城市橋梁受車輛擁堵影響下的災害與防治

陳渭中

摘要：車輛擁堵是造成橋梁安全與耐久性病害的重要因素之一。本文通過國內外對城市橋梁的車輛通行特點分析，分析了車輛擁堵對城市橋梁的靜力影響。綜合評述了不同類型車輛在擁堵狀況下對橋梁的影響作用的不同。簡要分析了在疲勞載荷下車輛堵塞情況下橋梁結構的失效機理，討論了車輛堵塞對橋梁機械性能的影響?？偨Y了國內對擁堵作用下分析的方法，提出國內對擁堵情況下的難點，并對分析方法的發展趨勢做出大膽的假設。

關鍵詞：車輛擁堵；城市橋梁；靜力分析

1 緒論

隨著城市化進程的不斷加快和交通機動化進程的迅速發展，城市道路交通擁堵現象在我國許多城市都不同程度地存在。城市交通堵塞，指在大量車擁擠在城市道路中，長時間不能順暢通行的情況，在人群出行高峰期特別常見。城市擁堵不但影響城市發展，且對城市道路橋梁造成耐久性的安全問題。本文通過簡單分析對擁堵問題對橋梁所產生的靜力危害形成以及目前解決方案進行綜述。

2 城市橋梁的病害分析

2.1 目前城市擁堵狀況的現狀

至2015年底，我國機動車保有量達到2.79億量，平均每百戶有31輛機動車，擁有駕駛證的人數3.72億人，且每年按照0.9%的速率增長。從數據中可看出，我國機動車數量多，駕駛人員數量增長迅猛，城市擁堵狀況不容樂觀，給交通安全造成很大隱患，尤其對城市中橋梁質量安全帶來諸多影響。[1]

此外，我國橋梁建設事業時間跨度大，工藝技術差距大加上侵蝕對橋梁混凝土的破壞加重，這些原因使得很多年代久遠的橋梁承受不了設計荷載，且舊橋數量在我國較龐大。由于科技的進步，車輛負重在不斷增加，當初建設橋梁時所能承受的荷載不能滿足設計要求，種種因素的疊加使橋梁中的某些構件受損，加上擁堵，城市橋梁耐久性岌岌可危。

2.2 城市橋梁特點

雖然各個城市橋梁類型不同，車型不同，但根據數理統計分析可得出規律，從中可看出以下特點：（1）城市橋梁中，由于機動車數量多，且城市中人口居住密集程度大，因此車輛前后車距距離小，容易發生堵車情況；（2）城市橋梁沖擊效應、橫向縱向折減系數較小；（3）造成擁堵的車輛類型結構單一，大部分是七座以下的轎車；（4）城市橋梁的荷載作用具有明顯的區間分隔性，白天是小車荷載，晚上承受貨車荷載；（5）城市橋梁跨徑一般在50M左右，其結構類型多為簡支梁或者連續梁。

2.3 靜力分析模型建立

對城市橋梁特點的分析，盧文良教授對常見車流進行模擬，[2]擬定了四種荷載模型，依次是只是小轎車、車輛間距1m；小轎車、大客車，車輛間距1m；小轎車、雙軸重車，車輛間距1m；小轎車、兩輛雙軸重車，車輛間距2m。以19.8m的簡支梁橋通過有限元分析建模分別計算上述4種荷載作用下的荷載效應。通過計算表明，前兩種荷載組合對橋梁產生的影響遠遠低于橋梁設計荷載。第三種荷載情況中包含一輛重型車，其荷載效應非常接近該實驗橋梁設計荷載極限。最后一種荷載組合中不僅有小轎車，還有兩輛重型車，此時荷載產生的跨中最大彎矩和端部最大剪力超過了橋梁承受極限，對橋梁結構的各項性能以及穩定會產生巨大影響。

張建鋒建立了類似的荷載模型，[3]他建立的模型相較于盧文良的更加的細化。對一座66m三跨連續梁進行分析，車輛類型有小轎車、大客車、兩軸貨車、三軸貨車、四軸貨車，結果較為理想。

2.4 荷載效應分析

原文作者對此作出了詳細解釋。簡單概括，即為輕型車輛的荷載效應對結構影響小。重型車輛的荷載效應較為復雜，大概為與軸數有關的拋物線形。其中3軸效應最強，而4軸效應大于2軸。當荷載效應變化時，效應對主墩所產生的力學特征有明顯不同，其中負彎矩變化程度>剪力變化程度>正彎矩變化程度。

2.5 車堵荷載間接損傷

車輛重復行駛在城市橋梁上，對橋梁造成一定的損傷，這種小型損傷的累積對結構造成嚴重損傷。在車輛擁堵情況下，車輛荷載小于城市橋梁的設計值，但多次出現擁堵，會使橋梁產生疲勞損傷。當出現堵車的情況時，車輛荷載不會直接對橋梁造成傷害，但是會產生損傷，而這種情況出現多次就會對橋梁結構的各種安全參數造成傷害。[4]考慮荷載疊加效應也會對橋梁安全性能造成不利的影響，所以為安全考慮，設計時應考慮車輛擁堵荷載與其他荷載的疊加。[5]

3 總結

（1）車輛擁堵狀況在我國大多數城市中經常遇到。車輛荷載通過輪胎傳遞到橋面上占據橋梁所受荷載的大部分。車輛擁堵間接對橋梁造成影響。

（2）車輛擁堵會對橋梁造成多種影響，例如路面受損、對伸縮縫造成破壞。同時，這些因素會加大車輛對橋梁的沖擊力，降低橋梁結構性能，使得橋梁變得愈不安全。

（3）當擁堵情況全是由貨車造成時，三軸貨車擁堵所產生的效應最強，而且可發現下列現象：三軸貨車效應會高于四軸貨車，兩軸貨車效應會小于四軸貨車，小轎車產生的效應最小，大客車介于兩軸貨車與小轎車之間。并且這種情況下，作用在橋梁上的荷載效應將會變得十分危險。

參考文獻：

[1]李建明，陳興沖，馮德飛.城市橋梁在擁堵車輛作用下的荷載效應[J].蘭州交通大學學報，2008（03）.

[2]盧文良，馮德飛.車輛擁堵對城市橋梁安全性和耐久性的影響[J].科學技術與工程，2007（08）.

[3]張建鋒.車輛擁堵對城市橋梁的靜力影響分析[J].建筑監督檢測與造價，2014（02）.

[4]胡益良.擁堵車輛怠速作用對城市橋梁的動力影響分析[J].科學技術與工程，2014（21）.

[5]宋傳平.道路擁堵問題分析及解決途徑·城市車輛.2003，（4）：2123.