灌區(qū)農(nóng)橋設(shè)計(jì)中荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

華 強(qiáng)，牛 坤

（平邑縣水利局，山東 平邑 273300）

農(nóng)橋定義為四級(jí)公路以下的鄉(xiāng)村道路和渠堤專用檢修道路上的等級(jí)外橋梁，在大中型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造項(xiàng)目中作為跨溝渠的涉水建筑物被廣泛應(yīng)用。農(nóng)橋作為灌區(qū)的配套建筑物，數(shù)量多、分布廣泛，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作應(yīng)因地制宜，不可盲目照搬或套用其他橋梁設(shè)計(jì)成果。應(yīng)當(dāng)從確定農(nóng)橋外部荷載的基本工作入手，按照規(guī)范的荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，力求農(nóng)橋安全、可靠、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)。

1 農(nóng)橋設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范對(duì)比

農(nóng)橋廣泛應(yīng)用于國(guó)家四級(jí)公路以下的等外級(jí)鄉(xiāng)村道路、機(jī)耕路、渠堤檢修路上。目前交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅適用于四級(jí)及四級(jí)以上等級(jí)公路的橋涵工程設(shè)計(jì)，不適用于四級(jí)公路以下的等外級(jí)道路橋涵設(shè)計(jì)。通過查閱相關(guān)規(guī)范，除現(xiàn)行灌區(qū)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范《灌溉與排水建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL482-2011）（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范 1）和《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-2018）（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范2）有農(nóng)橋設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求外，未發(fā)現(xiàn)其余設(shè)計(jì)規(guī)范提及農(nóng)橋。在規(guī)范1和規(guī)范2中，關(guān)于農(nóng)橋設(shè)計(jì)在一般規(guī)定、總體布置方面基本一致。如關(guān)于農(nóng)橋的可變荷載作用，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)均相同，即人行便橋和農(nóng)橋人行道的人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值均為4.0kN/m2；而汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)，二者差異較大。規(guī)范1在農(nóng)橋汽車荷載中增補(bǔ)農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)和農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)兩個(gè)荷載等級(jí)，并規(guī)定農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)汽車荷載即以中型車車隊(duì)為主的汽車荷載，其車道荷載效應(yīng)與同跨徑橋梁采用乘以系數(shù)0.80后的公路-Ⅱ級(jí)車道荷載效應(yīng)相同；農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)汽車荷載即以小客車車隊(duì)為主的汽車荷載，其車道荷載效應(yīng)與同跨徑橋梁采用乘以系數(shù)0.60后的公路-Ⅱ級(jí)車道荷載效應(yīng)相同。農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)和農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)的車輛荷載效應(yīng)均相同，均與同跨徑橋梁采用乘以系數(shù)0.7后的公路-Ⅱ級(jí)車輛荷載效應(yīng)相同。規(guī)范2中汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)采用現(xiàn)行交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。

2 農(nóng)橋設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)分析

農(nóng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)荷載分為永久作用、可變作用和偶然作用。由上述分析可知，除可變作用中的汽車荷載外，農(nóng)橋結(jié)構(gòu)計(jì)算中其他作用代表值、作用效應(yīng)組合和荷載確定方法均采用現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而農(nóng)橋結(jié)構(gòu)計(jì)算中最重要的可變作用為汽車荷載，規(guī)范1和規(guī)范2存在明顯差異，重點(diǎn)對(duì)汽車荷載進(jìn)行分析。

農(nóng)橋汽車荷載分為車道荷載和車輛荷載兩類，前者用于橋梁結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，后者用橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)及擋土墻土壓力的計(jì)算，二者的作用不得相互疊加。規(guī)范1中農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)和農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)汽車荷載，分別適用的主要對(duì)象為中型車（指載重小于5t的汽車）和小客車（指載重小于2t的汽車以及更小的低速汽車、三輪汽車、小四輪拖拉機(jī)等農(nóng)用車輛），可見其采用的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)更適合農(nóng)橋日常、高頻的使用環(huán)境和條件。而規(guī)范2采用的公路-Ⅱ級(jí)汽車荷載相當(dāng)于總重量20t的車隊(duì)和一輛總重30t的車輛組合效益，對(duì)于農(nóng)橋而言，遭遇的概率較小，且受鄉(xiāng)村道路寬度、轉(zhuǎn)彎半徑、路面路基質(zhì)量等影響，一般也無法通行較大重量的貨車，可見農(nóng)橋的汽車荷載直接采用公路-Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，荷載標(biāo)準(zhǔn)明顯偏大，具有較大安全分析。

通過上述分析，結(jié)合目前灌區(qū)鄉(xiāng)村道路、機(jī)耕路、渠堤檢修路的實(shí)際交通狀況，按照適度超前、經(jīng)濟(jì)合理的原則，農(nóng)橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的汽車荷載宜采用規(guī)范1中的農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)和農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)汽車荷載，其對(duì)應(yīng)的汽車荷載明顯低于公路-Ⅱ級(jí)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)。在農(nóng)橋設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)橋址處的交通條件合理選擇相應(yīng)的荷載標(biāo)準(zhǔn)，盲目直接套用相同計(jì)算跨徑的公路-Ⅱ級(jí)橋梁圖集將增加投資，不經(jīng)濟(jì)。

3 農(nóng)橋車道荷載內(nèi)力計(jì)算

農(nóng)橋一般為簡(jiǎn)支平板橋梁結(jié)構(gòu)。在大中型灌區(qū)內(nèi)，跨溝渠農(nóng)橋多為單跨簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨徑一般不超過8m。根據(jù)農(nóng)橋荷載標(biāo)準(zhǔn)分析成果，對(duì)灌區(qū)常見的計(jì)算跨徑分別為4m、6m和8m的單跨簡(jiǎn)支平板橋進(jìn)行車道荷載計(jì)算，結(jié)果如下：

1）均布荷載：農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)、農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為5.12kN/m、4.73kN/m。

2）集中荷載：集中荷載與計(jì)算跨徑有關(guān)，農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)車道荷載的集中荷載分別為141.75kN、142.80kN和144.90kN；農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)車道荷載的集中荷載分別為121.50kN、122.40kN和124.20kN。

農(nóng)橋人行道的人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值均為4.0kN/m2。

根據(jù)農(nóng)橋車道荷載分布影響線，對(duì)農(nóng)橋采用直接加載法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算：

式中：S為所求截面的彎矩或剪力；μ為汽車荷載沖擊系數(shù)；ξ為多車道橋梁汽車荷載折減系數(shù)，取1.20；mi為車道荷載橫向分布系數(shù)，對(duì)于整體現(xiàn)澆平板，取1.0；Pi為車輛荷載軸重或車道荷載；yi為沿橋跨縱向與荷載位置對(duì)應(yīng)的內(nèi)力影響線坐標(biāo)值。

對(duì)于灌區(qū)常見的寬度為5m的農(nóng)橋標(biāo)準(zhǔn)斷面，中部為單車道寬度3.5m，兩側(cè)分別為寬度0.5m的人行道和0.25m的路緣石。根據(jù)式（1）可求得農(nóng)橋典型截面的內(nèi)力值，見表1。

表1 農(nóng)橋典型截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值

4 農(nóng)橋橋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比

針對(duì)灌區(qū)常見的計(jì)算跨徑6m，寬度5m的農(nóng)橋，分別采用農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)和農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)進(jìn)行橋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體截面尺寸及配筋結(jié)果見表2。

表26 m計(jì)算跨徑農(nóng)橋配筋計(jì)算結(jié)果 mm

與同跨徑的公路-Ⅱ級(jí)裝配式混凝土簡(jiǎn)支板橋標(biāo)準(zhǔn)圖集相比，采用農(nóng)橋-Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可節(jié)約C30混凝土2.4m3，節(jié)約鋼筋0.90t，節(jié)省投資約6800元；采用農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可節(jié)約C30混凝土2.4m3，節(jié)約鋼筋0.99t，節(jié)省投資約7400元。可見，采用合適的農(nóng)橋標(biāo)準(zhǔn)，可有效節(jié)省工程投資。同時(shí)，農(nóng)橋采用現(xiàn)澆橋板結(jié)構(gòu)，對(duì)施工場(chǎng)地、設(shè)備的要求較低，可有效避免灌區(qū)集中預(yù)制場(chǎng)較遠(yuǎn)，預(yù)制梁板運(yùn)輸?shù)跹b交通不便的難題，并能簡(jiǎn)化橋面鋪裝環(huán)節(jié)工作量，有效減少施工中間環(huán)節(jié)，對(duì)加快施工進(jìn)度具有重要意義。