張學(xué)棟

摘 要：文章依托實(shí)測(cè)車輛的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁車輛設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行了研究和分析，為我國(guó)公路橋梁荷載設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法的逐步完善及其科學(xué)化和合理化提出一點(diǎn)看法，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)荷載；公路橋梁；荷載效應(yīng)；分項(xiàng)系數(shù)

1 公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2004年修訂的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）采用車道荷載形式如圖1所示。2004版公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：汽車荷載修改調(diào)整為車道荷載的模式，廢除車隊(duì)荷載計(jì)算模式。并且提出車道荷載的均布荷載kq和集中荷載KP的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 車輛荷載效應(yīng)計(jì)算理論

2.1 影響線計(jì)算

橋梁結(jié)構(gòu)必須承受橋面上行駛車輛時(shí)的移動(dòng)荷載的作用，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也隨作用點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的變化而變化。所以需要研究并確定其變化范圍和變化規(guī)律和內(nèi)力的最大值此過(guò)程中作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要確定的是荷載最不利位置和最大值。首先要確定在移動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化規(guī)律，將多種類型的移動(dòng)荷載抽象成單位移動(dòng)荷載P=1的最簡(jiǎn)單基本形式。只要經(jīng)過(guò)清楚地分析內(nèi)力變化規(guī)律，其他類型的荷載就可以根據(jù)單位移動(dòng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化規(guī)律疊加原理求出。影響線是內(nèi)力（或支座反力）在移動(dòng)單位荷載的作用下的引起的變化規(guī)律的圖形。所以，影響線是研究車輛荷載等移動(dòng)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值的基本工具。初步選定對(duì)周圍環(huán)境的影響的工程規(guī)模及結(jié)構(gòu)類型、使用要求、材料情況、施工條件、造價(jià)等因素，根據(jù)路基地質(zhì)條件，幾種可供考慮的路基處理方案?？辈旃ぷ魈峁┑馁Y料一般僅作一般性的對(duì)軟土描述，土的物理力學(xué)組成狀況性質(zhì)指標(biāo)沒(méi)有提供。結(jié)構(gòu)力學(xué)中認(rèn)為影響線是一個(gè)指向不變的單位集中荷載沿結(jié)構(gòu)移動(dòng)時(shí)某一量值變化規(guī)律圖形。實(shí)際上，影響線是以荷載位置為變量的某量值的函數(shù)。

有限元法目前被公認(rèn)是求解工程中所遇到的各種問(wèn)題的有效通用方法，實(shí)際上，其應(yīng)用范圍還要廣泛得多。橋梁結(jié)構(gòu)影響線一般采取此種方法。

2.2 橫向分布系數(shù)計(jì)算

上個(gè)世紀(jì)三十年代開始“荷載橫向分布”概念得到應(yīng)用，橋梁空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論被大量的試驗(yàn)驗(yàn)證和研究，于是用平面問(wèn)題可以來(lái)處理空間計(jì)算問(wèn)題，合理地簡(jiǎn)化為空間問(wèn)題提供了實(shí)用理論的計(jì)算方法。該方法計(jì)算原理是用一個(gè)近似的影響面去代替精確的影響面。荷載橫向分布的原理可以歸納如下：（1）建立在用一個(gè)近似的內(nèi)力影響面去代替精確的內(nèi)力影響面的基礎(chǔ)上。近似內(nèi)力影響面可用變量分離得到，其坐標(biāo)？濁（x，y）=？濁1（x）·？濁2（y）；（2）梁橋空間結(jié)構(gòu)近似計(jì)算中，“荷載橫向分布”僅僅是借用的概念，其本質(zhì)是“內(nèi)力”的橫向分布。原因是在變量分離后在計(jì)算式的表現(xiàn)形式上成了“荷載”橫向分布；（3）只有在一些特殊的條件下，比如常截面的簡(jiǎn)支梁橋承受按正弦曲線沿橋跨分布的荷載時(shí)才存在確切的荷載橫向分布。荷載橫向分布常用的方法：杠桿原理法：將橋面板看成忽略了與主梁之間橫向聯(lián)系的支承在主梁上的簡(jiǎn)直梁或懸臂梁；正交異性板法：換算成彈性平板來(lái)求解主梁和橫隔梁的剛度。修正偏心受壓法：考慮橫隔梁剛性很大的主梁的抗扭影響；剛性橫梁法：假定橫隔梁變形后保持直線，剛性無(wú)限大；剛接板法：把相鄰主梁之間的聯(lián)系視為剛性鏈接，傳遞剪力和彎矩。

3 橋梁荷載設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

目前橋梁設(shè)計(jì)中存在的主要問(wèn)題是橋梁載重能力設(shè)計(jì)不足。橋梁在載重力有兩種極限狀態(tài)：承載能力和正常使用。由于承載能力不足，結(jié)構(gòu)整體或某部位的穩(wěn)定性在超出橋梁的承載極限后就會(huì)受到破壞，橋梁混凝土構(gòu)件在重復(fù)荷載的情況下會(huì)超出疲勞極限而喪失穩(wěn)定性。目前，在橋梁設(shè)計(jì)中有些規(guī)范不予考慮對(duì)于重復(fù)荷載產(chǎn)生的破壞，這樣的規(guī)定使得橋梁主梁設(shè)計(jì)非常有效，但是直接忽視重復(fù)荷載在橋梁其他部分設(shè)計(jì)，非常不利于橋梁的安全性和年久性。

3.1 加強(qiáng)管理

目前橋梁超載問(wèn)題要盡量避免，在我國(guó)大體上有三種橋梁超載現(xiàn)象：一是一些老橋梁超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng)，較早時(shí)期修建的；二是車流量超過(guò)了設(shè)計(jì)上限的橋梁在實(shí)際使用過(guò)程中；三是違規(guī)超載現(xiàn)象，這種現(xiàn)象只有個(gè)別車輛存在。為了計(jì)算方便，均布荷載及集中荷載組合作為橋梁設(shè)計(jì)建議設(shè)計(jì)荷載的優(yōu)先選擇。城市橋梁中，占絕大大多數(shù)的是低于50m跨度的荷載連續(xù)的中小型跨度橋，應(yīng)該5～50m跨度橋梁按照荷載的內(nèi)插方法，具體的參照《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）來(lái)考慮。

3.2 耐久性問(wèn)題

在建造和使用橋梁的過(guò)程中，因?yàn)槠浠竟δ軐?dǎo)致，橋梁要能抵抗住包括有害化學(xué)物質(zhì)和自然環(huán)境（如以及臺(tái)風(fēng)、地震）以及人為因素等作用的影響。另外，在橋梁使用過(guò)程中，其材料將會(huì)日趨衰退導(dǎo)致功能減退，導(dǎo)致了橋梁各部分存在不同程度的損壞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，除上述原因，影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的問(wèn)題根源是設(shè)計(jì)。

4 橋梁作用效應(yīng)組合

根據(jù)極限承載能力來(lái)設(shè)計(jì)荷載組合，有以下幾種組合方式：組合Ⅰ，基本可變荷載與永久荷載組合；組合Ⅱ，基本可變荷載與永久荷載組合加上可變荷載；組合Ⅲ，基本可變荷載與永久荷載組合加上偶然荷載（由于船只或漂浮物碰撞而引起）；組合Ⅳ，城市橋梁在施工過(guò)程中，可以利用施工中可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)重力、腳手架、材料機(jī)具、人群等由于施工而產(chǎn)生的荷載進(jìn)行組合；組合Ⅴ，城市橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)承受的永久荷載，例如由于重力、預(yù)加力、地震等原因產(chǎn)生的荷載相互作用組合在一起組合方式。橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)重力與汽車荷載二者產(chǎn)生的效應(yīng)方向相同時(shí)：組合Ⅰ：1.2SQ+1.4S'Q1；組合Ⅱ：1.1SQ+1.4S'Q1+1.3SQ2：但是，如果橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)重力與汽車荷載二者產(chǎn)生的效應(yīng)不同：組合Ⅰ：0.9SQ+1.4S'Q1；組合Ⅱ：0.8SQ+1.3S'Q1+1.3SQ2。其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值、頻域值、分項(xiàng)系數(shù)以及組合系數(shù)等，此內(nèi)容在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，它的自由度和靈活度設(shè)計(jì)寬泛一些。

5 結(jié)束語(yǔ)

充分掌握車輛荷載的特點(diǎn)、國(guó)外制訂的荷載標(biāo)準(zhǔn)并充分考慮我國(guó)實(shí)際狀況，我國(guó)車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)基本方法得到確定，中國(guó)的公路橋梁荷載模型發(fā)展方向符合世界橋梁發(fā)展的潮流趨勢(shì)，與國(guó)外相比，荷載標(biāo)準(zhǔn)值有些偏高有些偏低。總體上，我國(guó)規(guī)范中的荷載設(shè)計(jì)效應(yīng)比國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)偏低，小跨徑橋梁梁的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值低的較多。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)橋橋梁破損的情況而言，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)是妥當(dāng)?shù)?。希望加以重視，不斷完善我?guó)的橋梁荷載規(guī)范，使得我國(guó)橋梁規(guī)范制定工作達(dá)到國(guó)際上的領(lǐng)先水平。

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