重載交通簡(jiǎn)支梁橋汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究

□文/王 雷 閆衛(wèi)喜

目前，我國(guó)公路上運(yùn)行的貨運(yùn)車輛重載化、大型化趨勢(shì)明顯，實(shí)際調(diào)查表明，干線公路上的車輛超載問題嚴(yán)重，車輛的重載和超載問題已經(jīng)成為造成我國(guó)公路及橋梁破損的主要原因之一[1～3]。為應(yīng)對(duì)重載交通對(duì)公路及橋梁造成的危害，各地紛紛加大了對(duì)超載車輛的處罰力度，然而治理超載問題的效果并不理想。

應(yīng)對(duì)超載問題的另一個(gè)設(shè)想就是提高橋梁的承載力，汽車荷載是橋梁設(shè)計(jì)的最重要技術(shù)參數(shù)，簡(jiǎn)支梁橋是我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的橋梁結(jié)構(gòu)形式，本文根據(jù)實(shí)際調(diào)查的公路運(yùn)輸車輛軸載數(shù)據(jù)，計(jì)算其實(shí)際荷載效應(yīng)，以確定符合實(shí)際公路貨運(yùn)狀況的重載交通簡(jiǎn)支梁橋汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保證橋梁的使用安全。

1 汽車荷載狀況調(diào)查與分析

1.1 狀況調(diào)查

為確定合理的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)，需要調(diào)查分析公路上實(shí)際運(yùn)行的車輛荷載作用情況。本文選擇天津市重載車輛較多的津圍公路和唐津高速公路的某個(gè)段落，實(shí)地調(diào)查了重載交通車輛荷載狀況，高峰時(shí)段的交通量調(diào)查結(jié)果見表1和表2。

表1 津圍公路交通量

由表1 和表2 可以看出，重型車輛（五軸及六軸車輛）較多，這些車輛多是從薊州向天津市內(nèi)運(yùn)送砂石料的車輛，重載、超載問題嚴(yán)重；同時(shí)，車輛的排列情況一般為一輛重車結(jié)合多輛其他車。

為方便計(jì)算，本文將車輛分為兩大類，即：普通車輛（四軸以下的貨車及客車統(tǒng)一折合成普通車輛）和重型車輛（五、六軸載重貨車）。通過(guò)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到普通車輛之間的間距以及普通車輛與重型車輛之間的間距，見圖1和圖2。

圖1 普通車輛縱向間距分布

圖2 普通車與重型縱向間距分布

1.2 車輛縱向間距的統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算

按照皮爾遜-Ⅲ型曲線擬合得到可用的計(jì)算車輛縱向間距，見圖3。

圖3 皮爾遜Ⅲ型曲線頻率密度

圖3與圖1、圖2的情況類似，本文采用皮爾遜-Ⅲ型曲線統(tǒng)計(jì)分析得出車輛的縱向間距分布情況。

皮爾遜-Ⅲ型曲線密度函數(shù)

式中：y為對(duì)應(yīng)于某一汽車間距的汽車數(shù)量的概率密度；x為表示汽車間距；xi為表示采集整理后的第i個(gè)汽車間距；參數(shù)為曲線左端起點(diǎn)到系列零點(diǎn)的距離

皮爾遜-Ⅲ型曲線分布函數(shù)

式中：xP為頻率P的汽車間距；Φ為離均系數(shù)，可查離均系數(shù)表得到；KP為模比系數(shù)，可查模比系數(shù)表得到。

根據(jù)皮爾遜-Ⅲ型曲線的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，取眾值14.47 m作為普通汽車的縱向間距值。

采用同樣的方法，可以統(tǒng)計(jì)出普通汽車與載重汽車的縱向間距值為12.32 m。

2 簡(jiǎn)支梁橋的荷載效應(yīng)計(jì)算

參照J(rèn)TJ 021—89《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》的車輛隊(duì)列布置形式，計(jì)算得到汽車荷載的縱向排列圖形見圖4。

圖4 汽車荷載的縱向排列

分別計(jì)算不同跨徑的簡(jiǎn)支梁橋，在調(diào)查荷載作用及公路-I級(jí)[4～5]荷載作用下的最大彎矩效應(yīng)值，見表3。

表3 表明，在當(dāng)今干線公路比較普遍的重載交通條件下，我國(guó)干線公路上實(shí)際運(yùn)行的載重汽車車輛荷載效應(yīng)許多情況下大于公路-I 級(jí)荷載效應(yīng)，以本文的簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔瑢?shí)際運(yùn)行的車輛產(chǎn)生的最大彎矩效應(yīng)與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)公路-I級(jí)計(jì)算的最大彎矩效應(yīng)之比在1.21～1.35，平均為1.28。

表3 實(shí)際荷載及公路I級(jí)荷載作用下的最大彎矩效應(yīng)

為交通運(yùn)行的安全起見，應(yīng)當(dāng)重視重載交通及超載交通問題，確保公路橋梁的結(jié)構(gòu)安全與使用壽命，本文建議干線公路簡(jiǎn)支梁橋的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)取1.28倍的公路-I級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)干線公路上實(shí)際運(yùn)行車輛進(jìn)行的交通調(diào)查，得到了重載交通干線公路上的高峰時(shí)段交通量、交通組成及其分布規(guī)律。

2）根據(jù)交通調(diào)查結(jié)果，計(jì)算得到了干線公路上實(shí)際運(yùn)行車輛的縱向間距及縱向排列圖示，包括普通車輛之間和普通車輛與載重汽車之間的縱向間距值。

3）計(jì)算得到了重載交通簡(jiǎn)支梁橋的實(shí)際荷載效應(yīng)并與公路-I 級(jí)荷載進(jìn)行了比較，建議干線公路簡(jiǎn)支梁橋的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)取1.28倍的公路-I級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。