高速公路大件運輸最大通行能力評估方法

蔣凌杰，毛建平，吳志隆，吳維彬，王正

（廣西交通工程檢測有限公司，南寧 530011）

1 引言

大件運輸車輛通行服務(wù)作為高速公路提供特殊社會服務(wù)的一項重要內(nèi)容，大件運輸荷載下結(jié)構(gòu)的安全評估是大件運輸車輛管理的至關(guān)重要一環(huán)。大件運輸車輛行駛高速公路時，首先應(yīng)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)承載能力驗算，以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。大件運輸車輛非設(shè)計驗算的特種車輛，具有重量的不確定性，未在設(shè)計中進(jìn)行考慮，在通行前需要重新進(jìn)行驗算評估。而高速公路涉及的橋梁多，每次大件運輸車輛通行前才開展驗算評估，需要耗費大量的時間精力，也勢必將極大地影響運營管理決策的效率，帶來負(fù)面的社會影響，因此，本文提出最大通行能力的驗算方法，作為一種先行算法，是在大件運輸車輛通行前，對各個路段可以通行的最大荷載進(jìn)行計算確定，以便大件運輸通行需要時第一時間做出是否可以通行或者更換大件運輸車輛運輸路線的決策，提高管理效率，保障社會效率和經(jīng)濟(jì)效益。本文以廣西工程實例為背景，介紹大件運輸車輛通行路段的最大通行能力評估方法。

2 橋梁抽檢原則制定

高速公路橋梁數(shù)量多，對每個橋進(jìn)行驗算不僅效率低且造成資源浪費，因此，在對各個路段進(jìn)行橋梁等構(gòu)造物的通行能力驗算時，應(yīng)首先選取典型橋梁結(jié)構(gòu)，針對典型的橋梁結(jié)構(gòu)來進(jìn)行承載能力驗算。得出每座橋梁的最大通行荷載，再根據(jù)路段上各個橋梁結(jié)構(gòu)的通行荷載計算結(jié)果，來綜合評估該路段的最大通行能力。典型橋梁選取需要指定明確、科學(xué)的抽檢原則，應(yīng)收集在對路段橋梁設(shè)計資料，橋梁維修加固及養(yǎng)護(hù)資料，橋梁檢測評定報告等翔實資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮橋梁設(shè)計汽車荷載等級、跨徑組合、結(jié)構(gòu)類型、橋面寬度、材料類型、設(shè)計單位、橋梁技術(shù)狀況、通車年份等各種因素，根據(jù)上述原則綜合選取各個路段的典型橋梁。本文以1 個路段為例，路段橋梁及抽檢情況見表1。

表1 驗算路段橋梁概況

3 大件運輸車輛荷載模型選取方法

大件運輸車輛選型根據(jù)市場調(diào)查和主管部門的相關(guān)要求來確定，本項目的驗算車輛荷載選取單輛車貨質(zhì)量基本均布于各軸、平均軸荷不超過18 000 kg、軸距1.6 m、每軸線8 個輪的平板車居中布載[1-2]。大件運輸車輛軸距及軸載見圖1。

圖1 大件運輸車輛模型（單位：mm）

在進(jìn)行大件運輸車輛通行的橋梁承載能力驗算時，按照18 t軸重計算，通過試算確定軸數(shù)，以最終確定大件運輸車輛總重。

4 驗算參數(shù)取值研究

驗算參數(shù)合理取值是驗算正確的關(guān)鍵，包括橋梁的荷載參數(shù)、材料參數(shù)、荷載組合系數(shù)等。本文認(rèn)為在進(jìn)行大件運輸車輛荷載驗算時，相關(guān)參數(shù)應(yīng)按照以下規(guī)定取值[3-5]。

1）材料：按照設(shè)計文件取值。

2）荷載：結(jié)構(gòu)計算時，需要考慮實際可能的所有的荷載，包括汽車荷載、溫度荷載、收縮徐變。支點沉降等實際可能出現(xiàn)的荷載應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)效應(yīng)的計算分析。大件運輸車輛荷載計算式，應(yīng)按照驗算車輛模型取值，并取大件運輸單輛通行。

3）沖擊系數(shù)μ：根據(jù)大件運輸車輛行駛的要求，大件運輸車輛行駛是低速和勻速行駛，因此大件運輸車輛行駛時，可不考慮沖擊系數(shù)。

4）制動力：根據(jù)大件運輸車輛行駛的要求，大件運輸車輛在橋上不允許進(jìn)行制動，因此大件運輸車輛荷載不計制動力。

5）沖擊系數(shù)：（1）規(guī)范規(guī)定大件運輸沿橋梁中心線行駛，因此，以中梁的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)控制大件運輸荷載。（2）橫向分布計算時，支點和跨中分別采用杠桿原理法計算和鉸接板梁法、剛接板梁法、剛性橫梁法等方法計算，跨中2/4 部分采用跨中計算的橫向分布系數(shù)，距離支點l/4 處起至支點的區(qū)段內(nèi)用直線內(nèi)插法。（3）結(jié)合實際情況，大件運輸車輛在行駛過程中是很難嚴(yán)格的遵循沿橋梁中心線居中行駛，安全起見，進(jìn)行大件運輸車輛橫向分布系數(shù)分析時，近似地取居中布置及偏移中心線0.5 m 布置兩種方式的較大值。

6）荷載組合系數(shù)：大件運輸車無規(guī)范規(guī)定其頻遇系數(shù)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范條款說明，對尚未調(diào)查的可變作用頻遇值仍取標(biāo)準(zhǔn)值。因此，對于大件運輸車該系數(shù)取1.0。其余參數(shù)取同設(shè)計汽車荷載取值。

5 結(jié)構(gòu)驗算內(nèi)容研究

采用橋梁博士等有限元分析軟件建立橋梁有限元模型進(jìn)行分析計算，按照橋梁設(shè)計荷載等級和設(shè)計荷載規(guī)范對各個典型橋梁進(jìn)行驗算分析，本文針對梁橋進(jìn)行驗算時，主要驗算內(nèi)容包括以下幾方面：

1）承載能力極限狀態(tài)的抗彎承載能力驗算、抗剪承載能力驗算；

2）正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)抗裂驗算、主梁撓度驗算；

3）支座承載力驗算；

4）結(jié)構(gòu)持久狀況應(yīng)力驗算。

6 驗算控制標(biāo)準(zhǔn)制定

確定驗算內(nèi)容后，需給定各項驗算內(nèi)容明確的驗算標(biāo)準(zhǔn)，在各項指標(biāo)給定的標(biāo)準(zhǔn)下，通過調(diào)整大件運輸車輛的軸數(shù)來調(diào)整車輛總重進(jìn)行試算，最終確定橋梁通行的最大車輛重量。

根據(jù)多個路段驗算結(jié)果看，主要控制指標(biāo)是主梁承載能力驗算指標(biāo)。本文認(rèn)為，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)驗算的控制標(biāo)準(zhǔn)分為兩個層級。

1）層級1：采用組合效應(yīng)比小于1，即大件運輸車輛荷載參與組合的效應(yīng)值，與設(shè)計汽車荷載參與組合的效應(yīng)值的比值不超過1，作為大件運輸車輛試算的控制標(biāo)準(zhǔn)，確保大件運輸車輛通行時仍具有設(shè)計承載能力的富裕度，保障通行安全，也是作為人們大件運輸通行能力的主要控制標(biāo)準(zhǔn)。

2）層級2：效應(yīng)與抗力比小于1，即大件運輸車輛荷載參與組合的效應(yīng)值，小于結(jié)構(gòu)抗力值。作為大件運輸車輛通行能力的補充驗算，確保結(jié)構(gòu)承載能力滿足規(guī)范要求。

其他驗算項目及控制指標(biāo)見表2，按照表2 確定的驗算項目及相應(yīng)控制指標(biāo)，即可合理計算出每個橋梁的最大通行荷載。

表2 驗算路段橋梁概況

7 驗算結(jié)果

按照以上的驗算項目和驗算標(biāo)準(zhǔn)，通過計算得到路段每個橋梁的最大通行荷載，取路段上各個抽檢橋梁計算得到的通行荷載的最小值作為該路段的最大通行荷載。本文示例的路段的最大通行能力見表3。

表3 最大通行能力計算結(jié)果表

8 結(jié)語

本文介紹了大件運輸車輛通行路段的最大通行能力評估的方法，包括橋梁抽檢原則、驗算參數(shù)取值、驗算內(nèi)容，并重點給出結(jié)構(gòu)驗算控制標(biāo)準(zhǔn)，作為橋梁通行能力計算確定的依據(jù)。需注意，橋梁通行能力計算是基于車輛按照規(guī)范形式的前提下做了計算假定，因此，在大件運輸通行時，要嚴(yán)格遵守養(yǎng)護(hù)規(guī)范的通行要求，包括時速、形式、車輛位置等。在大件運輸車輛上高速前還要進(jìn)行軸重和總重的測定。在進(jìn)行高速公路大件運輸車輛通行審核管理決策時，應(yīng)結(jié)合運輸車輛實際情況綜合考慮，當(dāng)實際情況通行車輛軸距軸載對結(jié)構(gòu)安全更加不利時，應(yīng)重新進(jìn)行計算評估。