橋梁設(shè)計(jì)常見荷載問題及處理措施

趙文煜

摘 要：當(dāng)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)，交通數(shù)量、交通密度以及車輛荷載等越來越大。在公路橋梁設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)中，中小跨徑橋梁占據(jù)相當(dāng)大的比例。健全中小跨徑橋梁的設(shè)計(jì)，對于橋梁設(shè)計(jì)使用功能的強(qiáng)化具有十分重要的意義。出于提升交通效率和保障交通安全的考量，對橋梁開展科學(xué)化設(shè)計(jì)具有相當(dāng)關(guān)鍵的意義。文章站在橋梁設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的視角，對橋梁設(shè)計(jì)過程中存在的問題予以深入剖析，并在此基礎(chǔ)上，提出了橋梁設(shè)計(jì)問題的應(yīng)對措施，盡最大可能確定最科學(xué)的橋梁荷載范疇，保障橋梁設(shè)計(jì)使用的安全。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；橋梁荷載；問題分析；措施應(yīng)對

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.117

在很長一段時(shí)間內(nèi)，人們理所當(dāng)然的將所有引發(fā)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的因素都叫做“荷載”，這是非常不科學(xué)的。以性質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)，將引發(fā)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的因素加以歸類：一是作用在結(jié)構(gòu)上的外力，例如自重、機(jī)械以及人群等。這些因素是直接在結(jié)構(gòu)上形成力的作用，可以用“荷載”來統(tǒng)稱概括；二是并非直接在結(jié)構(gòu)上形成力的作用，而是結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境因素和自身因素所間接引發(fā)的效應(yīng)，例如地震、溫度變化以及混凝土的徐變和收縮等，這類因素只能用“作用”來統(tǒng)稱概括[1-2]。

1 橋梁設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常存在內(nèi)容混淆不易區(qū)分荷載的現(xiàn)象，需要依照相關(guān)要求開展合理的判斷。以《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 11-2011）里的汽車荷載模式為例，城一B、城一A級都選擇單一集中荷載加均不荷載方式進(jìn)行計(jì)算，此模式同《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60―2015）里的要求相吻合[3]。然而在實(shí)際操作過程中，當(dāng)橋梁跨徑處于20米不銜接的狀況時(shí)，城一A車道在連續(xù)彎梁的荷載計(jì)算方面會形成顯著影響，具體為計(jì)算支點(diǎn)的反力、水平力、扭矩之后的取值。當(dāng)選擇好荷載模式后，應(yīng)當(dāng)對荷載執(zhí)行相應(yīng)的折算，對確切的城級的荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推求。荷載不銜接在分片部位簡支梁上的作用較小，但是會對連續(xù)彎梁和整體截面形成顯著影響。同橋梁上部荷載比值相比，加載的總長度同車道荷載取值呈現(xiàn)出十分緊密的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，極有可能造成橋梁下部荷載幅值呈現(xiàn)出顯著的上升效果，此結(jié)果與下部的安全度大于上部的安全度這一原則相符合。

2 橋梁設(shè)計(jì)的汽車荷載問題

在橋梁荷載設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可變荷載當(dāng)中重要性最高的構(gòu)成因素即為汽車荷載[4]。汽車荷載涵蓋車輛荷載和車道荷載兩部分，可以被劃分成公路Ⅰ級和公路Ⅱ級兩類，其中車道荷載涵蓋均布荷載和集中荷載兩部分。車道荷載是在橋梁結(jié)構(gòu)整體性計(jì)算過程中發(fā)揮作用的，例如主桁架、主梁以及主拱等結(jié)構(gòu)的計(jì)算。在此過程中，有一個(gè)重要原則：車道荷載和車輛荷載二者共同形成效果絕不能疊加。集中荷載的標(biāo)準(zhǔn)值單純的對相應(yīng)影響線的峰值具有某種作用，而車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值需要在同號影響線上布滿，讓結(jié)構(gòu)盡可能暴露出最不利效應(yīng)點(diǎn)。在確定橫向布置的車道荷載數(shù)值以及車輛荷載的最大車道數(shù)值時(shí)，一定要嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)規(guī)定的要求，確保設(shè)計(jì)數(shù)值必須不超過規(guī)定所限制的車道數(shù)界限。當(dāng)出現(xiàn)超過2道橫向車道數(shù)量的問題時(shí)，需要將布置車道數(shù)計(jì)算后的數(shù)值乘以橫向折減系數(shù)，如果最終數(shù)值小于2道車輛的計(jì)算結(jié)果，則最終應(yīng)選擇2車道。除此之外，需要將縱向折減在長跨橋梁上形成的汽車荷載納入考量。當(dāng)連續(xù)結(jié)構(gòu)為多跨時(shí)，需要以最大跨徑在整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成的汽車荷載加縱向折減后的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

3 橋梁設(shè)計(jì)的人群荷載

橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中的人群荷載，應(yīng)當(dāng)在人行道凈寬度內(nèi)做橫向布置，而縱向需要施加在區(qū)段里的可以讓主梁形成最不利荷載效應(yīng)的點(diǎn)。人行橋梁的專用人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5kN/m2。依據(jù)橋梁計(jì)算跨徑實(shí)際取值的不同，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值也會隨之變化，應(yīng)當(dāng)依照現(xiàn)實(shí)狀況因事而定。

4 車道荷載集中力取值的問題分析

沖擊作用會對橋梁荷載形成巨大作用，橋梁結(jié)構(gòu)、橋梁的跨度、橋梁的線路以及車輛類型等因素，都會在沖擊力數(shù)值方面形成相當(dāng)顯著的影響。在沖擊力涵蓋豎向荷載時(shí)，需要將靜荷載乘以沖擊系數(shù)的結(jié)果作為最終取值。一般來說，橋梁跨中位置的周邊是動位移最大的地方，但是對橋梁的振動頻率并不會形成過于明顯的影響。橋面的起伏是引發(fā)橋梁出現(xiàn)震動的內(nèi)在因素，當(dāng)橋面狀況每況愈下，就增加了橋梁的震動幅度。當(dāng)橋面情況越來越差時(shí)，橋梁的動力系數(shù)呈現(xiàn)出非線性增加現(xiàn)象，且表現(xiàn)出顯著的幅度增加。所以，當(dāng)計(jì)算沖擊力時(shí)，切不可僅僅套用公式得出數(shù)據(jù)，而需要將全部因素納入考慮，綜合分析之后予以計(jì)算，繼而得到準(zhǔn)確的、切實(shí)的方案效果。

5 針對橋梁設(shè)計(jì)中的荷載問題進(jìn)行應(yīng)對

首先，絕大多數(shù)的城市都是跨度小于50米的中小型跨度橋，荷載呈現(xiàn)出連續(xù)性，應(yīng)當(dāng)依照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60―2015）的具體要求，即依據(jù)荷載5～50 m跨度的內(nèi)插開展荷載計(jì)算。其次，出于方便計(jì)算的考量，應(yīng)當(dāng)選擇集中荷載組合及均布荷載模式進(jìn)行荷載計(jì)算，這是荷載設(shè)計(jì)的最優(yōu)性選擇。

再次，依照橋梁方案的特殊性要求，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要依照橋梁屬性的特殊差異確定最適合的規(guī)范加以執(zhí)行。

6 結(jié)語

在公路橋梁的所有方案計(jì)劃中，中小跨徑橋梁的方案數(shù)占據(jù)相當(dāng)顯著的比例。不斷優(yōu)化中小跨徑橋梁的方案計(jì)劃，對于橋梁設(shè)計(jì)使用功能的強(qiáng)化具有十分重要的意義。在確定橋梁的荷載數(shù)值時(shí)，需要以現(xiàn)實(shí)需求為基礎(chǔ)，對各方面因素進(jìn)行綜合考量。在實(shí)際操作過程中，對潛在沖擊作用和車輛荷載予以全面的考量，并將人群荷載納入整體因素考量體系，依照工程的具體情況展現(xiàn)，方案設(shè)計(jì)工作者需要對設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)難點(diǎn)加以有效分析、正確認(rèn)識以及科學(xué)應(yīng)對，確定匹配的、合適的荷載規(guī)范。在開展橋梁設(shè)計(jì)的整個(gè)環(huán)節(jié)中，需要依據(jù)科學(xué)的規(guī)范開展，盡最大可能的確定最科學(xué)的荷載范疇，保障橋梁工程切實(shí)做到“結(jié)構(gòu)安全、使用舒適、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、易于養(yǎng)護(hù)維修、與環(huán)境協(xié)調(diào)”的整體性功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張英新.城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)對比與思考[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（02）：122.

[2]張永娟.道路橋梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與改善措施探析[J].綠色環(huán)保建材，2018（12）：122+124.

[3]倪成文.橋梁設(shè)計(jì)常見荷載問題及處理措施[J].居舍，2018（35）：

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[4]李建華.道路橋梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與改善措施研究[J].交通世界，2018

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