城市橋梁與公路橋梁設計載荷標準對比與思考①

韓富強

(同圓設計集團有限公司 山東濟南 250000)

1 城市橋梁和公路橋梁的概念

在實際應用中，所謂的城市橋梁主要是在城市道路的各個層面上建造的橋梁，包括永久性橋和半永久性橋，但是其中一些臨時橋梁，鐵路橋梁和涵洞不屬于城市橋梁的建設范圍。公路橋梁，即橫跨河流，港口，湖泊，水庫，灌溉渠和其他水域，高差高的深谷或穿越其他交通路線的高速公路，以保持交通順暢而修建的橋梁。公路橋梁是在各級公路上建造的橋梁。公路橋梁與城市橋梁有很大不同，公路橋梁的要求是根據公路的使用情況、性質和未來發(fā)展的需要，按照適用、經濟、美觀的原則進行修建。城市橋梁的建設應遵循安全，適用，經濟，美觀和環(huán)保的原則，適應當的就地取材，并便于施工和維護。 此外，城市橋梁建筑還應符合城市規(guī)劃的要求，并應與周圍環(huán)境協調。兩者雖然不同但功能又極其相似，因此相關規(guī)定已明確的指出，對于兩種橋梁的建設必須穩(wěn)定，耐用且具有藝術觀賞性，以方便人們旅行和對城市環(huán)境的美化。

2 橋梁荷載標準及規(guī)范的發(fā)展

2.1 城市橋梁標準及規(guī)范

中國第一個城市橋梁設計標準是1993年發(fā)布的CJJ11-93 《城市橋梁設計準則》。隨著時間的推移及社會的發(fā)展，該標準限制了當時的城市橋梁設計的發(fā)展，為了滿足經濟和社會發(fā)展需求并更好地與國際標準接軌，建設部于1998年發(fā)布了新的CJJ77-98 《城市橋梁設計荷載標準》。該標準在中國城市橋梁行業(yè)中是強制性的，直到2008年10月1日。隨著近些年城市現代化的發(fā)展，城市汽車擁有量極大發(fā)展，而城市橋梁的使用壽命在很大程度上取決于城市汽車的數量和載荷。為響應時代的發(fā)展，2012年，建設部重新發(fā)布了CJJ11-2011《城市橋梁設計規(guī)范》。且該規(guī)定實施從2012年4月1日起生效。

2.2 公路橋梁標準及規(guī)范

中華人民共和國成立以來，中國交通運輸部對橋梁設計規(guī)范進行了三次修訂，并根據實際交通情況對橋梁的車輛設計荷載標準進行了四次修訂。公路橋梁的當前設計規(guī)范為JTG D60-2004《公路橋涵設計通用規(guī)范》，該規(guī)范于2004年10月1日生效。新規(guī)范根據一些國內單位的研究成果和實際工程設計經驗，放棄現有的公路橋梁設計規(guī)范模型，將車輛載荷標準除以計算出的載荷，檢查載荷傳統(tǒng)模式，采用國際先進標準規(guī)范，使中國的公路橋梁載荷能夠與其他國家的公路橋梁載荷一致。

3 城市橋梁和公路橋梁設計荷載對比

3.1 設計荷載對比的必要性

城市的橋梁設計是為了縮小城市的空間距離，而且城市的橋梁設計既要有足夠的承載和泄洪能力，還要兼顧當前和以后的城市經濟發(fā)展建設，既要滿足交通運輸的本身需求，也要兼顧其他社會經濟個體的發(fā)展要求。公路橋梁的設計就是要將整個公路橋梁設計結構和其部分構件在制造和運輸、安裝過程中有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。因此分析城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準的差異性，可以為更多的城市道路交通規(guī)劃設計提供切實的參考依據。

3.2 設計荷載對比

（1）荷載作用分類。

CJJ11-2011《城市橋梁設計規(guī)范》將橋梁汽車荷載分為兩個等級，即城―A級和城―B級。規(guī)范規(guī)定:汽車荷載應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構的整體計算，車輛荷載用于橋梁結構的局部加載、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，作用與作用效應組合均應按現行行業(yè)標準JTGD60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范的有關規(guī)定執(zhí)行。

JTG D60-2004《公路橋涵設計通用規(guī)范》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。永久作用包括結構重力、預加力及土的重力等，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的作用則歸類為偶然作用。具體設計時，永久作用采用標準值作為代表值；可變作用根據橋梁的不同極限狀態(tài)可取標準值、頻遇值或準永久值為其代表值；而偶然作用的代表值則根據調查、試驗及工程經驗加以確定。

規(guī)范中將橋梁汽車荷載分為公路―Ⅰ級和公路―Ⅱ級兩個等級，前者基本相當于老標準汽車―超20 級標準荷載，而后者則相當于汽車―20 級標準荷載。該規(guī)范指出，車輛荷載包括車道荷載和車輛荷載，車道載荷包括均勻分布的荷載和集中荷載。橋梁結構的局部加載壓力的計算應使用車輛荷載，并且不應與車道荷載和車輛荷載重疊。

（2）汽車標準荷載。

不同國家的橋梁設計荷載模型的形式不同，可以大致分為由單個車輛組成的模型和由分布均勻的荷載組成的模型。中國的公路橋梁設計車輛荷載模型是基于一些國內設備的研究成果和實際工程設計經驗，并采用了國際上先進的標準和規(guī)范。在與相關國家標準進行比較和調整之后，確定當前的車道負荷模式和取值。

在荷載模式的制定方面，《城市98標準》中指出對于A級和B級車道在城市使用均勻分布的荷載和單一集中荷載（彎矩和剪力的不同值）的組合。這點與《公路04規(guī)范》相同。對于汽車荷載的基本條件，以更直觀地說明這三者之間的關系。

本標準規(guī)定的車輛載荷適用于150m以下的城市橋梁結構。汽車載荷可分為車輛載荷和車道載荷。行車道板是根據車輛荷載計算的。計算橋梁的結構時，不應使車輛載荷和車道載荷的作用重疊。

當前城市橋梁標準對要求單一集中載荷+均勻載荷的載荷模式有特定要求，與《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG TJ21-01-2015）相同。

（3）汽車沖擊力。

關于汽車沖擊力的計算《城市橋梁設計荷載標準》中所提出以沖擊力與計算跨徑的反比值為主，而在《公路橋梁設計通用規(guī)范》中提出的汽車沖擊力計算方法是結合結構質量、跨徑和剛度進行合理的計算。從汽車沖擊力來對比，城市橋梁與公路橋梁設計荷載計算方式并不相同，其中《公路橋梁設計通用規(guī)范》中汽車沖擊力的計算方法更加全面和詳細，設計荷載更為標準。

（4）人群荷載。

在《城市橋梁設計荷載規(guī)范》中，對于人群荷載有更為詳盡的約束，確定僅有行人步行作用于城市橋梁上行人的荷載值為5kPa，行人和車輛共同在城市橋梁上的荷載值為4.5kPa。可見，單獨形式在橋梁上的行人荷載值更大。為避免人群荷載引起城市橋梁的內力變化，應在進行城市橋梁設計時合理規(guī)劃其跨徑。由于城市公路橋梁的起點明顯大于公路橋梁，城市橋梁明顯較公路橋梁安全。

4 結語

在橋梁設計過程中，荷載標準直接決定著橋梁的安全性、耐久性以及經濟性。因此，如何對作用荷載進行準確的取值，是一個值得重視的問題。公路橋梁設計和城市橋梁設計都屬于橋梁設計，但是兩種橋梁的設計仍然有所不同。為了更好地理解兩者之間的區(qū)別，設計人員仍然需要研究二者的相關規(guī)定并進行比較，并互相借鑒。以符合建筑橋梁的安全適用、經濟合理的要求。