議城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準

唐興華

(四川科輝工程設計研究有限公司，四川德陽 618000)

科學的橋梁設計是保證跨河、跨江及跨海等交通運輸安全和提高運輸效率的關鍵，而選用的橋梁設計荷載標準則直接決定著橋梁的構件尺寸、通行能力、使用耐久性以及工程造價，需要根據項目實際情況確定正確的荷載標準。城市橋梁和公路橋梁由于使用環境和使用對象等情況的不同，我國相關部門分別制定了相應的橋梁設計規范對其中的載荷標準進行了規定[1，2]。對城市橋梁與公路橋梁設計荷載標準進行對比分析，可為實際橋梁設計施工提供更多合理可靠的指導，亦可為建設項目的日益多元化發展提供一定的參考依據。

1 公路橋梁設計荷載標準

新中國成立后，我國交通部門曾先后三次對橋梁設計規范進行了修訂，而且根據不同時期交通運輸的實際情況，對橋梁的車輛設計荷載標準進行了四次大的修改。現行的公路橋梁設計規范是于2004年10月1日施行的JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范，其擺脫了原公路橋梁設計規范將車輛荷載標準分為計算荷載和驗算荷載的傳統模式，使中國的公路橋梁荷載走上了與世界各國公路橋梁荷載相一致的道路[3]。

JTG D60-2004將橋梁作用(作用在橋梁上的集中力與分布力或引起橋梁其他變形或約束變形的原因)分為永久作用、可變作用和偶然作用三類。永久作用包括結構重力、預加力及土的重力等，可變作用包括汽車荷載、人群荷載及汽車沖擊力等，而地震作用及汽車撞擊等偶然出現的作用則歸類為偶然作用。具體設計時，永久作用采用標準值作為代表值;可變作用根據橋梁的不同極限狀態可取標準值、頻遇值或準永久值為其代表值;而偶然作用的代表值則根據調查、試驗及工程經驗加以確定。

JTG D60-2004公路橋梁設計規范將橋梁汽車荷載分為公路—Ⅰ級和公路—Ⅱ級兩個等級，前者基本相當于老標準汽車—超20級標準荷載，而后者則相當于汽車—20級標準荷載。規范規定汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成，而車道荷載由均布荷載與集中荷載組成;車道荷載用于橋梁結構的整體計算，橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算應采用車輛荷載，而且車道荷載與車輛荷載的作用不得疊加;同時還對車道荷載中的均布荷載與集中荷載具體取值、橫向分布系數、多車道的橫向分布折減系數、大跨徑橋梁的縱向折減系數、沖擊力、離心力、制動力及車輛荷載的橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側壓力等作了詳細的規定。

2 城市橋梁設計荷載標準

我國最早的城市橋梁設計規范化標準是1993年頒布施行的CJJ 11-93城市橋梁設計準則。為更好地滿足經濟與社會發展的需求，同時更好地與國際接軌，建設部于1998年頒布了新的CJJ 77-98城市橋梁設計荷載標準，至2008年10月1日前此標準一直是我國城市橋梁行業中的強制性標準。解決新時期我國城市橋梁設計無指導規范的問題，建設部于新近頒布了CJJ 11-2011城市橋梁設計規范，并規定自2012年4月1日起開始實施[4]。

CJJ 11-2011城市橋梁設計規范亦將橋梁汽車荷載分為兩個等級，即城—A和城—B級。規范規定:汽車荷載應由車道荷載和車輛荷載組成，而車道荷載又由均布荷載與集中荷載組成;車道荷載用于橋梁結構的整體計算，車輛荷載用于橋梁結構的局部加載、橋臺和擋土墻壓力等的計算，且兩種荷載的作用不得疊加;除可變作用中的汽車荷載與人群荷載外，作用與作用效應組合均應按現行行業標準JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范的有關規定執行。

3 兩種荷載標準的比較

總的來說，JTG D60-2004的荷載標準是基于我國典型公路橋梁的交通量調查和統計而制定的，CJJ 11-2011的荷載標準則是通過比較借鑒國內外成熟規范基礎上制定的;兩種設計荷載標準均將橋梁設計中的汽車荷載分為車道荷載和車輛荷載，且都規定兩種荷載的作用不得疊加;兩個荷載中除汽車荷載與人群荷載設計外，其余的作用及作用效應的組合均相同。下面就兩個標準中的橋梁設計汽車荷載和人群荷載進行比較分析。

橋梁設計汽車荷載包括車道荷載與車輛荷載，JTG D60-2004與CJJ 11-2011規范都規定車道荷載的均布荷載標準值應滿布于使結構產生最不利效應的同號影響線上，而集中荷載標準值應只作用于相應影響線中一個最大影響線峰值處。兩個規范的橋梁設計汽車荷載標準值比較如表1所示，其中車道荷載僅給出了公路—Ⅰ級(城—A級)的荷載標準值，公路—Ⅱ級(城—B級)只需按公路—Ⅰ級(城—A級)的75%取值即可。可見兩個荷載標準僅在汽車荷載的車輛荷載方面存在差異，此外兩個規范中對車輛荷載的立面、平面、橫橋向布置也存在差異。

兩種荷載標準對橋梁設計中主要的人群荷載規定分別如下:

1)JTG D60-2004規范規定:a.橋梁計算跨徑小于或等于50 m時，人群荷載標準值取3.0 kN/m2;b.橋梁計算跨徑不小于150 m時，人群荷載標準值取2.5 kN/m2;c.橋梁計算跨徑在50 m～150 m之間時，通過線性內插得到人群荷載標準值。行人密集的城鎮郊區公路橋梁，取上述規定值乘以1.15的系數。對于專用人行橋梁，人群荷載標準值取3.5 kN/m2。進行人行道板設計時，以塊板為單元按標準值4.0 kN/m2的均布荷載計算。

2)CJJ 11-2011規范則規定按5 kPa或1.5 kPa的豎向集中力作用在人行道板的單塊構件上分別計算，取其不利者作為人群荷載。梁、桁架、拱及其他大跨結構的人群荷載定義則根據專門的公式加以計算，但其值在任何情況下不得超過2.4 kPa。檢修道上設計人群荷載應按2 kPa或1.2 kPa的豎向集中力作用在短跨小構件上，分別計算取其不利者。進行檢修道相連構件設計時，如果計入車輛荷載或人群荷載則可不計檢修道上的人群荷載。專用人行橋和人行地道的人群荷載應按現行行業標準CJJ 69城市人行天橋與人行地道技術規范的有關規定執行。

表1 兩種荷載標準的汽車荷載比較

兩種規范不管是對人群荷載的設計種類還是同類人群荷載標準值的確定都表現出極大的不同，這也體現出公路橋梁和城市橋梁由于使用環境和使用對象的不同而導致對其進行設計時，需要考慮因素的差異。CJJ 11-2011規范的人群荷載選用起點要高于JTG D60-2004規范，從而就小跨徑的城市橋梁和公路橋梁而言，前者的安全系數就會比后者高。進行橋梁的整體和局部設計時，要特別注意荷載的實際采用值，從而有效的保證設計的可靠性和經濟性。

4 結語

橋梁設計過程中作用荷載的取值是個復雜的問題，選用何種荷載標準直接決定著橋梁的安全性、耐久性以及經濟性。通過比較分析可見，現行的城市橋梁規范與公路橋梁大部分是相同的，但還是有一部分存在差異，進行橋梁設計時需充分考慮實際項目的特殊性，并結合現有相關規范的適用范圍及差異性，選擇相應的橋梁設計荷載標準以實現資源的優化配置。

[1] 徐紅衛.淺談城市橋梁設計汽車荷載標準[J].山西建筑，2010，36(22):327-328.

[2] 梁 鵬，龍 濤，秦建國，等.我國橋梁汽車荷載演變及其效應分析[J].公路，2011(11):86-94.

[3] JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[4] CJJ 11-2011，城市橋梁設計規范[S].