城市橋梁受車輛擁堵影響下的災害與防治

陳渭中

摘要：車輛擁堵是造成橋梁安全與耐久性病害的重要因素之一。本文通過國內(nèi)外對城市橋梁的車輛通行特點分析，分析了車輛擁堵對城市橋梁的靜力影響。綜合評述了不同類型車輛在擁堵狀況下對橋梁的影響作用的不同。簡要分析了在疲勞載荷下車輛堵塞情況下橋梁結(jié)構(gòu)的失效機理，討論了車輛堵塞對橋梁機械性能的影響。總結(jié)了國內(nèi)對擁堵作用下分析的方法，提出國內(nèi)對擁堵情況下的難點，并對分析方法的發(fā)展趨勢做出大膽的假設。

關(guān)鍵詞：車輛擁堵；城市橋梁；靜力分析

1 緒論

隨著城市化進程的不斷加快和交通機動化進程的迅速發(fā)展，城市道路交通擁堵現(xiàn)象在我國許多城市都不同程度地存在。城市交通堵塞，指在大量車擁擠在城市道路中，長時間不能順暢通行的情況，在人群出行高峰期特別常見。城市擁堵不但影響城市發(fā)展，且對城市道路橋梁造成耐久性的安全問題。本文通過簡單分析對擁堵問題對橋梁所產(chǎn)生的靜力危害形成以及目前解決方案進行綜述。

2 城市橋梁的病害分析

2.1 目前城市擁堵狀況的現(xiàn)狀

至2015年底，我國機動車保有量達到2.79億量，平均每百戶有31輛機動車，擁有駕駛證的人數(shù)3.72億人，且每年按照0.9%的速率增長。從數(shù)據(jù)中可看出，我國機動車數(shù)量多，駕駛?cè)藛T數(shù)量增長迅猛，城市擁堵狀況不容樂觀，給交通安全造成很大隱患，尤其對城市中橋梁質(zhì)量安全帶來諸多影響。[1]

此外，我國橋梁建設事業(yè)時間跨度大，工藝技術(shù)差距大加上侵蝕對橋梁混凝土的破壞加重，這些原因使得很多年代久遠的橋梁承受不了設計荷載，且舊橋數(shù)量在我國較龐大。由于科技的進步，車輛負重在不斷增加，當初建設橋梁時所能承受的荷載不能滿足設計要求，種種因素的疊加使橋梁中的某些構(gòu)件受損，加上擁堵，城市橋梁耐久性岌岌可危。

2.2 城市橋梁特點

雖然各個城市橋梁類型不同，車型不同，但根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計分析可得出規(guī)律，從中可看出以下特點：（1）城市橋梁中，由于機動車數(shù)量多，且城市中人口居住密集程度大，因此車輛前后車距距離小，容易發(fā)生堵車情況；（2）城市橋梁沖擊效應、橫向縱向折減系數(shù)較小；（3）造成擁堵的車輛類型結(jié)構(gòu)單一，大部分是七座以下的轎車；（4）城市橋梁的荷載作用具有明顯的區(qū)間分隔性，白天是小車荷載，晚上承受貨車荷載；（5）城市橋梁跨徑一般在50M左右，其結(jié)構(gòu)類型多為簡支梁或者連續(xù)梁。

2.3 靜力分析模型建立

對城市橋梁特點的分析，盧文良教授對常見車流進行模擬，[2]擬定了四種荷載模型，依次是只是小轎車、車輛間距1m；小轎車、大客車，車輛間距1m；小轎車、雙軸重車，車輛間距1m；小轎車、兩輛雙軸重車，車輛間距2m。以19.8m的簡支梁橋通過有限元分析建模分別計算上述4種荷載作用下的荷載效應。通過計算表明，前兩種荷載組合對橋梁產(chǎn)生的影響遠遠低于橋梁設計荷載。第三種荷載情況中包含一輛重型車，其荷載效應非常接近該實驗橋梁設計荷載極限。最后一種荷載組合中不僅有小轎車，還有兩輛重型車，此時荷載產(chǎn)生的跨中最大彎矩和端部最大剪力超過了橋梁承受極限，對橋梁結(jié)構(gòu)的各項性能以及穩(wěn)定會產(chǎn)生巨大影響。

張建鋒建立了類似的荷載模型，[3]他建立的模型相較于盧文良的更加的細化。對一座66m三跨連續(xù)梁進行分析，車輛類型有小轎車、大客車、兩軸貨車、三軸貨車、四軸貨車，結(jié)果較為理想。

2.4 荷載效應分析

原文作者對此作出了詳細解釋。簡單概括，即為輕型車輛的荷載效應對結(jié)構(gòu)影響小。重型車輛的荷載效應較為復雜，大概為與軸數(shù)有關(guān)的拋物線形。其中3軸效應最強，而4軸效應大于2軸。當荷載效應變化時，效應對主墩所產(chǎn)生的力學特征有明顯不同，其中負彎矩變化程度>剪力變化程度>正彎矩變化程度。

2.5 車堵荷載間接損傷

車輛重復行駛在城市橋梁上，對橋梁造成一定的損傷，這種小型損傷的累積對結(jié)構(gòu)造成嚴重損傷。在車輛擁堵情況下，車輛荷載小于城市橋梁的設計值，但多次出現(xiàn)擁堵，會使橋梁產(chǎn)生疲勞損傷。當出現(xiàn)堵車的情況時，車輛荷載不會直接對橋梁造成傷害，但是會產(chǎn)生損傷，而這種情況出現(xiàn)多次就會對橋梁結(jié)構(gòu)的各種安全參數(shù)造成傷害。[4]考慮荷載疊加效應也會對橋梁安全性能造成不利的影響，所以為安全考慮，設計時應考慮車輛擁堵荷載與其他荷載的疊加。[5]

3 總結(jié)

（1）車輛擁堵狀況在我國大多數(shù)城市中經(jīng)常遇到。車輛荷載通過輪胎傳遞到橋面上占據(jù)橋梁所受荷載的大部分。車輛擁堵間接對橋梁造成影響。

（2）車輛擁堵會對橋梁造成多種影響，例如路面受損、對伸縮縫造成破壞。同時，這些因素會加大車輛對橋梁的沖擊力，降低橋梁結(jié)構(gòu)性能，使得橋梁變得愈不安全。

（3）當擁堵情況全是由貨車造成時，三軸貨車擁堵所產(chǎn)生的效應最強，而且可發(fā)現(xiàn)下列現(xiàn)象：三軸貨車效應會高于四軸貨車，兩軸貨車效應會小于四軸貨車，小轎車產(chǎn)生的效應最小，大客車介于兩軸貨車與小轎車之間。并且這種情況下，作用在橋梁上的荷載效應將會變得十分危險。

參考文獻：

[1]李建明，陳興沖，馮德飛.城市橋梁在擁堵車輛作用下的荷載效應[J].蘭州交通大學學報，2008（03）.

[2]盧文良，馮德飛.車輛擁堵對城市橋梁安全性和耐久性的影響[J].科學技術(shù)與工程，2007（08）.

[3]張建鋒.車輛擁堵對城市橋梁的靜力影響分析[J].建筑監(jiān)督檢測與造價，2014（02）.

[4]胡益良.擁堵車輛怠速作用對城市橋梁的動力影響分析[J].科學技術(shù)與工程，2014（21）.

[5]宋傳平.道路擁堵問題分析及解決途徑·城市車輛.2003，（4）：2123.