淺談城市橋梁設計汽車荷載標準

喻紅月/重慶正達工程咨詢有限公司

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淺談城市橋梁設計汽車荷載標準

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【摘 要】橋梁在一個國家的交通運輸和經濟發展中占有重要位置。隨著我國近年經濟的高速增長、技術的進步和對外交往的日益頻繁,。本文就城市橋梁設計中汽車荷載標準進行了探討，促進城市橋梁設計以便更能滿足汽車的通行需求，推動城市的發展。

【關鍵詞】城市橋梁;橋梁設計;汽車荷載標準

橋梁在一個國家的交通運輸和經濟發展中占有重要位置。隨著我國近年經濟的高速增長、技術的進步和對外交往的日益頻繁,建設部又于 1998 年頒布了《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77—98)。該荷載標準被批準為強制性行業標準,除設計理論仍參照公路橋梁標準外,在車輛荷載項中與原公路橋梁汽車荷載已截然不同。本文就城市橋梁設計汽車荷載標準進行了分析探討，以期更好的應用該標準推動城市化進程。

一、現行橋梁規范設計汽車荷載制定方法

《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77—98)制定橋梁汽車荷載時，主要是結合國內的實際情況，采用了國外成熟、可靠并且實用的制定荷載的方法。通過計算、分析比較幾個國外有影響的橋梁設計荷載標準，最終選用了更符合中國國情、并有實測資料為基礎的加拿大安大略省公路橋梁設計規范中有關汽車荷載的規定，同時分析并吸取了一部分其他國家橋梁設計荷載的成熟規定，編制確定我國現行的城市橋梁設計荷載標準。

二、城市橋梁汽車設計荷載的有關規定

荷載標準汽車荷載等級僅劃分為：城-A級與城-B級兩種，在對橋梁進行計算時既有車輛荷載也有車道荷載，兩者并列，但分工不同，橋梁的橫隔梁、行車道板、橋臺或擋土墻后土壓力的計算采用車輛荷載，橋梁的主梁、主拱和主桁架等的計算采用車道荷載，這樣的規定構成了新標準最大的特色。

1.汽車荷載分為城-A級和城-B級。

2.車道荷載的計算圖式見圖1。

圖1　城市橋梁車道荷載計算圖式

3.跨徑為2～20m。

（1）城一A級：集中荷載標準值P=140kN；

均布荷載標準值：計算彎矩時q =22.5kN／m；計算剪力時qn=37.5kN／m；

（2）城一B級：集中荷載標準值P=130kN

均布荷載標準值：計算彎矩時q =19.0kN／m；計算剪力時q0=25.0kN／m；

4.跨徑為20～150m (不包括20m)。

在用偏最小二乘法建立模型時，最重要的是確定建模所需要的主因子數，采用的主因子數過多或過少，都會使擬合的精度降低，預測效果變差[11]。本實驗比較不同預處理方法在PLS建模下的主成分數以及和RMSECV的值，并選擇主成分相對較小的校正R2模型作為預測模型，再根據交互驗證的R2和RMSECV值來選擇最佳預測模型。

（1）城一A級：集中荷載標準值P=300kN

均布荷載標準值：計算彎矩時q =10.0kN／ m；計算剪力時q0=15kN／m；

當車道數等于或大于4條時，計算剪力應乘以增長系數1.25。

城一B級：集中荷載標準值P=160kN；

均布荷載標準值：計算彎矩時q =9.5kN／m；

計算剪力時q0=11.0kN／m；

當車道數等于或大于4條時，計算剪力應乘以增長系數1.3。

三、目前城市橋梁汽車荷載的特點

1.城市橋梁的車輛密集程度比公路橋梁高，車輛間距非常小，車輛擁堵發生的概率非常大。

2.城市橋梁的車輛通行速度都較慢，而且橋面平整度一般都較高，因此荷載沖擊效應要比公路橋梁小。

3.現代化大城市的人口密度很高，作用于城市橋梁上的人群荷載密集度一般也高于公路橋梁。

4.城市橋梁的車輛通行狀態往往比公路橋梁擁擠，因此車道的折減系數應與公路橋梁有別。

5.同公路橋梁比，城市橋梁的重車相對較少。

因此雖然車輛運行于城市橋梁和公路橋梁上沒有明顯的分界，很多過境車輛既要通過城市橋梁，也要經過公路橋梁，但由于城市內部交通的特殊性，城市橋梁荷載仍具有其自身的特點。

四、城市橋梁與公路橋梁車輛荷載設計的比較

從研究制定方法上看,兩種橋梁設計規范在制定設計荷載的方法上有所區別,公路橋梁設計荷載的制定建立在交通量調查和統計的基礎上,城市橋梁設計荷載則主要是通過分析和選用國外規范中的成熟規定來制定。在汽車荷載的計算模式上,兩種橋梁設計規范都采用了均布力加集中力的模式,但兩者在取值上有所區別,比較而言公路橋梁設計荷載的計算模式更簡練一些。通過荷載效應值計算比較,可以得出跨徑小于 30m 的橋梁采用城市橋梁設計荷載安全度更高,超過30m 的橋梁采用公路橋梁設計荷載安全度更高。對于既不屬于公路又不屬于城市道路系統的橋梁,建議發達地區且交通比較繁忙的路段,跨徑在 30m 內的橋梁按照城市橋梁設計荷載設計,跨徑超過 30m 的橋梁按照公路橋梁設計荷載設計。

五、常用中等跨徑橋梁荷載標準計算內力組合比較

通過實例進行比較是一種既直觀又真實的途徑，根據《城市橋梁設計荷載標準》提供的算例作為比較基礎，增加了20 m與40 m兩種跨徑，為更加全面起見，又增加了人群荷載和沖擊力兩種荷載，為了減少計算工作量本算例略去了汽-20、掛-100、城-B級等3種荷載、僅對汽超-20、掛-120、城-A級這3種荷載進行比較。

橋梁設計資料:

跨徑:L = 20 m,30 m,40 m;荷載:汽-超20級，掛-120,城A級;人群、沖擊力;車道與人行道寬度:車道凈-7，人行道每邊0.75 m，主梁間距1.6 m0

從計算結果看，可歸納為以下幾點:

1.城-A級車輛荷載與車道荷載計算結果兩者并非一致，彎矩方面車輛荷載要大于車道荷載，幅度不超過4%；剪力方面車輛荷載要小于車道荷載，一般在5%左右，個別達9 % 。

2.城-A級與汽-超20及掛-120比較，彎矩方面除2cm跨徑外，普遍要大10%以上，剪力方面相差不大。

3.沖擊系數計算值城-A級車輛荷載最大，其次是城-A級車道荷載，公路規范最小。

六、結論

目前我國集裝箱運輸發展很快而且噸位日趨增大，在確定城市橋梁車輛荷載標準時應考慮汽車有增長趨勢，而且我國城市中車輛型號眾多，進口、國產都有，車型與車重趨向于眾多化、重型化及國際化的方向發展。當前車載的實際情況和未來橋梁設計荷載不斷增大的發展趨勢，建議在新的《城市橋梁設計通用規范》出臺之前，城市橋梁設計荷載采用現行的公路04規范的橋梁設計荷載，同時用城市98荷載標準規定的荷載進行復核，計算結果兩者取其不利者控制設計。

參考文獻：

[1]建設部城市建設研究院.城市橋梁設計荷載標準(CJJ 77-98).中國建筑工業出版社，1998.

[2] 張士鐸.城市橋梁設計荷載標準的編制[[J].江西科學，2000(2).

[3] 公路橋涵設計通用規范.北京:人民交通出版社。2004.

[4] 公路工程技術標準.北京:人民交通出版社，2004.