公路橋梁設計荷載及其組合形式研究

王云龍

摘要：作為公路工程的重要樞紐，橋梁在其中占據了十分重要的位置。荷載作用是橋梁在設計階段需要考慮的關鍵問題，而車輛荷載又是在設計荷載中的關鍵，會對橋梁結構的安全產生出重要的作用。而目前在我國運輸需求激增，汽車工業也隨之在迅猛發展，在這個過程中經常會出現車輛超載的現象，使得重車壓垮橋梁的事故頻發。到目前為止，在我國有相當大一部分的在役橋梁都僅僅只是按照舊版的規范進行設計的，舊版規范與現如今相距較遠，使得實際的運營車輛與舊版的規范之間存在了較為明顯的差異，所以超載車輛也就會嚴重的威脅到橋梁的安全。

關鍵詞：公路橋梁;設計荷載;基本理論;組合形式

引言

道路車流量的日益增大對公路橋梁結構性能提出了更高的要求。受超載、重載等因素的影響，加之材料性能的退化，橋梁結構的總體性能會隨時間的延長而下降，此時加固作業顯得尤為必要性。橋梁在設計過程中需要考慮的重要因素就包括了荷載方面，其中橋梁所受到的荷載較為復雜，而且荷載對橋梁的影響也相對更大。

1橋梁設計荷載的基本理論

1.1隨機過程理論

所謂的隨機過程理論也就指的是隨機產生的現象表現出規律的變化特征，對產生的隨機現象動態特性進行研究的理論，換而言之，隨機過程理論就是對對隨機產生的現象的概率與時間的關系進行研究。隨機過程理論會分別從隨機變量的概率分布、參數估計、假設檢驗三個方面對其研究，對于隨機變量的概率分布主要是應用了高斯分布和對數正態分布兩種類型。

1.2車輛荷載效應標準值基本理論

車輛荷載標準值基本理論主要包括了基礎期、重現期以及荷載標準值幾個方面。基礎期的荷載標準指的是在橋梁的設計階段，綜合的考慮到了結構的可靠度、使用壽命、時間等多個方面最終所得到的結構的可靠度數值。但是在橋梁的基準期之內，荷載值也并非是一成不變的，而是會有上下的浮動變化的。在設計的過程中為了能夠對設計模型進行簡化，會選擇一個代表值來代替每項荷載，有代表值而換算出的其他各種代表值，就是重現期的荷載標準值。

1.3車輛荷載效應計算理論

影響線和橫向分布系數的計算共同組成了車輛荷載效應邊住址的計算理論。橋梁由于動荷載的作用會引發荷載作用點的變化，從而也會使得結構的內力發生變化。在橋梁設計的過程中通常會將內力的最大值作為橋梁的設計依據。反應內力隨移動荷載變化規律的圖形就是影響線，計算影響線的主要手段就是有限元。在進行影響線的計算過程中，首要條件是規定出一個單位并確定出其指向，繪制的圖像需要能夠反映出車輛荷載隨結構的變化情況。所謂的荷載橫向分布就是通過轉化，將復雜的空間問題變位簡單的平面問題，能夠對計算過程進行顯著的優化，大大降低計算難度。

2橋梁靜態試驗與結構性能分析

2.1靜態試驗

2.1.1加載位置與加載工況

為合理確定加載位置與加載工況，根據橋梁的實際情況，選定合適的加載車輛，進行邊梁1/2截面抵抗最大正彎矩與抗彎剛度的偏心加載試驗。

2.1.2試驗荷載的分級方法

在確定結構截面最大內力或位移后，將其劃分為多個級別（通常設置為4～5級），階段性地組織荷載試驗。對于時間或其他方面受限的情況，將分級量減少至3級。該橋梁的1/2截面偏心加載工作，分6級有序地施加;對于該截面的對稱加載工況，則劃分為4個等級。

2.1.3停止加載的條件界定

隨加載試驗進程的推進，結構變位逐步轉變為穩定狀態，在滿足此條件后，可組織下一階段的荷載施加作業。若試驗中出現以下情況則停止加載：（1）實測應力達到或超過理論計算值;（2）實測點向下變形量超過規范值;（3）在加載過程中，裂縫發生擴大（例如長度、寬度等參數發生大幅度的增加）情況，或在該階段出現新的裂縫且縫寬超過允許值;（4）在加載過程中，橋梁的向下撓度實測值超過理論計算值，或其對應的撓度曲線分布特性明顯偏離設計情況。

2.2橋梁靜載試驗結果分析

2.2.1總體評價

靜載試驗結果與設計要求保持一致，意味著加載試驗可以有效反映控制截面的性能特點，試驗方法可行，試驗結果可靠。

2.2.2橋梁結構工作狀態分析

綜合考慮結構應變、撓度、裂縫狀況，客觀地評價結構的工作狀態。（1）橋梁承載力。本橋梁試驗中，考慮滿載條件，1/2截面撓度測點校驗系數為0.88～0.91，1/2截面應變測點校驗系數均值為0.32～0.73，均未超過小于1.00的要求，另外各點的校驗值均能夠穩定在規定范圍內，說明橋梁結構的安全儲備較好，能夠滿足要求。（2）相對殘余撓度和應變。根據要求，主要測點的殘余應變、撓度不可超過0.20。從實際試驗情況來看，經過卸載操作后，確定最大撓度測點，發現對應處的相對殘余撓度均值在0.19～0.27范圍內，相對殘余應變均值為0.05～0.21，對比分析可知，其能夠滿足使用要求。

3荷載分類及其組合形式

3.1車輛荷載和沖擊力

車輛荷載由兩部分所組成，其一為車輛引發的荷載作用，其二為車道荷載。車道荷載是針對橋梁整體而言的，但是車輛荷載僅僅發生在橋梁結構的局部位置。車輛荷載與車道荷載兩者并不能進行相互的疊加作用。兩者進行相比，車輛荷載作用的計算比車道荷載的計算要更為復雜，在計算的過程中通常會應用隨機計算理論、車輛荷載可靠度理論、車輛荷載效應計算理論，首先計算出車輛荷載的橫向影響線，根據影響線從而找出最為不利的位置、最后計算出荷載的橫向分布系數與最大荷載。對于車輛的沖擊力作用，其計算依據主要就是規范，沖擊力的大小等于車輛荷載標準值與車輛沖擊系數的乘積。

3.2溫度荷載

影響溫度的主要因素包括了季節和日照，因此溫度荷載的大小是會不斷變化的，其主要也就是隨著季節以及日照的變化而進行浮動。對于季節性的溫差其主要的查詢手段就是等溫線圖，但是還需要根據實際的情況進行進一步的修正，通常就是以50年的最小溫度來進行調整。除此之外還應當根據工程所在區域的高度進行修正。日照強度會引起溫度的變化，對橋梁各個梯度的溫度產生影響，梯度的變化一方面會受到橋面類型的影響，另一方面還會受到鋪裝類型的影響。

3.3公路橋梁設計荷載的組合形式

公路橋梁荷載的組合形式通常被分為了5個大類，其中第一種的組合形式為永久荷載加基本可變荷載，該荷載組合方式最為基本也最為原始。第二種組合方式是第一種組合方式的進一步延伸，是在第一種組合方式上加入了其他因素所導致的可變荷載;第三種組合方式與第二種組合方式有相似之處，均是在第一種組合方式的延伸，不同之處在于此處增加的是偶然荷載;第四種組合方式是在施工驗算中增加了由于施工原因而導致的附加荷載，其中主要包括了結構自重、施工人員和機械、模板支架等方面。

結束語

綜上，文章針對公路橋梁設計荷載的相關問題展開了論述，闡述了隨機過程理論、車輛荷載效應標準值基本理論、車輛荷載效應計算理論幾種橋梁設計荷載的基本理論，分析車輛荷載和沖擊力、風荷載、溫度荷載、離心荷載幾種橋梁中常見的荷載，并介紹了4類常見的荷載組合形式。

參考文獻

[1]王成軍.公路橋梁設計荷載及其組合形式研究[J].交通世界，2020（22）：93-94.

[2]顏志，覃怡.公路橋梁設計荷載及其組合研究[J].黑龍江交通科技，2018，41（06）：130-131.

[3]潘君云.淺析公路橋梁設計荷載及其組合[J].黑龍江交通科技，2015，38（02）：140+142.

[4]劉凱.基于公路橋梁設計荷載的研究與分析[J].黑龍江交通科技，2016，39（08）：76-77.

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