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摘要：以某大跨徑橋梁工程項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)橋梁車輛設(shè)計(jì)過程需要考慮的荷載問題進(jìn)行研究，詳細(xì)闡述了大跨徑橋梁設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，深入分析大跨徑橋梁車輛荷載設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。通過分析可知，在設(shè)計(jì)的過程中，需要從相應(yīng)設(shè)計(jì)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(jì)方案中的荷載參數(shù)達(dá)到實(shí)際交通運(yùn)行的需要。

關(guān)鍵詞：大跨徑橋梁；設(shè)計(jì)荷載；橋梁設(shè)計(jì)

0引言

公路橋梁在設(shè)計(jì)過程中，需要從公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)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(jì)性等因素。橋梁設(shè)計(jì)過程中所應(yīng)用的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)是建設(shè)完成之后保證橋梁可以正常運(yùn)行的重要參數(shù)，如果其沒有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，必然會(huì)導(dǎo)致橋梁運(yùn)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(shí)也關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。在中小跨徑橋梁工程中，重載車輛出現(xiàn)的概率會(huì)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(jì)人員必須要重視的技術(shù)參數(shù)。

1橋梁設(shè)計(jì)荷載要求

1.1公路橋梁安全性方面

公路橋梁在設(shè)計(jì)階段應(yīng)重點(diǎn)考慮其安全性，其是公路橋梁的基本性能。橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)深入到該地區(qū)中進(jìn)行實(shí)地勘察和分析，了解當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行情況以及荷載數(shù)據(jù)，并且從荷載的角度實(shí)施組合設(shè)計(jì)，全面提升橋梁運(yùn)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(jì)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(jì)方案，進(jìn)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(gè)方面的需求，因此，在設(shè)計(jì)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(jì)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(huì)通過車輛，這種橋梁的功能性差異，決定了其設(shè)計(jì)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(gè)高速公路項(xiàng)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(jì)發(fā)展非常快，但是隨著社會(huì)的發(fā)展，重載運(yùn)輸車輛數(shù)量持續(xù)增加，交通運(yùn)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(jì)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(biāo)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范

從相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范要求中了解到，對(duì)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(jì)規(guī)范的要求，同時(shí)還應(yīng)該綜合考慮當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行狀況以及車道荷載。在確定橋梁的主體結(jié)構(gòu)時(shí)，需要綜合考慮到車輛荷載的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，明確各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，為設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)條件。在計(jì)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(jì)算。例如，某城市中的兩條道路在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)加載處理方式來計(jì)算確定技術(shù)參數(shù)，并且需要準(zhǔn)確判定跨徑荷載系數(shù)，然后確定均勻荷載標(biāo)準(zhǔn)值q與集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值p。在確定橋梁彎矩參數(shù)時(shí)，應(yīng)該以均勻荷載qM為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)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(jì)為四車道以上[2]。

3.2公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范

根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，要考慮到車輛計(jì)算圖與荷載標(biāo)準(zhǔn)、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(biāo)準(zhǔn)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(jí)以及公路—Ⅱ級(jí)。（2）汽車荷載參數(shù)是將車輛車載與車道荷載加在一起計(jì)算確定，均布荷載、集中荷載是公路設(shè)計(jì)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(xiàn)[3]可以了解到，在進(jìn)行橋梁荷載參數(shù)計(jì)算的過程中，不能重復(fù)計(jì)算車輛與車道荷載數(shù)據(jù)。（3）如果在二級(jí)公路設(shè)計(jì)的過程中，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)中交通運(yùn)行量比較大，且多為重載車輛，所以在橋梁設(shè)計(jì)的過程中，需要嚴(yán)格按照-Ⅰ公路進(jìn)行設(shè)計(jì)；由于四級(jí)以上重載車輛的數(shù)據(jù)較少，所以確定設(shè)計(jì)方案的過程中，可以按照-Ⅱ公路進(jìn)行。對(duì)于Ⅰ級(jí)公路來說，其荷載分布較為均勻，此時(shí)可以將集中荷載pk值確定為10.5kN/m，因此，對(duì)于跨徑尺寸為5m的橋梁來說，此時(shí)作用標(biāo)準(zhǔn)值可以確定為180kN；而對(duì)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(yán)格按照360kN來進(jìn)行；如果跨徑橋梁的尺寸在5m～50m范圍內(nèi)，pk值要根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)最終確定。從剪力效應(yīng)參數(shù)值的計(jì)算可以確定，pk參數(shù)值應(yīng)該按照1.2倍來計(jì)算。公路-Ⅱ工程在設(shè)計(jì)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(jí)等級(jí)0.75倍的同時(shí)，能夠準(zhǔn)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\(yùn)行狀態(tài)調(diào)查報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長期交通運(yùn)輸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jì)分析中六個(gè)車道的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，六車道的車輛運(yùn)行量最多。從當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行狀況分析可以確定。從表1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)，整個(gè)道路中的右車道中行駛的車輛貨車已經(jīng)占到了整個(gè)地區(qū)貨車通行量的60.89%，而中、左車道中總計(jì)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(jì)方案時(shí)，需要將該車道中的車輛通行量的數(shù)據(jù)作為依據(jù)計(jì)算荷載參數(shù)，然后將其代入到本次實(shí)驗(yàn)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\(yùn)行的需要，達(dá)到橋梁工程的質(zhì)量、耐久性方面的要求，也能夠促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

4.2各類車型車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

本次橋梁的技術(shù)參數(shù)計(jì)算的過程中，確定100年為基礎(chǔ)時(shí)間段，利用公式FT(x)＝[F(x)]×36500可以準(zhǔn)確確定相應(yīng)技術(shù)值，進(jìn)而可以準(zhǔn)確計(jì)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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，最終可以明確橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)，以達(dá)到當(dāng)?shù)亟煌ㄍㄐ辛康男枰纳鲜龅姆治鰯?shù)據(jù)資料中可以確定，本次橋梁在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，基準(zhǔn)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(jì)荷載模型

綜合上文中的理論分析資料，并且以及工程實(shí)踐情況作為基礎(chǔ)，將橋梁設(shè)計(jì)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(huì)因?yàn)闃蛄嚎鐝匠叽绲脑龃蠖鸩綔p少，其也能準(zhǔn)確判定重載車輛交通通行量處于峰值時(shí)給橋梁所產(chǎn)生的不良影響，進(jìn)而準(zhǔn)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(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)確定，并且結(jié)合了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以確定不同跨徑技術(shù)參數(shù)的荷載數(shù)值。

5結(jié)語

大跨徑橋梁在設(shè)計(jì)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(gè)方面的因素，確定最佳的設(shè)計(jì)方案。正是因?yàn)闃蛄涸O(shè)計(jì)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(jì)前應(yīng)該深入了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，要綜合分析當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)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(jìn)而選取更加科學(xué)合理的橋梁設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)的過程中，從相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范中可以掌握橋梁的正態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(jì)方案中的荷載參數(shù)達(dá)到實(shí)際交通運(yùn)行的需要，促進(jìn)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(xiàn)：

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作者:于翠芳 涂定君 單位:南昌市公路勘察設(shè)計(jì)院