大跨徑橋梁車輛設計荷載思考

趙 彥 亮

(山西路恒交通勘察設計咨詢有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

公路橋梁的標準車輛荷載對于公路橋梁的設計非常重要，從而可以全面提升橋梁的安全性和穩定性，還能夠有效的降低后期的運營和維護成本。設計過程中要以車輛的荷載作為設計的基礎依據，如果該參數不能合理的設計和確認就會導致車輛無法安全使用，還會誘發嚴重的橋梁安全事故[1]，所以，車輛荷載的選擇對于整個橋梁設計來說都是非常重要的，還能夠更好的提升荷載安全性。中小跨徑橋梁中，重載車輛在道路行駛的過程中會在不同的道路中相遇，從而使得荷載作用下產生橫向折減系數。近年來，我國的橋梁跨徑長度不斷的發生變化，在設計中的橫向折減系數也在不斷的變化。

1 工程概況

某橋梁所處的是我國南方某省份中，在同一條高速公路的工程中分布著2座大跨徑的橋梁工程，連個間隔距離為8 km。本地區高速公路線路較多，國省干道數量也比較多，極大的促進了該地區的經濟快速發展，但是很多重載車輛的通行以及交通運輸量的增大使得該公路工程項目設計荷載難以達到要求，車量超載嚴重對整個公路橋梁工程造成了嚴重的破壞。

設計方案中可以了解到，橋梁工程主要是以預應力混凝土工程為主，其中主梁跨徑的跨越度為150 m，其余跨徑為90 m+150 m+90 m，3跨1聯，墩頂箱梁設計高度為9 m，跨中橋梁的箱梁高度為4 m，橋面設計為雙向六車道，左右兩幅的跨度分別為12.5 m，腹板厚度0.7 m～0.9 m，頂板厚度為0.28 m，底板厚度尺寸為0.32 m～1.0 m之間。

2 國內車輛荷載設計標準

2.1 城市橋梁設計規范

相關規定要求，針對跨徑小于150 m橋梁結構，其汽車荷載需要滿足設計規范要求，在車輛荷載設計中，汽車的荷載可按照實際情況分成車輛荷載以及車道荷載。確定橋梁基本結構，是建立車輛荷載計算正確的基礎上進行的，同時還能夠計算各個重要結構的尺寸參數等等。橋梁結構計算過程中，車輛荷載與車道載荷不能重復計算。城—A級和城—B級車道荷載，在計算過程中，需要按照加載的幾個方式進行計算，在確定最終的跨徑荷載值上，均勻荷載的標準值q和集中荷載標準值p是需要全面考慮后確定的,橋梁彎矩數據計算中，均布荷載選擇取值qM，進行彎矩結構設計時，其均勻荷載的選擇值需要選取q。如果橋梁的跨徑尺寸處于20 m～150 m之間，此時可以將車道設計四道以上，城市—A級公路的建立就需要乘以1.25的系數，城市—B級則需要乘以13倍的系數[1]。

2.2 公路橋涵設計通用規范

按照公路橋涵設計規范要求，在進行設計過程中，需要按照車輛作用計算圖以及荷載標準、縱向折減等參數確定最終的值[5]：

1)按照相關要求，汽車荷載的分布可以分成公路—Ⅰ級以及公路—Ⅱ級。

2)汽車荷載可以分成車道荷載與車輛荷載的總和，均布荷載與集中載荷組合成為了車道荷載參數，該數據主要是用來確定橋梁結構計算的參數，而車輛荷載的作用在于在橋梁結構的局部加載以及涵洞、橋臺計算中應用的。與文獻[3]中所規定的相同，車輛載荷與車道載荷不能重復計算。

3)如果二級公路屬于干線公路并且行駛的車輛多為重型載荷車輛時，橋梁的結構設計需要按照公路—Ⅰ級的汽車荷載參數；由于四級以上的重型行駛車輛數量不多，因而，在設計時其荷載設計可參考公路—Ⅱ級要求進行計算。針對Ⅰ級車道載荷的均勻布置標準而言，其確定值為qk為10.5 kN/m，因此，在計算時當橋梁的跨徑為5 m時，那么作用標準值需要設定為180 kN；而跨徑參數不小于50 m時，pk的選擇需要按照360 kN要求進行；若跨徑處于5 m～50 m之間時，其pk取值需要通過相關的計算后確定。通過剪力效應的計算，pk需要乘以1.2的倍數。公路—Ⅱ公路在進行車道均勻載荷分布計算的是其與集中荷載標準值通常應該按照公路—Ⅰ級的0.75倍的參數取用。

3 橋梁車輛荷載

3.1 大跨徑橋梁交通情況調查

通過深入的調查周邊區域中的交通運行情況，從數據統計分析中可以發現，該橋梁的周車輛通常量約為77 400輛/d，交通流量最大值為82 290輛/d，通過數據可知，該數據和六車道數據相比，其運輸量較多。以該地區的交通調查數據來分析，荷載模型分析車輛數據表如表1所示[2]。

從表1中的數據統計結果可以發現，右車道上貨車通行量占到了總通行量的60.89%，而中車道、左車道分別占有總通行量的35.72%,10.74%，由此可以發現，重型載貨車輛基本上都集中在一,六車道上，所以，在進行計算的過程中，需要將右車道的荷載數據，應用在本次研究的模型數據中，使其能夠更為透徹分析。

3.2 各類車型車輛荷載標準值計算

在通過以100年作為設計基準周期時間內，采用計算公式FT(x)=[F(x)]36 500來進行計算，從而可以獲取各個車型的車輛荷載最大限值，也能夠確定該車輛荷載的標準限值，以更好的確定最終的橋梁結構設計參數，以滿足該交通運行量的需要。綜上敘述可知，設計的基準周期的效應取值，需要按照正態分布進行選擇[3]。

表1 各車道各類車輛比例 %

3.3 大跨徑橋梁結構設計荷載模型

從上文中的研究分析中可以發現，實踐過程中，可以使用均布荷載q1+兩側均布荷載q2作為基礎數據對大跨徑的橋梁結構荷載設計進行計算，從而可以確定兩側的均布載荷會伴隨著橋梁跨徑尺寸數據的增加而不斷的減少，也能夠體現出重車在影響線峰值處多存在的不良影響，這樣可以更加直觀的反映出橋梁的荷載分布，能夠更加精確的進行數據的計算。

以荷載效應等效原理角度出發，通過相關的計算后，能夠對不同跨徑的尺寸基本參數進行確定，具體的取值范圍參考表2。

表2 不同跨徑下主梁車道荷載參數

4 結語

在大跨徑橋梁車站設計荷載過程中，它是一項系統性且繁雜的工作，因此，在工作時必須要結合實際情況做好相關的分析研究，對橋梁工程中的不同路段交通情況進行分析，以當地所運行的車輛通行量以及車輛載荷為主要的依據，從而可以確定右車道為最不利效應車道，根據相應的規范規定中可以了解到車輛荷載的正態分布，從而能夠精確、精準的將模擬的參數確定，唯有如此，才能在設計過程中保證提交的荷載數據滿足實際要求，以達到橋梁的安全性和穩定性指標。