大跨徑橋梁車(chē)輛設(shè)計(jì)荷載思考

趙 彥 亮

(山西路恒交通勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

公路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載對(duì)于公路橋梁的設(shè)計(jì)非常重要，從而可以全面提升橋梁的安全性和穩(wěn)定性，還能夠有效的降低后期的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。設(shè)計(jì)過(guò)程中要以車(chē)輛的荷載作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)，如果該參數(shù)不能合理的設(shè)計(jì)和確認(rèn)就會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛無(wú)法安全使用，還會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的橋梁安全事故[1]，所以，車(chē)輛荷載的選擇對(duì)于整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都是非常重要的，還能夠更好的提升荷載安全性。中小跨徑橋梁中，重載車(chē)輛在道路行駛的過(guò)程中會(huì)在不同的道路中相遇，從而使得荷載作用下產(chǎn)生橫向折減系數(shù)。近年來(lái)，我國(guó)的橋梁跨徑長(zhǎng)度不斷的發(fā)生變化，在設(shè)計(jì)中的橫向折減系數(shù)也在不斷的變化。

1 工程概況

某橋梁所處的是我國(guó)南方某省份中，在同一條高速公路的工程中分布著2座大跨徑的橋梁工程，連個(gè)間隔距離為8 km。本地區(qū)高速公路線路較多，國(guó)省干道數(shù)量也比較多，極大的促進(jìn)了該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但是很多重載車(chē)輛的通行以及交通運(yùn)輸量的增大使得該公路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)荷載難以達(dá)到要求，車(chē)量超載嚴(yán)重對(duì)整個(gè)公路橋梁工程造成了嚴(yán)重的破壞。

設(shè)計(jì)方案中可以了解到，橋梁工程主要是以預(yù)應(yīng)力混凝土工程為主，其中主梁跨徑的跨越度為150 m，其余跨徑為90 m+150 m+90 m，3跨1聯(lián)，墩頂箱梁設(shè)計(jì)高度為9 m，跨中橋梁的箱梁高度為4 m，橋面設(shè)計(jì)為雙向六車(chē)道，左右兩幅的跨度分別為12.5 m，腹板厚度0.7 m～0.9 m，頂板厚度為0.28 m，底板厚度尺寸為0.32 m～1.0 m之間。

2 國(guó)內(nèi)車(chē)輛荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范

相關(guān)規(guī)定要求，針對(duì)跨徑小于150 m橋梁結(jié)構(gòu)，其汽車(chē)荷載需要滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在車(chē)輛荷載設(shè)計(jì)中，汽車(chē)的荷載可按照實(shí)際情況分成車(chē)輛荷載以及車(chē)道荷載。確定橋梁基本結(jié)構(gòu)，是建立車(chē)輛荷載計(jì)算正確的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，同時(shí)還能夠計(jì)算各個(gè)重要結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)等等。橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中，車(chē)輛荷載與車(chē)道載荷不能重復(fù)計(jì)算。城—A級(jí)和城—B級(jí)車(chē)道荷載，在計(jì)算過(guò)程中，需要按照加載的幾個(gè)方式進(jìn)行計(jì)算，在確定最終的跨徑荷載值上，均勻荷載的標(biāo)準(zhǔn)值q和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值p是需要全面考慮后確定的,橋梁彎矩?cái)?shù)據(jù)計(jì)算中，均布荷載選擇取值qM，進(jìn)行彎矩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其均勻荷載的選擇值需要選取q。如果橋梁的跨徑尺寸處于20 m～150 m之間，此時(shí)可以將車(chē)道設(shè)計(jì)四道以上，城市—A級(jí)公路的建立就需要乘以1.25的系數(shù)，城市—B級(jí)則需要乘以13倍的系數(shù)[1]。

2.2 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范

按照公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要按照車(chē)輛作用計(jì)算圖以及荷載標(biāo)準(zhǔn)、縱向折減等參數(shù)確定最終的值[5]：

1)按照相關(guān)要求，汽車(chē)荷載的分布可以分成公路—Ⅰ級(jí)以及公路—Ⅱ級(jí)。

2)汽車(chē)荷載可以分成車(chē)道荷載與車(chē)輛荷載的總和，均布荷載與集中載荷組合成為了車(chē)道荷載參數(shù)，該數(shù)據(jù)主要是用來(lái)確定橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算的參數(shù)，而車(chē)輛荷載的作用在于在橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載以及涵洞、橋臺(tái)計(jì)算中應(yīng)用的。與文獻(xiàn)[3]中所規(guī)定的相同，車(chē)輛載荷與車(chē)道載荷不能重復(fù)計(jì)算。

3)如果二級(jí)公路屬于干線公路并且行駛的車(chē)輛多為重型載荷車(chē)輛時(shí)，橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要按照公路—Ⅰ級(jí)的汽車(chē)荷載參數(shù)；由于四級(jí)以上的重型行駛車(chē)輛數(shù)量不多，因而，在設(shè)計(jì)時(shí)其荷載設(shè)計(jì)可參考公路—Ⅱ級(jí)要求進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)Ⅰ級(jí)車(chē)道載荷的均勻布置標(biāo)準(zhǔn)而言，其確定值為qk為10.5 kN/m，因此，在計(jì)算時(shí)當(dāng)橋梁的跨徑為5 m時(shí)，那么作用標(biāo)準(zhǔn)值需要設(shè)定為180 kN；而跨徑參數(shù)不小于50 m時(shí)，pk的選擇需要按照360 kN要求進(jìn)行；若跨徑處于5 m～50 m之間時(shí)，其pk取值需要通過(guò)相關(guān)的計(jì)算后確定。通過(guò)剪力效應(yīng)的計(jì)算，pk需要乘以1.2的倍數(shù)。公路—Ⅱ公路在進(jìn)行車(chē)道均勻載荷分布計(jì)算的是其與集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值通常應(yīng)該按照公路—Ⅰ級(jí)的0.75倍的參數(shù)取用。

3 橋梁車(chē)輛荷載

3.1 大跨徑橋梁交通情況調(diào)查

通過(guò)深入的調(diào)查周邊區(qū)域中的交通運(yùn)行情況，從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析中可以發(fā)現(xiàn)，該橋梁的周車(chē)輛通常量約為77 400輛/d，交通流量最大值為82 290輛/d，通過(guò)數(shù)據(jù)可知，該數(shù)據(jù)和六車(chē)道數(shù)據(jù)相比，其運(yùn)輸量較多。以該地區(qū)的交通調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)分析，荷載模型分析車(chē)輛數(shù)據(jù)表如表1所示[2]。

從表1中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，右車(chē)道上貨車(chē)通行量占到了總通行量的60.89%，而中車(chē)道、左車(chē)道分別占有總通行量的35.72%,10.74%，由此可以發(fā)現(xiàn)，重型載貨車(chē)輛基本上都集中在一,六車(chē)道上，所以，在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，需要將右車(chē)道的荷載數(shù)據(jù)，應(yīng)用在本次研究的模型數(shù)據(jù)中，使其能夠更為透徹分析。

3.2 各類車(chē)型車(chē)輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

在通過(guò)以100年作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期時(shí)間內(nèi)，采用計(jì)算公式FT(x)=[F(x)]36 500來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從而可以獲取各個(gè)車(chē)型的車(chē)輛荷載最大限值，也能夠確定該車(chē)輛荷載的標(biāo)準(zhǔn)限值，以更好的確定最終的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，以滿足該交通運(yùn)行量的需要。綜上敘述可知，設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)周期的效應(yīng)取值，需要按照正態(tài)分布進(jìn)行選擇[3]。

表1 各車(chē)道各類車(chē)輛比例 %

3.3 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載模型

從上文中的研究分析中可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)踐過(guò)程中，可以使用均布荷載q1+兩側(cè)均布荷載q2作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)大跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，從而可以確定兩側(cè)的均布載荷會(huì)伴隨著橋梁跨徑尺寸數(shù)據(jù)的增加而不斷的減少，也能夠體現(xiàn)出重車(chē)在影響線峰值處多存在的不良影響，這樣可以更加直觀的反映出橋梁的荷載分布，能夠更加精確的進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算。

以荷載效應(yīng)等效原理角度出發(fā)，通過(guò)相關(guān)的計(jì)算后，能夠?qū)Σ煌鐝降某叽缁緟?shù)進(jìn)行確定，具體的取值范圍參考表2。

表2 不同跨徑下主梁車(chē)道荷載參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

在大跨徑橋梁車(chē)站設(shè)計(jì)荷載過(guò)程中，它是一項(xiàng)系統(tǒng)性且繁雜的工作，因此，在工作時(shí)必須要結(jié)合實(shí)際情況做好相關(guān)的分析研究，對(duì)橋梁工程中的不同路段交通情況進(jìn)行分析，以當(dāng)?shù)厮\(yùn)行的車(chē)輛通行量以及車(chē)輛載荷為主要的依據(jù)，從而可以確定右車(chē)道為最不利效應(yīng)車(chē)道，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定中可以了解到車(chē)輛荷載的正態(tài)分布，從而能夠精確、精準(zhǔn)的將模擬的參數(shù)確定，唯有如此，才能在設(shè)計(jì)過(guò)程中保證提交的荷載數(shù)據(jù)滿足實(shí)際要求，以達(dá)到橋梁的安全性和穩(wěn)定性指標(biāo)。