城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

文 / 日昇創(chuàng)意景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)湖北有限公司 陳華軍

緩解超載對(duì)橋梁使用的壓力，必須制定城市橋梁和公路橋梁的設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)。本文將公路橋梁和城市橋梁的設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)，放在車(chē)道載荷、車(chē)輛載荷、汽車(chē)沖擊載荷、人群載荷和組合載荷類(lèi)型下進(jìn)行對(duì)比分析，就城市建設(shè)和公路設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題提出考說(shuō)，以供業(yè)界參考。

引言

近年來(lái)，隨著城市擴(kuò)張和城市建設(shè)，城市交通負(fù)荷急劇增長(zhǎng)。超載卡車(chē)帶來(lái)的交通量增加會(huì)加速城市橋梁的退化，甚至可能導(dǎo)致橋梁倒塌，實(shí)施車(chē)輛、人員重量限制是解決這一問(wèn)題的有效且實(shí)用的方法。因此，本文針對(duì)不同載荷類(lèi)型，對(duì)公路橋梁和城市橋梁的載荷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，以期為不同類(lèi)型橋梁的抗震設(shè)計(jì)提供參考。

公路和城市橋梁設(shè)計(jì)載荷發(fā)展對(duì)比

設(shè)計(jì)載荷的必要性

城市橋梁與公路橋梁在設(shè)計(jì)荷載上存在一定差異。比較兩者的荷載標(biāo)準(zhǔn)，可以有效避免設(shè)計(jì)上的混亂，選擇的荷載標(biāo)準(zhǔn)符合相應(yīng)的要求。只有這樣，才能保證橋梁結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和耐久性，最終充分保證橋梁的質(zhì)量。

設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)變革

城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范起步相對(duì)較晚，最早的城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范《城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（CJJ11-93）在我國(guó)誕生于1993年，城市的快速發(fā)展要求設(shè)計(jì)規(guī)范不斷的更新?lián)Q代，在1998年發(fā)布了《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ7 7-98），城市橋梁的設(shè)計(jì)也變得更加標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化。之后，又在2011年、2019年更新了城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，更新為《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）、《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011），2019年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沿用至今。

公路和城市橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

汽車(chē)載荷

一般計(jì)算車(chē)輛載荷時(shí)，都會(huì)將車(chē)輛載荷看做均勻分布設(shè)計(jì)，這種模式在橋梁設(shè)計(jì)中同樣適用。長(zhǎng)久以來(lái)，已經(jīng)有相關(guān)的法律法規(guī)對(duì)車(chē)輛載荷的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和限定，結(jié)合這些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值科技對(duì)橋梁設(shè)計(jì)有效的進(jìn)行相關(guān)的數(shù)值設(shè)計(jì)，在通過(guò)不同類(lèi)型的橋梁設(shè)計(jì)載荷對(duì)比分析，得到合理科學(xué)的數(shù)值結(jié)果。

根據(jù)汽車(chē)載荷的數(shù)值制定不同類(lèi)型橋梁的載荷標(biāo)準(zhǔn)的步驟為：首先根據(jù)車(chē)輛數(shù)量，車(chē)輛載荷的橫向布置設(shè)計(jì)橋梁的寬度；其次根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)限定車(chē)道數(shù)量、寬度；最后得到結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)折減系數(shù)相同，具體見(jiàn)表1。

車(chē)道載荷

車(chē)道載荷是橋梁載荷分析中最基本的類(lèi)型，車(chē)道載荷在公路橋梁和城市橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的模式相同，同時(shí)為均布載荷+集中力，可以將公路分為Ⅰ、Ⅱ級(jí)，城市分為A、B級(jí)，如圖1所示，分別取相同的車(chē)道載荷、橫向、縱向分布系數(shù)與折減系數(shù)，用于計(jì)算橋梁的總體構(gòu)架。

車(chē)輛載荷

在公路橋梁和城市橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中車(chē)輛載荷有較大的差異，本研究中公路橋梁設(shè)計(jì)采用55噸的五軸車(chē)，在城市橋梁設(shè)計(jì)采用70噸的五軸車(chē)，兩種類(lèi)型的參數(shù)對(duì)比如表2。車(chē)輛載荷的主要標(biāo)準(zhǔn)集中在局部構(gòu)建設(shè)計(jì)，如橫梁、涵洞等，重點(diǎn)在于提升城市載荷標(biāo)準(zhǔn)。

汽車(chē)載荷沖擊力

汽車(chē)對(duì)橋梁的沖擊也是橋梁載荷的標(biāo)準(zhǔn)之一，必須要綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)、剛度、跨徑等影響因素。在計(jì)算城市汽車(chē)載荷沖擊力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要同時(shí)考慮到汽車(chē)載荷沖擊力標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)汽車(chē)載荷標(biāo)準(zhǔn)完善汽車(chē)沖擊力的橋梁載荷標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合橋梁本身的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度和跨度，結(jié)合沖擊力與跨度的反比計(jì)算值，對(duì)車(chē)輛沖擊荷載進(jìn)行計(jì)算分析，進(jìn)而將公路橋和城市橋梁的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算出的車(chē)輛沖擊力進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

由表3可知，公路橋梁的沖擊系數(shù)明顯高于城市橋梁，在小跨度上差異相對(duì)較大。實(shí)現(xiàn)大跨度設(shè)計(jì)時(shí)，不同類(lèi)型的價(jià)值逐漸逼近。

人群載荷

當(dāng)面對(duì)北京、上海等特大人口城市時(shí)，不僅要考慮汽車(chē)載荷對(duì)橋梁的作用設(shè)計(jì)，還要考慮到人群對(duì)于城市橋梁的作用力，尤其是在過(guò)街天橋、跨河道橋梁等主要用于人群行走的橋梁，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中有對(duì)于與人群行走載荷的規(guī)定，當(dāng)人群在橋梁上行走時(shí)產(chǎn)生的載荷值為5kpa，人群和汽車(chē)同時(shí)作用時(shí)為4.5kpa，具體如表4。

公式計(jì)算上，人群荷載的計(jì)算公式仍沿用《城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（CJJ11-93）規(guī)定，梁、桁架、拱以及其它跨度較大結(jié)構(gòu)的人群荷載根據(jù)加載長(zhǎng)度L 、人行道寬度Wp計(jì)算，具體如下：

當(dāng)長(zhǎng)度小于20m時(shí)：

當(dāng)長(zhǎng)度大于20時(shí)小于100m時(shí)：

在公路橋梁計(jì)算中，主要考慮的是汽車(chē)載荷對(duì)橋梁載荷設(shè)計(jì)的影響，人群載荷對(duì)公路橋梁的影響采用公路橋梁載荷中的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。當(dāng)人群密集或同時(shí)通過(guò)非機(jī)動(dòng)車(chē)時(shí)采用公路橋梁載荷標(biāo)準(zhǔn)值中的1.15倍計(jì)算。

組合載荷

當(dāng)同時(shí)有車(chē)道、車(chē)輛、沖擊力及人群載荷存在時(shí)，需要對(duì)橋梁載荷設(shè)計(jì)重新計(jì)算，主要是通過(guò)線性組合及線性加和來(lái)計(jì)算橋梁載荷，主要參考《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，公路載荷和橋梁載荷的不同載荷的組合模式最主要的區(qū)別就是安全系數(shù)的不同，需要在大量的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)之后來(lái)加以確定不同類(lèi)型橋梁的組合設(shè)計(jì)載荷，同時(shí)要給予實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，保證橋梁設(shè)計(jì)的安全性。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，不同類(lèi)型的橋梁在不同載荷模式下的載荷標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，在橋梁載荷的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮車(chē)道載荷、車(chē)輛載荷、汽車(chē)沖擊載荷、人群載荷、及組合模式下的載荷幾種情況下的橋梁載荷設(shè)計(jì)，根據(jù)具體的實(shí)際情況選取不同的設(shè)計(jì)方案，綜合計(jì)算公路和城市橋梁載荷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。