q1+1.3SQ2。

其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值、頻域值、分項(xiàng)系數(shù)以及組合系數(shù)等，此內(nèi)容在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計(jì)時，它的自由度和靈活度設(shè)計(jì)寬泛一些。

結(jié)束語：

只有在充分掌握了車輛荷載的特點(diǎn)和了解了國外制訂的荷載標(biāo)準(zhǔn)之后，再結(jié)合我國目前的實(shí)際狀況，我過車輛的荷載標(biāo)準(zhǔn)基本方式才能得到確定。中國的公路橋梁荷載模型發(fā)展方向與國外相比更符合世界橋梁發(fā)展的潮流趨勢，但同時，我國的荷載標(biāo)準(zhǔn)值有些偏高有些偏低。但總體來說，我國規(guī)范中的荷載設(shè)計(jì)效應(yīng)比國外標(biāo)準(zhǔn)偏低。所以，就針對目前國內(nèi)橋橋梁破損的情況來看，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)是有必要且妥當(dāng)?shù)?。希望有關(guān)部門能夠加以重視，將我國的橋梁荷載規(guī)范不斷完善，讓我國橋梁規(guī)范制定工作能夠達(dá)到國際上的領(lǐng)先水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]交通部，公安部，發(fā)展改革委，質(zhì)檢總局，安全監(jiān)管局，工商總局，法制辦.關(guān)于在全國開展車輛超限超載治理工作的實(shí)施方案（2004 年）[Z].北京.2004.

[2]貢金巍.工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.