公路桥梁设计荷载及其组合研究

卢安平

保利粤东房地产开发有限公司523000

摘要：桥梁工程作为公路工程的枢纽，在国民经济中占有重要的地位，其安全性与经济性的不合理将造成社会财富的巨大浪费和国有资产的大量损失，车辆荷载是影响公路桥梁结构安全性和使用性的重要因素之一。随着运输需求和汽车工业的不断发展，车辆超载现象日趋严峻，近年来出现了多起重车压垮桥梁的事故，引起了社会各界广泛的关注。为了解我国近年公路桥梁汽车荷载的情况，并为公路桥梁荷载标准的制定提供依据。本文针对这一问题，结合我国公路桥梁的汽车荷载现状，对桥梁的汽车荷载离心力进行了细致的探讨与研究。

关键词：公路桥梁；荷载标准；离心力标准值

随着我国经济的迅速发展，交通运输模式的特点也随之产生了变化，交通车辆的增长速度加快，我国的交通运输方面的政策也在不断地完善，这使得公路桥梁的车辆荷载发生了很大的变化。同时随着煤炭和矿业等运输的需要，各地的超载车辆不断出现。车辆超载运输使公路桥梁的使用寿命大大的降低了，所以，当前我国公路桥梁荷载标准还是否使用已经成为了社会广泛关注的焦点。荷载的基本组合表示为恒载(主要是结构自重)+活载(主要是汽车荷载)。从考虑分项系数组合值的大小可以看出各国规范所取的桥梁荷载效应的高低，作为基本组合的恒载和活载的分项系数与恒载或活载在总荷载效应中占的比例有关，现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60一2004)维持了85规范中的汽车荷载分项系数1.4，即对85规范进行“校准”，符合当时的实际情况，但自1988年开始进行公路工程可靠度研究起，经历了20年的发展后，车辆和交通量的情况已经有了很大的变化，车辆的载重能力、车型比例、交通流特性等这些对汽车荷载模式有重要影响的特性也有了显著变化。为使我国公路桥梁设计更能适应目前交通形势发展，正确评价我国现行规范荷载分项系数在世界上所处的位置，有必要对英、美等发达国家的桥梁设计规范进行分析和研究。

1、我国公路桥梁荷载标准研究现状

在漫长的发展建设过程中，我国公路桥梁规范发生了翻天覆地的变化。2004年，我国结合公路桥梁发展的实际状况，采用车道荷载模式取代了传统的车队荷载模式，在实际发展过程中，设计人员通过二者之间精细地比较，提出了均布荷载和集中荷载两种有效的公路桥梁荷载标准值。重新提出的公路桥梁标准十分注重验算荷载标准的作用，该方法在提高我国公路桥梁结构荷载应用水平的同时，还满足了我国今后很长一段时间内公路桥梁发展的实际需求。公路桥梁荷载标准中绝大部分参数的确定以常用的优化法为主要来源，这种确定方法在实际发展中存在较多问题，常见的问题有设计方法不合理、施工管理不健全以及结构养护不完善等。

2、公路桥梁设计荷载的基本理论

2.1随机过程理论

随机过程理论是公路桥梁设计荷载中的重要理论之一。其主要运用于数学研究，以研究过程中时间和规律的随机变化为主要依据，可以将其定义为：集合T中包含着t元素，X是与t元素有关的随机函数，也就是说Xt是关于随机变量t的随机函数。

2.2车辆荷载效应标准值基本理论

车辆荷载效应标准值基本理论通常由两部分内容共同组成，一部分是基准期，另一部分是重现期内荷载标准值。基准期是车辆荷载效应标准值基本理论分析过程中最常用的使用方法，是指公路桥梁设计过程中，桥梁结构和使用寿命的变化情况，结合公路桥梁和设计荷载过程中的各种影响因素计算出准确的工程可靠度。车辆荷载效应的标准值在我国公路桥梁设计荷载计算过程中以基准期的计算数据、最高效率和车辆荷载效应的标准值为主要依据，只有明确以上参数才能清楚地计算出公路桥梁设计的车辆荷载标准值。

2.3车辆荷载效应标准值的计算理论

车辆荷载效应标准值的计算理论由影响线的计算和横向分布系数的计算两部内容组成。在建筑工程力学结构的相关知识点中，影响线在实际数值计算中发挥着至关重要的作用，通常情况下，公路桥梁以影响线为依据画出相关的散值点。在20世纪三十年代，国际上很多专家对公路桥梁的空间设计计算理论进行了深入研究，最后使复杂空间计算变成了平面计算问题。公路桥梁设计荷载的基本理论还包括车辆离心力的相关研究理论以及工程结构重要性数据校准理论等，以上理论均在公路桥梁设计荷载及组合方法的应用中发挥着至关重要的作用。

3、公路桥梁荷载基本组合分项系数取值方法

要想明确公路桥梁荷载基本组合分项系数取值方法，必须明确我国公路桥梁荷载标准研究现状和公路桥梁设计荷载的基本理论。笔者结合多年工作经验，对公路桥梁荷载基本组合分项系数取值方法做了以下总结介绍。

3.1车辆离心力的取值方法

以我国公路桥梁设计规范为主要依据，要想提高公路弯桥结构设计计算数据的准确性，计算工作人员可以将离心力作为可变荷载进行计算。也就是说，在公路弯桥的曲线半径小于250m时，必须计算离心力的作用，该计算过程必须明确设计速度、曲线半径等参数，才能计算出准确的离心力系数。如果需要计算多车道桥梁汽车荷载的离心力，荷载标准值必须在相关规范标准内进行横向折减。众所周知，我国相关规定要求公路桥梁离心力的着力点应该在桥面以上1.2m左右的位置，在计算离心力时，为了方便起见，常将离心力的着力点定位在桥面上。下表1是我国规定的不同区县半径与车速其离心力的标准值。

表1：我国规定的不同区县半径与车速其离心力的标准值。

从表1中可以明显看出，如果行车的速度保持一致，离心力的数值随着曲线半径的缩小而扩大；如果曲线半径一致，离心力的数值随着车速度的减小而减小；如果车速不断增加，离心力随着曲线半径的缩小而减小；当车速逐渐变小时，离心力随着曲线半径的缩小而增加。

3.2车辆荷载效应

公路桥梁车辆荷载效应是指实际统计测量的车辆统计数据上的车辆荷载效应。要计算桥梁工程弯曲曲率半径与力矩的组合值，还必须明确两个路段的相关数据。在计算出组合效应数值和规范标准值后，计算人员可以通过其比值计算出不同情况下的统计参数数值，该数值被称为统计对象。

3.3组合箱梁荷载效应

在实际发展建设过程中，不同国家对公路桥梁荷载的要求存在较大的差异。据相关调查结果显示，英国所使用的公路桥梁荷载标准值的弯曲半径最大，其数值是我国公路桥梁荷载效应数值的0.5倍左右。在明确公路桥梁荷载效应值与桥梁跨径之间的关系后，还应该根据公路桥梁结构的实际特点计算相关影响因素并确定其取值。

3.4实测数据车辆离心力的标准值

公路桥梁设计荷载工作人员以一周时间为标准，在该时间段内对各时段的交通流量、各个车道的实际流量以及交通流量分布状况和车头时距等进行了有效的对比，结合对比数据编制了相关的车辆离心力的随机车流计算程序。实测数据车辆离心力的标准值要求计算人员以车辆测量统计结果为依据，结合随机车流产生程序和车辆离心力计算程序，可以得到不同状态下车辆离心力的标准值。

4、结语

随着我国经济结构和汽车产业的发展和变化，公路上通行的车辆型式和重量可能会发生较大变化，但通过历史数据与现状数据的分析比较可以了解汽车荷载发展的总体趋势，连续性的荷载研究可更好的揭示其时变的特性，为后续汽车荷载标准的制订提供更好的技术支撑，因此，建议建立全国性的车辆荷载观测点，定期对桥梁运营车辆荷载进行监测和统计分析，以保证汽车荷载数据库的完善和延续，一方面为规范修订服务，另一方面也可为运营管控提供参考。

参考文献：

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