基于公路橋梁設計荷載的研究與分析

劉 凱

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550000)

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基于公路橋梁設計荷載的研究與分析

劉 凱

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550000)

公路橋梁設計在交通部門中至關重要。在對公路橋梁設計荷載展開研究之初，會先了解整個公路橋梁設計荷載的設計歷程。從介紹第一個設計公路橋梁荷載的英國開始，引申至我國當前公路橋梁設計荷載現狀。然后從隨機性交通荷載全要素仿真模型設計、移動荷載識別、交通荷載要素調查與高數公路設計荷載調查等四個方面提出設計策略，希望合理設計橋梁公路荷載有所啟示。

公路橋梁設計；荷載；研究

1 公路橋梁設計荷載發展歷程

首個近代設計得到的荷載是在1992年由英國交通部提出，具體結構如圖1。

圖1 英國交通部標準荷載

圖1主要的結構是4個掛車與1個牽引車，在該結構中主軸重為219 kN，緊隨其后的軸重為100 kN。研究學者同時還考慮了沖擊系數帶來的影響。這種車型需要保證車道的寬度為3.05 m，若設計的寬度是3.05的好幾倍，那么總荷載就需要根據其倍數逐漸上升。

在上世紀九十年代，我國“公路橋梁可靠度研究”在101國道、305國道、328國道與207國道展開，運用車輛動態測試儀對其中一個主干道內部的交通流進行數據采集工作，每個觀測點都要觀測五天左右，同時在白天十二個小時中連續測試。在四個觀測點中經過的車流量有六萬以上，同時對這種車輛的各項指標展開調查，其中主要包絡車速、軸距、軸重與車重。另外，相關學者還使用了人工測量的方法得到了許多車輛在自然堵塞條件中對應數據。在對數據展開分析的過程中，可以將汽車流劃分為密集運行狀態與一般運行狀態。同時強調了在堵車條件中超載汽車的具體荷載情況與以后的發展走向。根據我國的可持續發展要求與經濟政策，融合汽車行業制定的發展規劃，就能夠制定出較為完整的汽車荷載標準，其后在《公路橋涵設計通用規范》也真正投入到實際使用中。汽車荷載主要可以劃分車輛荷載與車道荷載兩種不同的部分。車輛荷載的具體結構如圖2所示。

圖2 車道荷載

2 公路橋梁設計荷載設計的策略

2.1 高數公路設計荷載調查

新中國成立以來，國內進行了兩次具備實際意義的系統化公路橋梁荷載調查，第一次調查主要在上世紀六十年代展開，其主要調查對象為中小跨度下的橋涵結構，并以此為參考依據構建了“八五”規范，而第二次荷載調查為上世紀九十年代，主要針對我國當時存在的4條國道作為觀測點，是我國當前構建橋梁設計規范的重要依據，但由于交通運輸與汽車制造行業發展前景與速度的不斷提升，致使高速公路的重要性也逐漸增加。因此，上世紀九十年代所構建的相關規范已經無法滿足當下我國對于車輛荷載特征方面的需求。而針對這個問題，我國現存的高速公路交通荷載調查資料收集，主要經由高速公路收費站中車重資料實施分析與研究統計，雖然具備一定作用，但過于單一化，在高速公路交通載荷研究中的實際意義不大。

2.2 交通荷載要素調查

公路橋梁設計交通荷載無論在各個要素影響下都屬于隨機性的時空變化系統，截至目前，國際上的公路橋梁研究都沒有實現全方位性的交通荷載調查要素研究。在中國，現存最完善的荷載調查為“公路車輛荷載調查研究”，該調查實現了我國多條國道交通荷載的車輛重量、間距、流通量等數據的調查，構建并獲取大量的樣本數據，但是相關數據都只是以白天車流量為主要依據，缺乏夜間以及所有車道的車輛流通情況的研究，但是我國目前重型車輛的車流量現狀大多體現在夜間。因此就必須擁有一種簡易、全面、實施可能性大的交通荷載特征參數觀測調查統計體制，實現荷載調查數據樣本數據的完善性。

2.3 移動荷載識別形式

傳統性的交通荷載車重參數的來源一般為收費站稱重設備，而當下較為先進的設備如WIN設備在價格方面較為昂貴，同時必須設置在公路面以下。為保證測量數據的精確性，車輛速度必須保證在一定范圍內，那么就會對其他調查參數的采集產生影響，因此，部分學者開始研究橋梁動響應間接性識別移動性車輛荷載。但隨著長時間的研究，移動荷載識別方面的研究出現了很多理論性的識別方式，但僅僅停留在理論階段，研究時多數采用較為簡易化的車輛模型，較實際情況存在較大的差距，同時理論與實踐之間的銜接不夠緊密。同時，由于理論性移動荷載識別方式自身存在的問題，致使實施過程具備一定局限性，無法實現大數據下的交通載荷識別措施，所以想要實現上述想法就必須構建并實施深入化研究。

2.4 隨機性交通荷載全要素仿真模型設計

從實際方面出發，當前公路橋梁測量荷載存在非常強烈的隨機性，而近10年全球范圍內的交通荷載調查研究以及模擬研究依舊以傳統性的車重、車距及車速等方面作為主要的調查對象設定，并建立一種靜態化交通荷載流。近些年，越來越多的學者在進行研究時都會考慮荷載隨機性對交通荷載參數的具體化影響，并深入研究交通荷載流在構建過程中相關荷載參數隨機性問題，并獲取不小的研究成果，進而構建了單個參數的針對性隨機數學模型。但是在全要素交通荷載方面的隨機數學模型依舊處于缺乏狀態，并且，構建的隨機數學模型無法展現實際狀態下交通荷載隨機車流現狀。因此，在隨機交通荷載全要素調查統計這一分析研究的前提下，構建針對性的各要素仿真模擬模型，為公路橋梁研究提供重要研究依據。

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2016-02-12

劉凱(1989-)，男，貴州貴陽人，助理工程師，研究方向：道路橋梁施工。

U441+2

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1008-3383(2016)08-0076-02