城市橋梁設計荷載標準的應用研究

陸鑫

【摘要】橋梁作為交通運輸的組成部分，在我國經濟發展的過程中，起到重要的作用。1993年我國建設部頒布《城市橋梁設計準則》(CJJ11—93)準則，準則中對人群、車輛荷載的增加，沿用公路橋梁的規范，但按照城市車輛的特點，還增加特種荷載，就是城市大型的平板車荷載。建設部又于1998年新頒布《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77—98)的準則，雖然在設計的理論方面參照了公路橋梁的標準，但在人群、車輛的荷載與沖擊力方面，則和原公路的橋梁荷載有所不同。與此同時，《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77—98)也視為是強制性的行業標準，因此，探討城市橋梁設計荷載標準的應用，具有十分重要的意義[1]。

【關鍵詞】橋梁設計；荷載標準；應用研究；重要意義

中圖分類號： S611 文獻標識碼：A 文章編號：

1.新荷載標準的特征

1.1車輛荷載和車道荷載

《城市橋梁設計荷載標準》中，汽車荷載的等級劃分有兩種：城-A級，城-B級，同時，對橋梁的計算分工不同，但車輛荷載和車道荷載的計算是相互并行的。新標準的新特點在于：橋梁中的橋臺、擋土墻后土的壓力以及行車道板、橫隔梁都是使用車輛荷載進行計算的；而橋梁的主拱以及主桁架、主梁方面的計算，則是按照車道荷載進行計算。

1.2城-A和城-B 級的車道荷載之產生

車道荷載的形式簡明、實用性強，并且最早在美國應用，有效減少了車隊在排列時的繁瑣。車道荷載和應用汽級的荷載比較而言，不僅能夠減少檢驗、計算時的工作量，還能進一步提高工作的效率。對于車道的荷載所確定的原則為：盡量兼容掛-120、汽-20、掛-100與汽-超20的規定，按照汽車的荷載和掛車荷載值對車道荷載數值進行制定。車道荷載對橋梁的主結構進行分析，只要為對主桁架、主拱圈以及主梁分析；車輛荷載是對橫隔梁、行車橋臺與道板所進行的檢算。對于荷載模式而言，城-A和城-B 級的車道荷載，是使用單一集中荷載與均布荷載相加的模式[2]。

表1 最大彎距和最大剪力的匯總表情況

項目 汽-超20掛-120城-A車輛

跨徑/m20 30 40 203040 2030 40

彎矩/kN.m8491645.226401527.42559.43591.4872.1 1726.8 2624.5

剪力/kV210.1 246.6277 452.4 375.6 420.6 276.1224.3254.1

項目城-A級人群載荷 沖擊系數

跨徑/m20 30 40 2030 40 20 30 40

彎矩/kN.m 936.1 1731.42565 65138231 車輛 0.20.182 0.167

車道 0.2740.221 0.183

剪力/kV250.1 278.2311.8 13 18.4 23.1公路0.1870.112 0.073

1.3計算車道的荷載

一方面，對于城- A 級中當跨徑是2至20米時，集中的荷載標準數值應該為P等于140kN，而均布的荷載標準數值的彎矩計算之時，qm等于22.5kN/m，剪力為qQ等于37.5kN/m。對于城- B 級而言，集中的荷載標準數值P等于130kN，均布的荷載標準數值的計算彎矩時，qm等于19kN/m，剪力為qQ等于25kN/m。同時，對于跨徑是大于20米且小于150米時，城- A 級的集中荷載的標準數值P等于300kN，其的均布荷載的標準數值時，彎矩為qm等于10kN/m；計算的剪力為qQ=15kN/m。車道的數目在4條或者是以上時，此時，計算的剪力還應該要乘以1.25（增長的系數）；而城- B 級的集中荷載的標準數值P等于160kN，均布的荷載標準數值在彎矩的計算為qm等于9.5kN/m、剪力的計算qQ等于11kN/m。當車道的數目在4條及以上之時，計算的剪力要乘以1.3（增長的系數）[3]。

2.車輛荷載的布設

《城市橋梁設計荷載標準》中，對于車輛與車輛之間縱向的布置間距無詳細的說明，根據建設部城市建設研究院有關的《城市橋梁設計荷載標準》的第54頁、圖4.1.2到9中，將城-B 級用來當作3梁反力的計算之時，應該布設2輛重車、并且車間距應該是18米，讓導致人誤解為能夠滿足縱向多輛重車的布設。因此，標準中的這一部分未完善，在全橋的縱向布設中，只能布設一輛重車，而不是兩輛重車，對于18的車距也可取消。

2.2車道荷載集中力之取值

《城市橋梁設計荷載標準》中的第4.1.4條的規定可視為當跨加進行某個集中力時，車道的集中荷載能夠使用雙值進行取值，更好地達到彎矩和剪力不同的要求。由此一來，對橋墩的內力進行計算時，將回產生是否使用了2個集中力進行取值，實際上，這是車道的荷載模式之一，即使用均布荷載+集中力。對于均布的荷載大小以及求彎矩值與求剪力值的計算而言，集中力都只有一個，而不是兩個，因此，文獻的解釋未詳細[4]。

2.3車道橫向的折減系數

在《城市橋梁設計荷載標準》的第15頁中的表4.1.6當中，對于車道橫向折減的系數而言，僅有三車道布載的折減系數是 0.8，公路的標準是0.78以外，剩下的標準和公路橋規的一致。因此，部分人士也建議將；兩者統一為0.8或者0.78，但是兩者的來源各異，0.8 是將加拿大的OHBDC作為橋梁規范，而0.78不僅參照加拿大的標準，而且還在美國、英國等國家的橋梁規范標準基礎上進行參考。我國的《公路工程技術標準》( JTJ001- 97) 的第133頁可以得到證實，因此，對于橫向折減的系數統一成0.8或者是0.78無關緊要，可不變動。

3.城市橋梁和公路橋梁中有關車輛荷載的設計比較

首先，在研究、制定的方法而言，城市橋梁與公路橋梁在設計與規范方面，對于荷載的設計與制定方法不同。公路橋梁荷載的設計、制定，是建立在統計與交通量的調查基礎上制定的；而城市橋梁的荷載設計，是利用國外的規范中較好的、較為完善的規定為基礎，結合自身的實際情況進行制定的。其次，對于汽車的荷載計算模式而言，城市橋梁與公路橋梁的設計均都采用集中力+均布力的模式，但是公路橋梁的荷載設計當中的計算模式較為簡練。利用荷載效應的數值進行計算，可知當跨徑在30米內的橋梁，應該給予城市橋梁的荷載設計比較安全，而在對30米以上的橋梁主要使用公路橋梁的荷載進行設計，比較安全。部分發達地區或者是繁忙地區的橋梁，其也不屬于城市道路或者是公路時，跨徑在30米以內，應該根據城市橋梁的荷載進行設計；超過30米的橋梁，則根據根據公路橋梁的荷載進行設計[5]。

4.進行車道的荷載設計之優點

對于《城市橋梁設計荷載標準》車道中的荷載模式比較簡明，而且加載的手續較為簡便；在內力的影響線上進行直接地加載便可以計算出結構內力，減少了工作量；此外，還可以避免較多的車隊排列、并且滿足剪力和彎矩的要求。

5.人群荷載

人群荷載與橋梁的跨度大小有關，橋梁的跨度越小則人群荷載就越大，此外，車道輛載與車輛載荷的沖擊系數、和公路與 城市的橋梁計算不同，新的標準中沖擊的數值比較大[6]。

5.1非機動車道的人行荷載計算

新標準沒有詳細的明確、有關非機動車道的橋梁荷載的設計計算問題，但人群荷載的集度和WP、L有關。而W規定的取人行橋單邊的寬度、或者是橋寬的一半進行計算。對于人行的布載寬度和計算中人群的荷載集度中使用的寬度不相同，且縱向與橫向都要按照不利因素進行考慮，最后可將橫向的不利布載反映至橫向分布的系數求解上[7]。

6.人行道欄桿的計算和防撞欄桿的計算

人行道的欄桿計算中，荷載相對于公路所規定的要更完善，在防撞欄桿的規定中，應使用80 kN的橫向的集中力計算，但未說明具體的范圍。而城市橋橋梁的規范當中，將《高速公路交通安全設施設計及施工技術規范》( JTJ 074-94)作為參閱，并且由本規范當中的3. 1.2條與3.1.3條規范可以得到：城市橋梁的碰撞力等于公路PL1的防撞等級、對于防撞欄桿德計算，橫向力根據護欄縱向的3米范圍，進行均勻分布并計算[8]。

7.結束語

總之，根據常用橋梁的跨徑對各種荷載的標準進行比較分析，使城市橋梁設計荷載標準可以很好地適應不同車輛荷載的需要，更快地和發達國家的橋梁荷載的標準相互接軌。于此同時，還有利于提高我國當前的對橋梁荷載的結構、以及安全的等進行分析研究，促進我國交通事業的更穩定發展。

【參考文獻】

[1]建設部城市建設研究院.城市橋梁設計荷載標準(CJJ77- 98).中國建筑工業出版社,1998.

[2]張士鐸.城市橋梁設計荷載標準的編制[J].江西科學.2000(2).

[3]公路橋涵設計通用規范.北京:人民交通出版社.2004.

[4]公路工程技術標準.北京:人民交通出版社,2004.

[5]貢一飛.城市橋梁設計荷載標準的應用分析[J].科技信息.建筑與工程.2007(29)：123轉196.

[6]郭變梅.城市橋梁設計荷載標準的應用[J].科技情報開發與經濟.2004,13(03)：242-243.

[7]鄭永紅.關于城市橋梁設計荷載的探討[J].華東公路.2007第2期(總第164期)：7-9.

[8]張永宏,張士鐸[J].《城市橋梁設計荷載標準》使用探討.中外公路.2006,26(06)：113-116.