高速公路大件運輸最大通行能力評估方法

蔣凌杰，毛建平，吳志隆，吳維彬，王正

（廣西交通工程檢測有限公司，南寧 530011）

1 引言

大件運輸車輛通行服務作為高速公路提供特殊社會服務的一項重要內容，大件運輸荷載下結構的安全評估是大件運輸車輛管理的至關重要一環。大件運輸車輛行駛高速公路時，首先應進行橋梁結構承載能力驗算，以確保橋梁結構安全。大件運輸車輛非設計驗算的特種車輛，具有重量的不確定性，未在設計中進行考慮，在通行前需要重新進行驗算評估。而高速公路涉及的橋梁多，每次大件運輸車輛通行前才開展驗算評估，需要耗費大量的時間精力，也勢必將極大地影響運營管理決策的效率，帶來負面的社會影響，因此，本文提出最大通行能力的驗算方法，作為一種先行算法，是在大件運輸車輛通行前，對各個路段可以通行的最大荷載進行計算確定，以便大件運輸通行需要時第一時間做出是否可以通行或者更換大件運輸車輛運輸路線的決策，提高管理效率，保障社會效率和經濟效益。本文以廣西工程實例為背景，介紹大件運輸車輛通行路段的最大通行能力評估方法。

2 橋梁抽檢原則制定

高速公路橋梁數量多，對每個橋進行驗算不僅效率低且造成資源浪費，因此，在對各個路段進行橋梁等構造物的通行能力驗算時，應首先選取典型橋梁結構，針對典型的橋梁結構來進行承載能力驗算。得出每座橋梁的最大通行荷載，再根據路段上各個橋梁結構的通行荷載計算結果，來綜合評估該路段的最大通行能力。典型橋梁選取需要指定明確、科學的抽檢原則，應收集在對路段橋梁設計資料，橋梁維修加固及養護資料，橋梁檢測評定報告等翔實資料的基礎上，綜合考慮橋梁設計汽車荷載等級、跨徑組合、結構類型、橋面寬度、材料類型、設計單位、橋梁技術狀況、通車年份等各種因素，根據上述原則綜合選取各個路段的典型橋梁。本文以1 個路段為例，路段橋梁及抽檢情況見表1。

表1 驗算路段橋梁概況

3 大件運輸車輛荷載模型選取方法

大件運輸車輛選型根據市場調查和主管部門的相關要求來確定，本項目的驗算車輛荷載選取單輛車貨質量基本均布于各軸、平均軸荷不超過18 000 kg、軸距1.6 m、每軸線8 個輪的平板車居中布載[1-2]。大件運輸車輛軸距及軸載見圖1。

圖1 大件運輸車輛模型（單位：mm）

在進行大件運輸車輛通行的橋梁承載能力驗算時，按照18 t軸重計算，通過試算確定軸數，以最終確定大件運輸車輛總重。

4 驗算參數取值研究

驗算參數合理取值是驗算正確的關鍵，包括橋梁的荷載參數、材料參數、荷載組合系數等。本文認為在進行大件運輸車輛荷載驗算時，相關參數應按照以下規定取值[3-5]。

1）材料：按照設計文件取值。

2）荷載：結構計算時，需要考慮實際可能的所有的荷載，包括汽車荷載、溫度荷載、收縮徐變。支點沉降等實際可能出現的荷載應進行結構效應的計算分析。大件運輸車輛荷載計算式，應按照驗算車輛模型取值，并取大件運輸單輛通行。

3）沖擊系數μ：根據大件運輸車輛行駛的要求，大件運輸車輛行駛是低速和勻速行駛，因此大件運輸車輛行駛時，可不考慮沖擊系數。

4）制動力：根據大件運輸車輛行駛的要求，大件運輸車輛在橋上不允許進行制動，因此大件運輸車輛荷載不計制動力。

5）沖擊系數：（1）規范規定大件運輸沿橋梁中心線行駛，因此，以中梁的結構極限狀態控制大件運輸荷載。（2）橫向分布計算時，支點和跨中分別采用杠桿原理法計算和鉸接板梁法、剛接板梁法、剛性橫梁法等方法計算，跨中2/4 部分采用跨中計算的橫向分布系數，距離支點l/4 處起至支點的區段內用直線內插法。（3）結合實際情況，大件運輸車輛在行駛過程中是很難嚴格的遵循沿橋梁中心線居中行駛，安全起見，進行大件運輸車輛橫向分布系數分析時，近似地取居中布置及偏移中心線0.5 m 布置兩種方式的較大值。

6）荷載組合系數：大件運輸車無規范規定其頻遇系數，根據相關規范條款說明，對尚未調查的可變作用頻遇值仍取標準值。因此，對于大件運輸車該系數取1.0。其余參數取同設計汽車荷載取值。

5 結構驗算內容研究

采用橋梁博士等有限元分析軟件建立橋梁有限元模型進行分析計算，按照橋梁設計荷載等級和設計荷載規范對各個典型橋梁進行驗算分析，本文針對梁橋進行驗算時，主要驗算內容包括以下幾方面：

1）承載能力極限狀態的抗彎承載能力驗算、抗剪承載能力驗算；

2）正常使用極限狀態的結構抗裂驗算、主梁撓度驗算；

3）支座承載力驗算；

4）結構持久狀況應力驗算。

6 驗算控制標準制定

確定驗算內容后，需給定各項驗算內容明確的驗算標準，在各項指標給定的標準下，通過調整大件運輸車輛的軸數來調整車輛總重進行試算，最終確定橋梁通行的最大車輛重量。

根據多個路段驗算結果看，主要控制指標是主梁承載能力驗算指標。本文認為，進行承載能力極限狀態驗算的控制標準分為兩個層級。

1）層級1：采用組合效應比小于1，即大件運輸車輛荷載參與組合的效應值，與設計汽車荷載參與組合的效應值的比值不超過1，作為大件運輸車輛試算的控制標準，確保大件運輸車輛通行時仍具有設計承載能力的富裕度，保障通行安全，也是作為人們大件運輸通行能力的主要控制標準。

2）層級2：效應與抗力比小于1，即大件運輸車輛荷載參與組合的效應值，小于結構抗力值。作為大件運輸車輛通行能力的補充驗算，確保結構承載能力滿足規范要求。

其他驗算項目及控制指標見表2，按照表2 確定的驗算項目及相應控制指標，即可合理計算出每個橋梁的最大通行荷載。

表2 驗算路段橋梁概況

7 驗算結果

按照以上的驗算項目和驗算標準，通過計算得到路段每個橋梁的最大通行荷載，取路段上各個抽檢橋梁計算得到的通行荷載的最小值作為該路段的最大通行荷載。本文示例的路段的最大通行能力見表3。

表3 最大通行能力計算結果表

8 結語

本文介紹了大件運輸車輛通行路段的最大通行能力評估的方法，包括橋梁抽檢原則、驗算參數取值、驗算內容，并重點給出結構驗算控制標準，作為橋梁通行能力計算確定的依據。需注意，橋梁通行能力計算是基于車輛按照規范形式的前提下做了計算假定，因此，在大件運輸通行時，要嚴格遵守養護規范的通行要求，包括時速、形式、車輛位置等。在大件運輸車輛上高速前還要進行軸重和總重的測定。在進行高速公路大件運輸車輛通行審核管理決策時，應結合運輸車輛實際情況綜合考慮，當實際情況通行車輛軸距軸載對結構安全更加不利時，應重新進行計算評估。