重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)中關(guān)于車(chē)輛載荷的分析

摘 要：公路橋梁設(shè)計(jì)的最主要依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)是車(chē)輛載荷，車(chē)輛載荷的大小直接關(guān)系到公路橋梁的實(shí)際承載能力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文主要圍繞重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)前對(duì)車(chē)輛荷載的調(diào)研、重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)車(chē)輛荷載的分析以及重載車(chē)輛荷載的改進(jìn)分析進(jìn)行論述，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；車(chē)輛載荷；設(shè)計(jì)

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)承載的重量逐步增加，使得公路橋梁的承載能力也在不斷提升，尤其是承擔(dān)晉煤外運(yùn)任務(wù)的重載交通公路，由于車(chē)輛載荷量非常大和超載現(xiàn)象較為嚴(yán)重，使得公路橋梁經(jīng)常出現(xiàn)損壞情況。為了能夠有效解決這些問(wèn)題，必須加強(qiáng)公路橋梁的科學(xué)設(shè)計(jì)。

1 重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)前對(duì)車(chē)輛荷載的調(diào)研

在進(jìn)行重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該根據(jù)相似模擬原則對(duì)所選取的公路段進(jìn)行調(diào)查和研究，以此對(duì)重載交通公路橋梁車(chē)輛荷載的縱向排列情況進(jìn)行分析和明確。調(diào)查過(guò)程中必須得到的三個(gè)數(shù)據(jù)分別是：（1）對(duì)車(chē)輛的類(lèi)型及其分布情況進(jìn)行調(diào)研，從中確定各種類(lèi)型分布的比例情況；（2）對(duì)不同類(lèi)型車(chē)輛的軸重和軸距進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)；（3）對(duì)公路橋梁車(chē)輛荷載的汽車(chē)縱向間距進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。在縱向間距方面，主要統(tǒng)計(jì)載重汽車(chē)和普通汽車(chē)之間的縱向間距、普通汽車(chē)與普通汽車(chē)之間的縱向間距。

對(duì)于車(chē)輛類(lèi)型分布的比例情況和車(chē)輛的軸重和軸距的調(diào)查可采用觀察方法進(jìn)行，對(duì)于公路橋梁車(chē)輛荷載汽車(chē)的縱向間距可以采用攝影法和人工觀測(cè)法。如果在對(duì)汽車(chē)縱向間距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，出現(xiàn)汽車(chē)數(shù)量過(guò)多，無(wú)法進(jìn)行逐個(gè)調(diào)查，則應(yīng)該采用采集的方法，對(duì)其中不合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，然后將其中載重汽車(chē)與普通汽車(chē)之間的縱向間距、普通汽車(chē)與普通汽車(chē)之間的縱向間距組成集合。

2 重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)車(chē)輛荷載的分析

車(chē)輛荷載作為公路橋梁設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)指標(biāo)，在重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中必須包含對(duì)車(chē)輛軸距、車(chē)間距、車(chē)重和軸重等各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生一定的荷載效應(yīng)，對(duì)于車(chē)輛荷載對(duì)重載交通公路橋梁產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的計(jì)算，主要是通過(guò)對(duì)重載交通公路橋梁中的實(shí)際交通調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，從計(jì)算數(shù)據(jù)中得到代表性的汽車(chē)荷載類(lèi)型和車(chē)隊(duì)縱向排列，這樣便很容易計(jì)算出重載交通公路中車(chē)輛荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)。

按照《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中對(duì)不同道路車(chē)輛荷載的規(guī)定，高速公路的設(shè)計(jì)載荷為公路1級(jí)，這一級(jí)的車(chē)輛載荷由兩種類(lèi)型車(chē)輛組成，分別是普通汽車(chē)和加重汽車(chē)，即使在調(diào)查過(guò)程中會(huì)存在其他類(lèi)型的汽車(chē)，但是為了方面起見(jiàn)，在對(duì)高速公路汽車(chē)車(chē)輛荷載進(jìn)行分析時(shí)，將各種類(lèi)型的汽車(chē)都折算成普通汽車(chē)和加重汽車(chē)對(duì)公路橋梁的荷載效應(yīng)進(jìn)行分析。

2.1 普通汽車(chē)對(duì)重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)的荷載效應(yīng)

車(chē)輛荷載折算的基本參數(shù)應(yīng)該采用30m路徑的簡(jiǎn)支梁的跨中彎矩作用效應(yīng)，通過(guò)基本參數(shù)計(jì)算出普通汽車(chē)的作用總效應(yīng)，這時(shí)的總效應(yīng)是995127KN/m，對(duì)于每輛車(chē)普通車(chē)輛產(chǎn)生的作用效應(yīng)的計(jì)算應(yīng)該將總效應(yīng)進(jìn)行平均分配，這時(shí)每輛普通汽車(chē)產(chǎn)生的作用效應(yīng)應(yīng)該是995127/1315=1352KN/m。

在《路橋通規(guī)》中，對(duì)于公路1級(jí)的車(chē)輛荷載設(shè)計(jì)值的計(jì)算，一般是按照普通汽車(chē)的軸距和軸重中重貨車(chē)進(jìn)行計(jì)算的，在30m跨徑的簡(jiǎn)支橋梁的作用效應(yīng)是1352KM/m。

將調(diào)查荷載的作用效應(yīng)與《路橋通規(guī)》中的普通汽車(chē)的作用效應(yīng)進(jìn)行比較分析，兩者質(zhì)量差別很明顯，這主要是因?yàn)殡S著人們生活水平的提高，小客車(chē)的數(shù)量的增長(zhǎng)速度已經(jīng)在很大程度上超過(guò)了其他類(lèi)型的車(chē)輛增長(zhǎng)速度。所以為了保證計(jì)算的方便，在計(jì)算普通汽車(chē)荷載時(shí)應(yīng)該采用《路橋通規(guī)》中規(guī)定的兩軸中重貨車(chē)的軸距和軸垂直，在普通汽車(chē)間距中計(jì)算汽車(chē)荷載的作用效應(yīng)。

2.2 加重車(chē)對(duì)重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)的荷載效應(yīng)

加重汽車(chē)的作用總效應(yīng)的計(jì)算應(yīng)該與普通汽車(chē)的作用總效應(yīng)的計(jì)算如出一轍，都是采用30m跨徑的簡(jiǎn)支梁的跨中彎矩作用效應(yīng)，作為車(chē)輛荷載這算的基本參數(shù)，這時(shí)計(jì)算出的作用總效應(yīng)是1348863KN/m，每輛加重汽車(chē)產(chǎn)生的作用效應(yīng)的計(jì)算應(yīng)該是通過(guò)將總效應(yīng)按照車(chē)輛數(shù)量進(jìn)行平均分配，得出的結(jié)果應(yīng)該是1348863/327=4125KN/m。

在《路橋通規(guī)》中，對(duì)于公路1級(jí)的車(chē)輛荷載設(shè)計(jì)值的計(jì)算，一般是按照加重車(chē)的軸距和軸重中重貨車(chē)進(jìn)行計(jì)算的，在30m跨徑的簡(jiǎn)支橋梁的作用效應(yīng)是2949KM/m。

將調(diào)查荷載的作用效應(yīng)與《路橋通規(guī)》中的普通汽車(chē)的作用效應(yīng)進(jìn)行比較分析，兩者質(zhì)量差別很明顯，這主要是因?yàn)橹刎涇?chē)的數(shù)量的增長(zhǎng)速度已經(jīng)在很大程度上得到提高，因此，加重車(chē)對(duì)橋梁作用效應(yīng)的影響較大。所以為了保證計(jì)算的方便，在計(jì)算普通汽車(chē)荷載時(shí)應(yīng)該采用六軸半拖掛載重汽車(chē)的軸距和軸重值來(lái)作為加重車(chē)的軸距和軸重。

3 重載交通車(chē)輛荷載的改進(jìn)分析

3.1 改進(jìn)車(chē)輛荷載的沖擊系數(shù)

在以往的規(guī)范中對(duì)公路橋梁的沖擊系數(shù)的計(jì)算主要通過(guò)計(jì)算公路橋梁的跨徑來(lái)決定，在新的《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中將對(duì)公路橋梁沖擊系數(shù)的計(jì)算改為采用結(jié)構(gòu)基頻的方式進(jìn)行。在以往的規(guī)范中，對(duì)于沖擊系數(shù)的計(jì)算主要考慮的是橋梁跨度和材料的因素，卻忽視了橋型、連接方式和截面對(duì)動(dòng)力反應(yīng)的影響，而在新的規(guī)范中之所以采用結(jié)構(gòu)基頻計(jì)算沖擊系數(shù)是因?yàn)榛l是由質(zhì)量、剛度、阻尼三個(gè)方面共同決定，這就使得結(jié)構(gòu)基頻實(shí)現(xiàn)了某一方面的統(tǒng)一，因此，無(wú)論橋梁的跨度、材料和橋型區(qū)別多大，只要擁有固定的基頻，就能夠認(rèn)為動(dòng)力的本質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化，這樣就能夠在一定程度上保證計(jì)算的科學(xué)性。

3.2 改進(jìn)對(duì)橋梁的要求

在以往的規(guī)范中，橋?qū)挼囊?guī)定是通過(guò)對(duì)地形的調(diào)查進(jìn)行的，對(duì)于山嶺、平原、丘陵等不同不同地形對(duì)橋梁的寬度會(huì)有不同的規(guī)定。在新的規(guī)范中，橋梁的寬度是由設(shè)計(jì)車(chē)速的不同進(jìn)行分別規(guī)定的，設(shè)計(jì)車(chē)速的概念是在現(xiàn)階段才引進(jìn)的，具有一定的科學(xué)和技術(shù)含量。在以往的規(guī)范中，不同地形的確定和具有的可改造性等都是非常麻煩的，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中來(lái)說(shuō)也是不便利的，甚至?xí)斐筛鞣矫娴淖璧K，而在新的規(guī)范中，依照設(shè)計(jì)車(chē)速對(duì)橋?qū)掃M(jìn)行設(shè)計(jì)，由于需要考慮的問(wèn)題單一，所以整個(gè)過(guò)程進(jìn)行起來(lái)非常方便，計(jì)算也是非常準(zhǔn)確的。

3.3 改進(jìn)車(chē)輛荷載的劃分

在新的規(guī)范中，以往的規(guī)定中的四級(jí)汽車(chē)車(chē)隊(duì)荷載進(jìn)行了廢除，而是也用公路二級(jí)和公路一級(jí)取而代之，這樣劃分起來(lái)對(duì)車(chē)輛荷載的計(jì)算更加方便，在這一車(chē)輛荷載等級(jí)基礎(chǔ)上，還對(duì)以往的車(chē)隊(duì)荷載布載中存在的麻煩進(jìn)行改進(jìn)，引進(jìn)了車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載，其中車(chē)輛荷載是指對(duì)局部效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，車(chē)道荷載是指對(duì)局部效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)采用這些方式對(duì)車(chē)輛荷載的作用效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，可以降低車(chē)輛荷載的作用效應(yīng)計(jì)算過(guò)程中的繁雜程度，使計(jì)算變得更加簡(jiǎn)便。

4 結(jié)束語(yǔ)

在公路橋梁設(shè)計(jì)中，車(chē)輛荷載特別是重載交通車(chē)輛荷載的采用對(duì)路橋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、適用和安全等影響較大。改革開(kāi)放之前我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展速度緩慢，在公路上形式的載重車(chē)輛的車(chē)流量較小，并且軸重較輕。改革開(kāi)放之后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，無(wú)論是公路上的載重車(chē)輛的車(chē)流量還是軸重都大幅度提高，甚至在有些橋段不僅車(chē)流量較大，還有一些載重車(chē)嚴(yán)重超載，導(dǎo)致橋段經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，久而久之，公路橋梁的損壞程度越來(lái)越嚴(yán)重。因此，為了減輕公路橋梁因車(chē)輛荷載而造成的損壞，必須對(duì)重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)中的車(chē)輛荷載進(jìn)行全面分析。

參考文獻(xiàn)

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