超載對天津高速公路橋梁結構影響分析

摘要：本文根據天津市高速公路橋梁，研究了超載對橋梁結構影響分析，分別從橋梁交通荷載狀況與現行規范差異性、實測高速公路橋梁荷載參數、基于實測車輛狀況的梁安全性進行了分析，經過分析得到目前天津市高速公路橋梁造存在不同程度損傷，部分橋梁安全儲備不足，橋梁結構處于嚴重超負荷運營狀態.

關鍵詞：超載；橋梁結構；影響分析

1 橋梁交通荷載狀況與現行規范差異性分析

我國橋梁設計規范以滿足汽車工業發展而引發交通運輸需要，總體上均滯后于汽車工業發展需要，超載現象日益普遍成為一個不爭事實.近年來隨著社會經濟高速發展，高速公路上交通車流量和汽車軸載越來越大，對公路橋梁所造成損傷呈愈演愈烈態勢，有關橋梁受到超載而出現垮塌事故時有發生，本次根據對天津高速公路交通軸載進行調查結果，與現行公路橋梁設計規范制定時荷載調查統計數據對比，以說明天津營運高速公路橋梁所面臨荷載狀況.

2 實測高速公路橋梁荷載參數分析

根據實測天津市高速公路車輛荷載狀況，按照現行規范制定時以實測車輛總重量概率分布，以95%保證率確定得設計標準車輛總重為20t，以99%保證率確定得設計重車車輛總重為55t，以能觀測到最大車輛荷載120t為驗算荷載.仿照規范指標確定方法分別確定各線路車輛荷載狀況.按照設計規范確定車輛荷載標準方法，在95%保證率前提下所調查各路段車輛均超過規范給定20t標準車；從超過20t車輛比例看各路段超過規范5%比例均較大，所調查高速公路上車輛有較大比例超過規范荷載標準，超限運輸較為嚴重.

調查結果表明所調查路段上有較多車輛，含有較大比例車輛超過規范給定車輛荷載限值.同時按照橋梁設計規范規定車輛在車隊上只有一部而實際上并非如此.表明實際狀況與規范規定差異較大.對實測車輛總重情況分析結果表明路段上車輛與設計規范相比均有較大比例超過規范限值，實際橋梁交通狀況與設計規范不符.

2.2 車輛荷載軸重對比

將所調查得到各車輛輪軸重量并與設計規范給出荷載對比.統計同樣考慮各路段上貨車占有比例.路段車輛軸重超過規范規定7t和13t現象較為普遍，超過規范規定軸重2倍，說明車輛超載現象普遍性.其中最大輪軸重在30t以上，超過規范規定14t軸重2倍以上.單軸重嚴重超限使橋梁構件局部受力十分不利.本次所調查高速公路上貨車，無論是車輛總重還是車輛軸重都超過規范限值現象.這種現象不但普遍還有極端超限現象存在使橋梁實際承受荷載與橋梁設計荷載狀況差異較大，對橋梁總體受力還是局部受力都十分不利.

3 基于實測車輛狀況的梁安全性分析

根據各橋梁目前技術狀態以及所承受橋上荷載狀況，按照橋梁設計理論進行必要驗算分析，計算分析橋跨結構抗力水平和荷載效應，結構應力水平、撓度和安全儲備等.橋梁都是按照85規范進行設計其設計荷載為汽-超20，掛-120級，由于橋梁實際狀態與設計狀態不同，需考慮結構所承受實際荷載和結構損傷的對結構安全性所帶來影響，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》有關規定分別引入活載影響修正系數、承載能力檢算系數和截面折減系數等來表征.

3.1 基于車輛荷載調查結果活載影響修正系數

對所調查各路段的車輛荷載狀況，對橋上實際汽車荷載考慮三個方面修正系數，最后得到綜合活載影響修正系數ξq，如表1.

實際調查典型代表交通量與設計交通量之比得到對應于交通量活載影響修正系數ξq1；實際調查重量超過汽車檢算荷載主車大噸位車輛的交通量與實際交通量之比得到對應于大噸位車輛混入率活載影響修正系數ξq2；實際調查的軸荷分布確定后軸重超過汽車檢算荷載最大軸載所占百分比得到對應于軸荷分布活載影響修正系數ξq3.

3.2 基于橋梁調查結果結構損傷狀況分析

按照《公路橋涵養護規范》、《公路橋梁承載能力檢測評定規程》等要求，結合近年來對高速公路上橋梁所進行定期檢查結果，跟蹤對比橋梁損傷及其發展情況，調查主要內容包括橋跨結構損傷狀況、結構與材料退化情況、結構鋼筋銹蝕狀況等，調查結果表明高速公路橋梁在各種因素作用下均出現不同程度損傷，其中超過設計標準荷載作用因素尤為明顯.在超載作用下橋跨結構出現受力特征性損傷，如結構產生過大拉應力而出現開裂和下撓變形，拼裝式結構橫向聯系破壞而出現單梁受力等.損傷不斷惡化對橋梁安全運營十分不利.

3.3 橋梁結構驗算分析

根據各橋目前技術狀態，結合交通量和交通軸載調查結果，建立分析模型，從橋跨結構實際荷載效應和實際抗力、控制截面的應力水平及其安全儲備情況、撓度指標等方面進行對比，對運營橋梁安全性作評估.對高速公路上典型橋跨結構進行驗算分析，主要結論為40m預應力混凝土工字梁連續剛構在超載作用下，跨中附近截面承載能力滿足要求，但墩梁固結的墩頂前后各L/4范圍內截面承載力不滿足要求，實際超載荷載彎矩為結構抗力1.5-2.7倍.截面最大拉壓應力均接近規范限值上限.20m、25m以及30m簡支預應力T梁在超載車輛荷載作用下，跨中段截面承載力不滿足要求，實際荷載效應為結構抗力105%-133%間.其中30mT梁還出現拉壓應力指標均超過規范限值情況.16m和20m簡支預應力箱形梁在超載車輛荷載作用下，跨中段截面的實際荷載效應為結構抗力110%左右，其承載力不滿足要求，同時拉應力指標超過規范限值.10m和13m簡支預應力空心板梁在超載車輛荷載作用下承載力滿足要求，但拉應力超過規范限值要求，達到限值2倍.6m和8m簡支鋼筋混凝土實心板梁在超載車輛荷載作用下，跨中附近截面的承載力不滿足要求，實際荷載效應為結構抗力1.5倍且結構裂縫寬度指標不滿足規范要求.

高速公路大部分橋梁在超載荷載作用下均出現承載力不滿足要求現象且結構出現應力指標達到或超過規范限值現象.根據高速公路實際交通情況出現超載超限車輛同時作用在橋上概率較多，極易造成橋梁突發性破壞.即橋梁在目前交通荷載作用下其安全性較低.綜合分析結果表明在各種因素作用下高速公路橋梁安全性較低，需要進行必要加固或補強處理.

4 結論

根據對天津市高速公路典型橋型，在基于結構目前技術狀態和交通狀況結構安全性分析.由于長期超載作用對橋梁結構造成不同程度損傷使橋梁承載能力降低，降低幅度在6%-20%間，導致部分橋梁安全儲備不足甚至沒有安全儲備.現有橋梁結構安全性均較低，大部分橋梁不能滿足承載能力要求，結構應力水平不滿足或儲備不足，結構安全儲備不足或無安全儲備，極易造成橋梁突發性破壞且驗算結果看超載車輛荷載效應已經遠遠超過原設計荷載效應，橋梁結構處于嚴重超負荷運營狀態.

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