公路橋梁設計荷載及其組合研究

李若男

【摘 要】城市橋梁與公路橋梁設計的荷載標準有著共同點，也有著不同點，掌握它們之間的區別與聯系可以為橋梁質量提供一份保障。本文主要對比了城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準。

【關鍵詞】設計荷載；公路橋梁；荷載效應

引言：

我國的公路橋梁設計隨著社會進步以及交通事業的不斷進步與發展面臨著巨大的挑戰，我國的公路橋梁建筑要想符合當前交通發展的趨勢與要求，對此方面的研究與探索就要加強。本文根據實測車輛的統計數據，針對公路和橋梁的設計荷載進行了研究和分析，為我國公路橋梁荷載設計理念和設計方法的逐步完善及其科學化和合理化提出一點看法，以供同行參考。

1 公路橋梁荷載標準現狀

2004版的公路橋梁荷載標準中規定：汽車荷載修改調整為車道荷載的模式，廢除掉車隊荷載的計算模式。并且提出了車道荷載的均布荷載kq和集中荷載KP的標準值。

1、國內外公路橋梁規范荷載分項系數簡介 。從專業的研究和調查可以得出，，各國在組合的方式與模式方面荷載組合形式基本相同，恒載和汽車荷載是這種組合的主要組成部分。

2、城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準對比重要性

2.1、城市的規劃更加具有科學性

城市的交通發達程度和橋梁工程的建設體現了城市的發展和進步，所以城市橋梁設計要考慮的實施點主要在城市河道上和道路與交叉道路立交、道路跨越鐵路的立交橋及人行天橋等實際中的設計，以及橋梁設計的使用年限，但是不包括臨時性橋、鐵路橋、涵洞等，現在立交橋是城市橋梁的主要表現形式，立交橋和高速公路的高架橋建設就是主要的城市公路橋梁建設，所以城市的進一步規劃和建設的主要參考依據就應該是交通是否便利，這樣我們的城市的橋梁工程建設才具有實際的科學意義。

2.2、城市道路的建設更具有規范性

城市橋梁設計的規范性演變和公路橋梁設計的有效性，能夠將橋梁的荷載標準進行控制，城市的發展和建設才具有全面的科學意義。根據《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）的規定：城市橋梁的荷載分為永久作用、可變作用和偶然作用三類，只有細分后的城市橋梁建設才能夠規范施工，才能保證其質量。公路橋梁設計還要考慮到橋梁建設是為了保證城市的交通便利，

從實際的要求發展中才能夠將道路的設計和施工全面科學的展開。根據城市橋梁的類型不同 橋梁的設計和荷載也會產生變化，所以城市橋梁的設計荷載會更加的具有現實意義，城市的道路橋梁在面對城市的立交建設的時候就必須要將城市的交通通行效率考慮在內，城市道路橋梁的交叉口橋梁設計可以根據立體交叉道路的數量將其分別設計成三路立體交叉、思路立體交叉以及多路立體交叉的類型，所以，城市的道路建設會朝著高效、科學、穩定性走，而且城市橋梁與公路橋梁的設計荷載也會逐步的清晰，從而將城市的總體道路規劃和建設的更加具有規范性。

3、車輛荷載效應計算理論

3.1 影響線計算

橋梁結構必須承受橋面上行駛車輛時的移動荷載的作用，結構的內力也隨作用點結構上的變化而變化。所以需要研究并確定其變化范圍和變化規律和內力的最大值此過程中作為設計標準。因此，荷載最不利位置和最大值是需要確定的。首先需要確定的是在移動荷載作用下，結構內力的變化規律， 將多種類型的移動荷載抽象成單位移動荷載P=1的最簡單基本形式。只要清楚地分析過了內力變化的規律，我們就可以根據單位移動荷載作用下的結構內力變化規律疊加原理求出其他類型的荷載。內力（或支座反力）在移動單位荷載的作用下的引起的變化規律的圖形就是影響線，它是研究車輛荷載等移動荷載作用下橋梁結構內力最大值的基本工具。初步選定對周圍環境的影響的工程規模及結構類型、使用要求、材料情況、施工條件、造價等因素，可以根據所在路基的地質條件，幾種可供考慮的路基處理方案?？辈旃ぷ魈峁┑馁Y料一般僅作一般性的對軟土描述，沒有提供土的物理力學組成狀況性質指標。結構力學中認為影響線是一個指向不變的單位集中荷載沿結構移動時某一量值變化規律圖形。然而實際上，影響線是以荷載位置為變量的某量值的函數。目前被公認是求解工程中所遇到的各種問題的有效通用方法就是有限元法，實際上，它的應用范圍是很廣泛的，一般情況下橋梁結構影響線會采用這種方式。

3.2、橫向分布系數計算

從上個世紀三十年代開始“荷載橫向分布”概念就被應用，橋梁空間結構的計算理論被大量的試驗驗證和研究，于是用平面問題可以來處理空間計算問題，合理地簡化為空間問題提供了實用理論的計算方法。

4、公路橋梁荷載設計存在的問題

橋梁載重能力設計不足是目前橋梁設計中主要存在的問題。承載能力和正常使用是橋梁在載重力有兩種極限狀態。如果承載能力不足，那么，結構整體或或者部位的穩定性在超出橋梁的承載極限后就會受到破壞，在重復荷載的情況下橋梁混凝土構件會因為超出疲勞極限而喪失穩定性，在目前的橋梁設計中有些規范對于重復荷載產生的破壞是不予考慮的，這樣的規定使得橋梁主梁設計非常有效，但是直接忽視重復荷載在橋梁其他部分設計，對橋梁的安全性和年久性是非常不利的。

4.1、加強管理

要盡量避免橋梁超載問題，目前在我國大體上有三種橋梁超載現象存在：首先就是一些較早時期修建的老橋梁超齡負載運營；其次就是在實際使用過程中車流量超過了設計上限的橋梁；最后就是違規超載現象，但是這種現象只有個別車輛存在。為了方便計算，均布荷載及集中荷載組合作為橋梁設計建議設計荷載的優先選擇。 城市橋梁中，占絕大大多數的是低于50m跨度的荷載連續的中小型跨度橋，應該5～50m跨度橋梁按照荷載的內插方法，具體的參照《公路橋梁設計通用規范》（JTGD60-2004）來考慮。

4.2、耐久性問題

在建造和使用橋梁的過程中，橋梁因為它的基本功能要求其不僅要抵抗住包括有害化學物質和自然環境（如以及臺風、地震）以及人為因素等作用的影響。并且，在橋梁的使用過程當中，其材料將會日趨衰退導致功能減退，導致了橋梁各部分存在不同程度的損壞。據不完全統計，除上述原因，影響橋梁結構耐久性的問題根源是設計。

5、橋梁作用效應組合

首先，荷載組合可以根據極限承載能力來設計，組合方式有以下幾種：

1：基本可變荷載與永久荷載組合；

2：基本可變荷載與永久荷載組合加上可變荷載；

3：基本可變荷載與永久荷載組合加上偶然荷載（由于船只或漂浮物碰撞而引起）；

4：城市橋梁在施工過程中，可以利用施工中可能出現的結構重力、腳手架、材料機具、人群等由于施工而產生的荷載進行組合。

5：城市橋梁在設計時承受的永久荷載，例如由于重力、預加力、地震等原因產生的荷載相互作用組合在一起組合方式。

其次，橋梁設計中結構重力與汽車荷載二者產生的效應方向相同的時候有一下幾種組合方式：

1：1.2SQ+1.4S'Q1；

2：1.1SQ+1.4S'Q1+1.3SQ2：

但是，如果橋梁設計中結構重力與汽車荷載二者產生的效應不同，則組合方式有不同：

1：：0.9SQ+1.4S'Q1；

2：0.8SQ+1.3S'Q1+1.3SQ2。

其中結構重要性系數為標準值、頻域值、分項系數以及組合系數等，此內容在進行公路橋梁設計時，它的自由度和靈活度設計寬泛一些。

結束語：

只有在充分掌握了車輛荷載的特點和了解了國外制訂的荷載標準之后，再結合我國目前的實際狀況，我過車輛的荷載標準基本方式才能得到確定。中國的公路橋梁荷載模型發展方向與國外相比更符合世界橋梁發展的潮流趨勢，但同時，我國的荷載標準值有些偏高有些偏低。但總體來說，我國規范中的荷載設計效應比國外標準偏低。所以，就針對目前國內橋橋梁破損的情況來看，適當提高設計荷載標準是有必要且妥當的。希望有關部門能夠加以重視，將我國的橋梁荷載規范不斷完善，讓我國橋梁規范制定工作能夠達到國際上的領先水平。

參考文獻：

[1]交通部，公安部，發展改革委，質檢總局，安全監管局，工商總局，法制辦.關于在全國開展車輛超限超載治理工作的實施方案（2004 年）[Z].北京.2004.

[2]貢金巍.工程結構可靠性設計原理[M].北京：機械工業出版社，2007.