橋梁結構對重載交通適應性分析

楊應春 劉 勇

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

橋梁結構對重載交通適應性分析

楊應春 劉 勇

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

通過預測重載交通的特征，針對武漢市四環線貨運重載比例較高的情況，項目引橋對重載交通適應性進行了計算分析，結果顯示引橋施工圖設計能適應該項目重載交通特性。

城市車輛，重載交通，荷載標準，重載應對措施

根據武漢市四環線整體項目及各路段前期研究成果，本項目建設采用雙向八車道和設計速度100 km/h的高速公路標準，汽車荷載等級按公路—Ⅰ級。根據交通量預測，本項目的客車出行方式約占到了57%，貨車出行方式約占到了43%，與武漢市主城區內部道路和環線相比，貨車出行占有較大的比例。針對本項目貨運重載比例較高的情況，本項目引橋箱梁對重載交通和對重載交通適應性進行了分析。

1 重載交通特征預測

據前期工可階段交通量預測來看，本項目貨運交通量約43%，貨運重載比例相對較大，本項目車型構成詳見表1。

表1 項目交通量預測各特征年車型構成比例 %

與本項目相鄰的通道為三環線白沙洲長江大橋和繞城高速軍山長江大橋，白沙洲大橋于2011年限行，近年來軍山長江大橋的交通狀況一定程度上能反映本項目建成后的交通特征。

根據軍山大橋健康監測系統自2011年9月～2014年4月采集到的車輛數據，中鐵橋科院分析統計了該時間段大橋主要交通特征，通行車型以兩軸小客車為主，大客及三軸和三軸以上車型占總量約42%，該數據與本項目預測的貨運重載比例相當。

不論是總重超載還是軸重超載，超重10%以下的車最多，10%～20%次之，50%最小。超重30%以上的車輛占通行車輛總量約13.6%，其中對橋梁結構疲勞損傷影響較大的三軸及三軸以上重載車超重30%以上的車輛占通行車輛總量小于10%。

2 現行橋涵通用規范汽車荷載標準的適應性

1)結構整體計算車道荷載取值分析。

《公路工程技術標準》確定道路荷載標準的根本依據是道路汽車荷載模型，即通過道路交通流量、車型參數(總重、軸距、軸重、輪壓、外形等)、車型分布(縱、橫向間距等)調查資料統計分析確定的荷載模型。根據《公路法》以及國家有關法規規定，在公路上行駛的車輛軸載質量應當符合《公路工程技術標準》，GB 1589—2004道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值國家強制標準。由于我國道路及車輛執行統一標準，顯然僅就一條道路制定標準尤其是汽車荷載標準意義不大，甚至對相關區域路網是不利的。怎樣的交通狀況或交通特征屬重載交通，目前國家及地方的相關部門也沒有嚴格意義上的界定，有鑒于此，國內對諸如貨運重載比例較高的公路項目(比如疏港公路)并未提出專門的汽車荷載標準。

從理論分析來看，對于跨徑較大的橋梁，其控制結構整體安全性的影響線加載長度也相對較長，特別是對于跨徑較大的多車道橋梁，最不利車輛同時加載于多個車道最不利位置的概率非常小。同濟大學“杭州灣大橋健康監測數據分析報告”的結論說明，檢查周期(3年)內的汽車荷載效應極值推定結果是：六車道荷載效應極值約為規范基準值的1.6倍～2.4倍，小于規范計算值3.3(六車道橫向折減系數0.55)。

從本項目交通量預測結果來看，貨運比例約43%，大貨及拖掛車比例約28%，較一般的高速公路其貨運重載比例高，但較國內一些已建和在建疏港公路的貨運重載比例要小，考慮到裝配式預制T梁橫向整體性相對較弱，偏安全，未考慮橫橋向車道折減系數；其他橋涵結構單幅按五車道荷載效應極值取3.0(折減系數0.6)加載。因此，理論上本項目橋梁整體結構安全度較規范限值提高了約10%。

2)結構局部計算車輛荷載標準分析。

依據JTG D60—2004公路橋涵設計通用規范，結構局部計算采用車輛標準荷載?？刂茦蛄航Y構局部構件安全性的汽車荷載為車輛荷載或軸重荷載，除結構本身幾何尺度及構造特征外，影響結構局部疲勞壽命的主要因素是車型參數(總重、軸距、軸重、輪壓等)、車距及車輛荷載作用次數。

公路橋涵車輛荷載標準車重550 kN，明顯小于現行城市橋梁荷載標準的700 kN，且加載圖式(軸重、軸距)也有顯著差異。考慮到本項目貨運重載的特點，因此有必要采用城—A車輛荷載標準對橋梁結構局部強度及變形進行驗算。

3 橋梁結構對重載交通適應性

對引橋進行結構分析，得出活載的冗余度，冗余度可以充分體現結構對活載的適應性。

1)橋梁結構整體計算分析。

引橋箱梁結構整體計算，采用城—A車道荷載(同公路—Ⅰ級車道荷載)進行計算，不同類型的橋梁通過模型施工方式、施工時間，收縮徐變均以10年計算，所有箱梁均按全預應力構件計算。提取控制點結果見表2～表4。表中活載效應C未計重要性系數和分項系數，活載冗余度Δ/C(%)計入重要性系數和分項系數，應力值負為壓應力，正為拉應力。

表2 跨漢洪高速70 m主跨鋼箱梁縱向計算結果表

2)橋梁結構局部計算分析。

箱梁頂板橫向計算：通過對城—A車輛荷載中多輪(2排2×70 kN車輪)和單輪(單排2×100 kN輪載)比較，得出當單輪作用于橋面板時，對橋面更不利。采用MIDAS計算軟件，對箱梁頂板進行橫向移動活載分析，其計算結果見表5。

表3 跨武金堤(50+90+50)m連續箱梁縱向計算結果表

表4 跨青鄭高速(40+60+40)m連續箱梁縱向計算結果表

表5 箱梁頂板橫向計算結果

4 結語

從對本項目的重載交通預測和結構計算分析來看，現階段施工圖設計橋梁結構總體上能適應本項目重載交通特性：

1)本項目采用公路—Ⅰ級荷載標準，在車道荷載標準值提高10%的情況下，橋梁結構整體安全性滿足要求。

2)城—A車輛荷載標準(相當于公路—Ⅰ級車輛荷載提高約30%)作用下橋梁結構局部強度及變形滿足要求。

3)在超載(車重或軸重)均值不大于30%核定限值的情況下，本項目橋梁結構疲勞強度能夠滿足安全性要求。

[1] 范立礎.橋梁工程(上冊)[M].第2版.北京：人民交通出版社，2012.

[2] 劉效堯，徐 岳.梁橋[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

Adaptability analysis of bridge structure for heavy traffic

Yang Yingchun Liu Yong

(ChinaCommunication2ndHighwaySurvey&DesignAcademyCo.,Ltd，Wuhan430056,China)

Through predicting heavy load characteristics, in light of higher heavy goods transportation rate on Sihuan line of Wuhan city, the paper calculates and analyzes the heavy traffic adaptability for project approach bridge. Results show that: the approach bridge construction draft design can adapt the heavy traffic characteristics.

city vehicle, heavy traffic, load criteria, heavy countermeasures

2015-02-11

楊應春(1979- )，女，工程師； 劉 勇(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)12-0185-03

U441

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