橋梁設計荷載及其組合研究

程志遠

摘 要：為了提高市政橋梁工程的建設水平，促進城市經(jīng)濟的健康發(fā)展，本文首先從市政橋梁的安全性、耐久性、適用性等方面分析了橋梁荷載設計時應注意的問題，隨后分析了車輛荷載、溫度荷載、汽車離心力等橋梁荷載的特點，最后探討了橋梁荷載的設計原則和組合形式，并提出了相應的改善措施，研究成果可以為類似的市政橋梁設計提供一定的理論指導。

關(guān)鍵詞：橋梁設計;荷載形式;組合;改善措施

0 引言

橋梁工程作為基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡建設的重要組成部分，對城市交通運輸能力有重要的意義。同時，隨著我國城市化進程加快，城市橋梁設施的建設步伐也日益加快。橋梁工程在運營期間受到各種外在因素的綜合影響，可能出現(xiàn)存在著不同的病害情況，影響行車安全性和舒適度，甚至可能造成嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。而發(fā)生病害的很多情況都與設計荷載及組合的選擇不當有關(guān)系。為了提高城市橋梁運營壽命，有必要根據(jù)城市橋梁的具體用途來確定其所承擔的荷載組合，以提高城市橋梁安全性。因此，研究橋梁設計荷載及其組合具有十分重要的工程意義。

1 市政橋梁設計荷載及其組合時應注意的問題

1.1 市政橋梁安全性方面

橋梁設計期間需要考慮多個因素，但在任何情況下都不能忽視其安全性。在市政橋梁及其組合的設計中，應特別注意安全問題，故在確定橋梁荷載及其組合時，相關(guān)工程師必須考慮橋梁主要用途及所處的交通條件，如在普通的鄉(xiāng)間道路上使用重型車輛應提供不同的荷載和組合，以適應不同道路和橋梁的使用條件。只有這樣才能確保所設計的橋梁具有較高的安全性，并在一定程度上降低橋梁使用過程中的事故發(fā)生頻率。

1.2 市政橋梁耐久性方面

市政橋梁的建設期間會耗費大量的人力、物力，必須保證橋梁運營期間受到各種荷載的作用，不會出現(xiàn)大幅性能劣化，耐久性要能滿足要求。如果經(jīng)過大量的投資，橋梁的使用壽命真的很短，可以說這種設計是不成功的。因此，在設計市政橋梁時，必須充分考慮所有因素，在進行設計工作之前，必須充分考慮橋梁的承載能力及其所包含的組合。只有充分考慮這些方面，橋梁運營期限和耐久性才能達到最佳狀態(tài)[1]。

1.3 市政橋梁適用性方面

市政橋梁的建造必須與服務能力相適應。例如人行過街可設天橋或下穿通道橋，人行天橋不通車，主要考慮人行荷載。其他市政橋梁即要考慮車輛荷載，同時又要考慮人行荷載。

2 市政橋梁設計荷載

2.1 汽車荷載

在橋梁結(jié)構(gòu)必須承擔荷載中，汽車荷載是最重要的組成之一。在明確了城市橋梁的特定功能之后，設計者必須明確正在行駛的車輛的類型。這樣，才能夠準確地判斷橋梁結(jié)構(gòu)必須承擔的最大荷載，并據(jù)此選擇橋梁設計和建造所需的荷載組合，材料和設備。因此，車輛荷載分析是城市橋梁設計的重中之重。必須在城市橋梁設計過程中承擔的車輛荷載時，設計人員必須結(jié)合使用均勻分布的荷載和集中荷載?？紤]到橋梁的布局，設計車道的數(shù)量和行車道的寬度等設計標準，我國的大多數(shù)市政橋梁基本相同。在設計過程中，您只需要根據(jù)實際情況稍微修改一些負載即可。另外，可以通過橋梁結(jié)構(gòu)的部分荷載以及橋臺和擋土墻上的壓力來校驗橋梁所承擔的反復車輛荷載。

2.2 溫度荷載

我國國土幅員遼闊，各地的地理位置和氣候條件各不相同，而在橋梁結(jié)構(gòu)施工期間，溫度是影響其施工質(zhì)量的重要因素之一，工程技術(shù)人員在設計城市橋梁時應該考慮到溫度荷載對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的影響。在橋梁結(jié)構(gòu)的熱負荷分析中，應到弄清楚季節(jié)變化和日照變化所引起負荷變化的區(qū)別。因此，設計師在設計橋梁結(jié)構(gòu)之前，應當先找到城市的等溫線圖，并根據(jù)城市的實際溫度進行適當?shù)恼{(diào)整，以計算出城市的季節(jié)溫差。

一般情況下，考慮過去50年的溫度變化，污染區(qū)域的設計要求是最低和最高溫度都會在2℃上下浮動。設計溫度荷載時需要分析橋梁的標高位置，每100 m溫度在 0.5℃～1℃之間上線變動。同時，日照引起的溫度變化也會影響城市橋梁的承載能力，受陽光下溫差的影響，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的市政橋梁在安裝混凝土梁或鐵梁時，會有相應的溫度變化。

2.3 汽車離心力

很多山區(qū)的城市橋梁結(jié)構(gòu)由于受到地形的限制，橋梁本身存在曲率變化，所以在橋梁上行駛的車輛會受到離心力的影響。如果離心力過大，會發(fā)生車輛傾覆等現(xiàn)象，故在進行橋梁荷載設計時一定要按照相關(guān)設計教學量的規(guī)定來考慮離心力，然而，通過市政橋梁的車輛多為轎車和小型運輸車輛。由于橋梁的離心力所產(chǎn)生的支撐是相對固定的，如果城市橋梁的曲率半徑大于250 m，設計者必須使用公式來計算離心力。在這個公式，圓的半徑大于250 m中央力系數(shù)C，城市橋梁的設計速度V，單位km/h，城市橋梁曲率半徑R。此外，在設計城市橋梁，車輛在設計荷載的影響必須考慮。車輛的影響主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)的基本頻率計算，城市橋梁的設計荷載是根據(jù)道路荷載的增加和功率的影響，設計城市橋梁時，必須遵循具體問題的分析原則，結(jié)合實際情況進行綜合分析[2]。

3 市政橋梁設計荷載的組合原則和形式

3.1 市政橋梁設計荷載的組合原則

市政橋梁結(jié)構(gòu)設計的主要指標是在荷載組合設計中確保使用壽命的安全穩(wěn)定。應考慮以下幾點：首先，應考慮橋梁荷載組合的安全性，并對現(xiàn)有道路交通狀況進行詳細分析，以充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)的荷載組合。保證橋梁結(jié)構(gòu)施工后的穩(wěn)定性;其次，設計荷載組合必須考慮結(jié)構(gòu)的耐久性。一般來說，大中型橋梁的設計和施工需要大量的人員和資源。因此，在考慮橋梁設計荷載等各種特殊條件后，在設計和施工中需要大量的人力和物力。在橋梁荷載組合設計中，應考慮橋梁的耐久性和適用性。例如，一些橋梁必須配備人行道等設備，以防止車輛通過。工作人員在設計和組合所需荷載時，應選擇合適的荷載，以滿足實際駕駛要求。

3.2 市政橋梁設計荷載的組合形式

在現(xiàn)階段，我國市政橋梁之間的設計荷載組合方法主要是基于可變荷載和永久荷載的組合。在根據(jù)市政橋梁的可變荷載（即車輛荷載，人群荷載，溫度荷載等）根據(jù)特定級別要求設計安全級別之后，橋梁在永久性橋梁的設計荷載中必須承受的荷載會增加。設計人員還需要通過分析由于地震或其他原因引起的市政橋梁造成的強荷載和與市政橋梁的相互作用，來提高市政橋梁的安全性和耐用性。同樣，如果市政橋梁必須穿過河流并穿過水體，則水本身的浮力也應被視為市政橋梁必須承受的荷載之一。設計者在組合設計荷載之間增加了容器和浮動物體之間的碰撞。在城市橋梁建設中使用的腳手架和其他機械設備也被認為對橋梁產(chǎn)生特定的荷載。同時，對于市政橋梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于其自身的鋼結(jié)構(gòu)，在重力和混凝土應力等因素的作用下，其荷載都有一定程度的增加。因此，在設計城市橋梁荷載組合的過程中，設計人員必須根據(jù)實際情況增加施工中使用的機械，人群等因素造成的荷載。在優(yōu)化了各種荷載的組合之后，市政橋梁由于具有更高的靈活性和自由度，可以為人們的出行生活提供更好的便利[3]。

4 解決市政橋梁荷載設計及其組合難度的措施

4.1 改進設計理念

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，在進行與市政橋梁荷載設計有關(guān)的工作及其組合時，相應的設計理念也必須不斷變化。在相關(guān)人員吸收和學習了國內(nèi)外良好的設計概念之后，他們可以選擇適合其條件的概念以及與市政橋梁荷載及其組合有關(guān)的設計內(nèi)容。

4.2 充分考慮并改善設計缺陷

一個好的項目不是一朝一夕就能完成的，同樣也適用于市政橋梁及其組合的設計。為了實現(xiàn)一個實用的設計方案，它需要不斷的實踐和修改。因此，在市政橋梁及其組合的設計中，一定要考慮各種因素，不斷加強和完善設計方案的不足之處和必要的改進[4]。

4.3 確保安全有效地實施設計

安全是所有工程項目一個永恒的話題。對于任何類型的設計，安全都應被視為首要因素。也適用于市政橋梁及其組合的設計，安全問題也必須考慮在內(nèi)。因此，在市政橋梁荷載的設計中，相關(guān)設計人員必須保證設計是安全的。此外，設計方案的有效性也是設計的基本原則，也是設計中必須考慮的基本問題之一。我們希望相關(guān)的設計師能夠注意到這兩個因素[5]。

5 結(jié)論

目前，我國對城市橋梁設計荷載和組合的研究符合世界的大趨勢，但標準及計算的道路橋梁影響值仍不滿足快速低水平交通建設基礎(chǔ)設施的要求，跨度仍相對較小，這與快速發(fā)展是不相符的。因此，本設計基于荷載彈性、可靠性、參考值、離心力和復雜影響等相關(guān)原則，可以更準確地把握我國基礎(chǔ)設施和建設的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

[1]王喜鵬.淺析城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準對比[J].中國標準化，2021（8）：110-111.

[2]韓富強.城市橋梁與公路橋梁設計載荷標準對比與思考[J].科技創(chuàng)新導報，2020，17（14）：43-44.

[3]顏志，覃怡.公路橋梁設計荷載及其組合研究[J].黑龍江交通科技，2018，41（6）：130-131.

[4]俞志國.城市橋梁與公路橋梁的荷載標準設計對比分析[J].城市道橋與防洪，2018（5）：123-125+14-15.

[5]徐遠賀.試論城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準對比及相關(guān)思考[J].江西建材，2016（24）：144+148.