重載交通簡支梁橋汽車荷載設計標準研究

□文/王 雷 閆衛喜

目前，我國公路上運行的貨運車輛重載化、大型化趨勢明顯，實際調查表明，干線公路上的車輛超載問題嚴重，車輛的重載和超載問題已經成為造成我國公路及橋梁破損的主要原因之一[1～3]。為應對重載交通對公路及橋梁造成的危害，各地紛紛加大了對超載車輛的處罰力度，然而治理超載問題的效果并不理想。

應對超載問題的另一個設想就是提高橋梁的承載力，汽車荷載是橋梁設計的最重要技術參數，簡支梁橋是我國應用最為廣泛的橋梁結構形式，本文根據實際調查的公路運輸車輛軸載數據，計算其實際荷載效應，以確定符合實際公路貨運狀況的重載交通簡支梁橋汽車荷載設計標準，保證橋梁的使用安全。

1 汽車荷載狀況調查與分析

1.1 狀況調查

為確定合理的汽車荷載標準，需要調查分析公路上實際運行的車輛荷載作用情況。本文選擇天津市重載車輛較多的津圍公路和唐津高速公路的某個段落，實地調查了重載交通車輛荷載狀況，高峰時段的交通量調查結果見表1和表2。

表1 津圍公路交通量

由表1 和表2 可以看出，重型車輛（五軸及六軸車輛）較多，這些車輛多是從薊州向天津市內運送砂石料的車輛，重載、超載問題嚴重；同時，車輛的排列情況一般為一輛重車結合多輛其他車。

為方便計算，本文將車輛分為兩大類，即：普通車輛（四軸以下的貨車及客車統一折合成普通車輛）和重型車輛（五、六軸載重貨車）。通過對調查數據的統計分析，得到普通車輛之間的間距以及普通車輛與重型車輛之間的間距，見圖1和圖2。

圖1 普通車輛縱向間距分布

圖2 普通車與重型縱向間距分布

1.2 車輛縱向間距的統計分析計算

按照皮爾遜-Ⅲ型曲線擬合得到可用的計算車輛縱向間距，見圖3。

圖3 皮爾遜Ⅲ型曲線頻率密度

圖3與圖1、圖2的情況類似，本文采用皮爾遜-Ⅲ型曲線統計分析得出車輛的縱向間距分布情況。

皮爾遜-Ⅲ型曲線密度函數

式中：y為對應于某一汽車間距的汽車數量的概率密度；x為表示汽車間距；xi為表示采集整理后的第i個汽車間距；參數為曲線左端起點到系列零點的距離

皮爾遜-Ⅲ型曲線分布函數

式中：xP為頻率P的汽車間距；Φ為離均系數，可查離均系數表得到；KP為模比系數，可查模比系數表得到。

根據皮爾遜-Ⅲ型曲線的統計規律，取眾值14.47 m作為普通汽車的縱向間距值。

采用同樣的方法，可以統計出普通汽車與載重汽車的縱向間距值為12.32 m。

2 簡支梁橋的荷載效應計算

參照JTJ 021—89《公路橋涵設計通用規范》的車輛隊列布置形式，計算得到汽車荷載的縱向排列圖形見圖4。

圖4 汽車荷載的縱向排列

分別計算不同跨徑的簡支梁橋，在調查荷載作用及公路-I級[4～5]荷載作用下的最大彎矩效應值，見表3。

表3 表明，在當今干線公路比較普遍的重載交通條件下，我國干線公路上實際運行的載重汽車車輛荷載效應許多情況下大于公路-I 級荷載效應，以本文的簡支梁橋為例，實際運行的車輛產生的最大彎矩效應與規范標準公路-I級計算的最大彎矩效應之比在1.21～1.35，平均為1.28。

表3 實際荷載及公路I級荷載作用下的最大彎矩效應

為交通運行的安全起見，應當重視重載交通及超載交通問題，確保公路橋梁的結構安全與使用壽命，本文建議干線公路簡支梁橋的汽車荷載標準取1.28倍的公路-I級荷載標準。

3 結論

1）通過對干線公路上實際運行車輛進行的交通調查，得到了重載交通干線公路上的高峰時段交通量、交通組成及其分布規律。

2）根據交通調查結果，計算得到了干線公路上實際運行車輛的縱向間距及縱向排列圖示，包括普通車輛之間和普通車輛與載重汽車之間的縱向間距值。

3）計算得到了重載交通簡支梁橋的實際荷載效應并與公路-I 級荷載進行了比較，建議干線公路簡支梁橋的汽車荷載標準取1.28倍的公路-I級荷載標準。