大跨徑橋梁車輛設(shè)計荷載分析

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摘要：以某大跨徑橋梁工程項目為研究對象，對橋梁車輛設(shè)計過程需要考慮的荷載問題進行研究，詳細闡述了大跨徑橋梁設(shè)計荷載過程需要遵循的要求，在總結(jié)國內(nèi)橋梁車輛荷載設(shè)計標準的同時，深入分析大跨徑橋梁車輛荷載設(shè)計的要點。通過分析可知，在設(shè)計的過程中，需要從相應(yīng)設(shè)計規(guī)范中掌握橋梁的正態(tài)變化規(guī)律，從而保證橋梁使用狀態(tài)模擬得到確定，保證設(shè)計方案中的荷載參數(shù)達到實際交通運行的需要。

關(guān)鍵詞：大跨徑橋梁；設(shè)計荷載；橋梁設(shè)計

公路橋梁在設(shè)計過程中，需要從公路橋梁標準荷載的角度出發(fā)，全面分析橋梁工程中的安全性和經(jīng)濟性等因素。橋梁設(shè)計過程中所應(yīng)用的車輛荷載標準是建設(shè)完成之后保證橋梁可以正常運行的重要參數(shù)，如果其沒有達到相關(guān)標準的要求，必然會導(dǎo)致橋梁運行的安全性無法保證。因此，車輛荷載是保證橋梁正常使用的關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù)，同時也關(guān)乎經(jīng)濟效益與社會效益。在中小跨徑橋梁工程中，重載車輛出現(xiàn)的概率會直接影響橫向折減系數(shù)。伴隨著當(dāng)前我國橋梁跨徑尺寸的變化，多車道的橫向折減系數(shù)也已成為設(shè)計人員必須要重視的技術(shù)參數(shù)。

1橋梁設(shè)計荷載要求

1.1公路橋梁安全性方面。公路橋梁在設(shè)計階段應(yīng)重點考慮其安全性，其是公路橋梁的基本性能。橋梁設(shè)計技術(shù)人員應(yīng)深入到該地區(qū)中進行實地勘察和分析，了解當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\行情況以及荷載數(shù)據(jù)，并且從荷載的角度實施組合設(shè)計，全面提升橋梁運行安全性，有效降低橋梁交通事故的發(fā)生率。1.2公路橋梁耐久性方面。當(dāng)前，我國公路橋梁被廣泛的建設(shè)和投入使用，建設(shè)成本也在不斷提升，所以在橋梁設(shè)計中應(yīng)該綜合考慮到施工成本、耐久性等方面，選擇合理的設(shè)計方案，進而延長其使用周期。1.3公路橋梁適用性方面。橋梁需要滿足多個方面的需求，因此，在設(shè)計過程中，必須要從適用性的角度出發(fā)，選擇科學(xué)合理的設(shè)計方案。例如，某些橋梁中需兼具車輛行駛和行人行走，而有些橋梁只會通過車輛，這種橋梁的功能性差異，決定了其設(shè)計方案的不同，荷載與組合形式也存在很大的區(qū)別[1]。

2工程概況

某橋梁處在我國的南方某地區(qū)中，整個高速公路項目中共有2座大跨徑橋梁，其間隔距離為8km。該地區(qū)中分布著多條高速公路，國省干道的數(shù)量也比較多，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展非?？欤请S著社會的發(fā)展，重載運輸車輛數(shù)量持續(xù)增加，交通運輸量的激增使得該地區(qū)中的橋梁荷載無法滿足使用要求，造成較大的安全隱患。從該設(shè)計方案中可以了解到，該橋梁工程中主體部分使用的是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)形式，主跨為150m，其他結(jié)構(gòu)尺寸90m+150m+90m，其中，跨中箱梁為4m，墩頂箱梁的標高設(shè)定為9m，橋面形式為雙向四車道，跨度設(shè)定為12.5m。

3橋梁荷載設(shè)計標準

3.1城市橋梁設(shè)計規(guī)范。從相應(yīng)的國家標準和技術(shù)規(guī)范要求中了解到，對于跨徑尺寸在150m以下的橋梁結(jié)構(gòu)來說，其汽車荷載應(yīng)該符合相應(yīng)設(shè)計規(guī)范的要求，同時還應(yīng)該綜合考慮當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\行狀況以及車道荷載。在確定橋梁的主體結(jié)構(gòu)時，需要綜合考慮到車輛荷載的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，明確各項技術(shù)參數(shù)，為設(shè)計提供基礎(chǔ)條件。在計算橋梁結(jié)構(gòu)尺寸過程中，車輛荷載與車道荷載不能重復(fù)計算。例如，某城市中的兩條道路在設(shè)計過程中，根據(jù)加載處理方式來計算確定技術(shù)參數(shù)，并且需要準確判定跨徑荷載系數(shù)，然后確定均勻荷載標準值q與集中荷載標準值p。在確定橋梁彎矩參數(shù)時，應(yīng)該以均勻荷載qM為基礎(chǔ)，設(shè)計彎矩結(jié)構(gòu)，要通過確定均勻荷載參數(shù)q。如果橋梁的跨度尺寸處于20～150m范圍內(nèi)，則需要設(shè)計為四車道以上[2]。3.2公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范。根據(jù)公路橋涵設(shè)計技術(shù)規(guī)范的要求進行設(shè)計，要考慮到車輛計算圖與荷載標準、縱向折減系數(shù)確定最終的技術(shù)參數(shù)：（1）從目前我國技術(shù)標準分析可以發(fā)現(xiàn)，按照汽車荷載參數(shù)可以將公路分為—Ⅰ級以及公路—Ⅱ級。（2）汽車荷載參數(shù)是將車輛車載與車道荷載加在一起計算確定，均布荷載、集中荷載是公路設(shè)計中的關(guān)鍵性參數(shù)，這也是確定橋梁結(jié)構(gòu)形式的重要參數(shù)。通過文獻[3]可以了解到，在進行橋梁荷載參數(shù)計算的過程中，不能重復(fù)計算車輛與車道荷載數(shù)據(jù)。（3）如果在二級公路設(shè)計的過程中，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)中交通運行量比較大，且多為重載車輛，所以在橋梁設(shè)計的過程中，需要嚴格按照-Ⅰ公路進行設(shè)計；由于四級以上重載車輛的數(shù)據(jù)較少，所以確定設(shè)計方案的過程中，可以按照-Ⅱ公路進行。對于Ⅰ級公路來說，其荷載分布較為均勻，此時可以將集中荷載pk值確定為10.5kN/m，因此，對于跨徑尺寸為5m的橋梁來說，此時作用標準值可以確定為180kN；而對于跨徑尺寸在50m以下的橋梁來說，pk參數(shù)值的確定應(yīng)該嚴格按照360kN來進行；如果跨徑橋梁的尺寸在5m～50m范圍內(nèi)，pk值要根據(jù)計算數(shù)據(jù)最終確定。從剪力效應(yīng)參數(shù)值的計算可以確定，pk參數(shù)值應(yīng)該按照1.2倍來計算。公路-Ⅱ工程在設(shè)計過程中，從車道均勻荷載參數(shù)與集中荷載參數(shù)的確定過程中，在確定-Ⅰ級等級0.75倍的同時，能夠準確判定工程的技術(shù)參數(shù)[3]。

4大跨徑橋梁車輛荷載模型建立

4.1大跨徑橋梁交通情況調(diào)查。從當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\行狀態(tài)調(diào)查報告可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長期交通運輸數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，該地區(qū)的橋梁中單日通車數(shù)量為77400輛，最大車流量為82290輛，從當(dāng)前的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析中六個車道的對比中發(fā)現(xiàn)，六車道的車輛運行量最多。從當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\行狀況分析可以確定，該地區(qū)的荷載模型分析詳見表1所示。從表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)，整個道路中的右車道中行駛的車輛貨車已經(jīng)占到了整個地區(qū)貨車通行量的60.89%，而中、左車道中總計通行的貨車比例分為為35.72%、10.74%，從該數(shù)據(jù)的分析也可以判定，該橋梁中的載貨車輛主要集中在一、六的車道中。因此，在確定橋梁設(shè)計方案時，需要將該車道中的車輛通行量的數(shù)據(jù)作為依據(jù)計算荷載參數(shù)，然后將其代入到本次實驗的模型中，最終可以確定最為合理的橋梁施工方案，滿足當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\行的需要，達到橋梁工程的質(zhì)量、耐久性方面的要求，也能夠促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展[4]。4.2各類車型車輛荷載標準值計算。本次橋梁的技術(shù)參數(shù)計算的過程中，確定100年為基礎(chǔ)時間段，利用公式FT(x)＝[F(x)]×36500可以準確確定相應(yīng)技術(shù)值，進而可以準確計算出該橋梁中的最大車輛荷載參數(shù)值，也能夠判定該橋梁中通行的車輛荷載標準參數(shù)，最終可以明確橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)，以達到當(dāng)?shù)亟煌ㄍㄐ辛康男枰?。從上述的分析?shù)據(jù)資料中可以確定，本次橋梁在進行設(shè)計的過程中，基準周期內(nèi)部選擇效應(yīng)參數(shù)值，然后利用正態(tài)分布的方式確定最終的技術(shù)參數(shù)，以滿足橋梁耐久性的使用需要。4.3大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載模型。綜合上文中的理論分析資料，并且以及工程實踐情況作為基礎(chǔ)，將橋梁設(shè)計中的均布荷載參數(shù)q1+兩側(cè)均布荷載q2為主要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)，然后可以確定荷載參數(shù)，這樣就能夠判定橋梁兩側(cè)荷載數(shù)據(jù)即均布荷載參數(shù)，該參數(shù)會因為橋梁跨徑尺寸的增大而逐步減少，其也能準確判定重載車輛交通通行量處于峰值時給橋梁所產(chǎn)生的不良影響，進而準確判定橋梁結(jié)構(gòu)中的荷載分布狀態(tài)，而后明確橋梁在使用過程中的關(guān)鍵性技術(shù)數(shù)據(jù)。根據(jù)荷載效應(yīng)等效基本原理來進行橋梁設(shè)計確定，并且結(jié)合了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)進行計算，可以確定不同跨徑技術(shù)參數(shù)的荷載數(shù)值，具體的數(shù)據(jù)截取范圍詳見表2所示[5]。

5結(jié)語

大跨徑橋梁在設(shè)計的過程中，需要充分考慮到橋梁荷載所產(chǎn)生的影響，綜合考慮多個方面的因素，確定最佳的設(shè)計方案。正是因為橋梁設(shè)計存在較高的復(fù)雜性，涉及到的影響因素比較多，所以在開始設(shè)計前應(yīng)該深入了解現(xiàn)場的實際情況，要綜合分析當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\行狀態(tài)，了解重載車輛的行駛規(guī)律，最終確定影響橋梁使用壽命的關(guān)鍵因素，進而選取更加科學(xué)合理的橋梁設(shè)計方案。在設(shè)計的過程中，從相應(yīng)設(shè)計規(guī)范中可以掌握橋梁的正態(tài)變化規(guī)律，進而可以實現(xiàn)準確的橋梁使用狀態(tài)的模擬確定，只有這樣才能真正保證設(shè)計方案中的荷載參數(shù)達到實際交通運行的需要，促進橋梁使用安全性和穩(wěn)定性的提升，延長使用壽命，為當(dāng)?shù)氐慕煌òl(fā)展提供有利的支持。

參考文獻：

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作者:于翠芳 涂定君 單位:南昌市公路勘察設(shè)計院