朱如松

(湖南省公路設(shè)計(jì)有限公司，湖南 長沙 410011)

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關(guān)于大跨徑橋梁車輛設(shè)計(jì)荷載研究

朱如松

(湖南省公路設(shè)計(jì)有限公司，湖南 長沙 410011)

近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，類似于港口、運(yùn)煤路線以及礦山連接線等一些特殊路段上重載、超載、密集運(yùn)行交通情況日益明顯，行駛在公路上的大型、重型車輛荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，對使用中的橋梁結(jié)構(gòu)造成重大的安全隱患。結(jié)合具體工程實(shí)例，根據(jù)現(xiàn)有調(diào)查結(jié)果，深入研究目前的交通狀況對大跨徑橋梁車輛設(shè)計(jì)荷載的影響。

大跨徑橋梁；車輛設(shè)計(jì)荷載；設(shè)計(jì)荷載模型

公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載作為公路橋梁設(shè)計(jì)的主要依據(jù),對橋梁結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用。設(shè)計(jì)采用的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)是建成后橋梁實(shí)際運(yùn)行的交通車輛依據(jù),車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)采用不合理會(huì)直接影響橋梁結(jié)構(gòu)安全等[1],因此,車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)的選用應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的實(shí)際行車荷載增長可能性。

在中小跨徑的橋梁中,重車在不同車道中相遇的概率決定車輛荷載的橫向折減系數(shù)。隨著橋梁跨徑的長度變化,多車道的橫向折減系數(shù)也隨之改變成為一個(gè)非常數(shù)[2-3]。

1 工程概況

本次研究橋梁在湖南省內(nèi),位于某高速公路上的2座大跨徑橋梁,距離約為8 km。省內(nèi)的數(shù)條高速公路和國省干道的交通量隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出公路本身設(shè)計(jì)的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn),車輛嚴(yán)重超載,其路段內(nèi)的公路部分橋梁結(jié)構(gòu)受到破壞。

本橋梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋,其中1座主跨為150 m,跨徑組成為90 m+150 m+90 m,3跨1聯(lián),墩頂箱梁高為9 m,跨中箱梁高為4 m,設(shè)置雙向6車道,左右2幅橋分離,半幅橋?qū)挒?2.5 m,采用單箱單室,腹板厚為0.7～0.9 m,頂板厚為0.28 m,底板厚為0.32～1.0 m,如圖1所示。

圖1 主跨150 m變截面連續(xù)箱梁橋立面示意圖

2 國內(nèi)車輛荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范

根據(jù)文獻(xiàn)[4],針對跨徑小于150 m的城市橋梁結(jié)構(gòu)汽車荷載作出相應(yīng)規(guī)范,將城市橋梁設(shè)計(jì)汽車作用,分為城-A和城-B級(jí)2個(gè)級(jí)別,汽車作用又細(xì)分為車輛荷載和車道荷載。利用車輛荷載計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的橫隔板、行車道板等,利用車道荷載計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的主梁、主拱及主桁架等。在橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),車輛荷載和車道荷載的作用不能疊加。

城-A級(jí)和城-B級(jí)車道荷載皆按照均布荷載加1個(gè)集中荷載計(jì)算,如圖2所示。均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值q與集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值P由橋梁的跨徑和荷載等級(jí)決定,在計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)彎矩時(shí),均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值取qM,計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)彎矩時(shí),均布荷載取qQ。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)跨徑處于20～150 m,且車道數(shù)多于4條,城-A級(jí)計(jì)算剪力時(shí)應(yīng)乘以1.25的增長系數(shù),城-B級(jí)計(jì)算剪力時(shí)應(yīng)乘以1.3的增長系數(shù)。

圖2 車道荷載示意圖

2.2 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范

現(xiàn)行公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范中,對橋梁結(jié)構(gòu)的汽車作用計(jì)算圖示、荷載等級(jí)、荷載標(biāo)準(zhǔn)值、荷載加載方式及縱橫向折減等作出如下明確規(guī)定[5]:

(1) 汽車荷載分為公路-Ⅰ級(jí)和公路-Ⅱ級(jí)。

(2) 車道荷載與車輛荷載組成汽車荷載,均布荷載與集中荷載組成的車道荷載,用于計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算,車輛荷載用于計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、橋臺(tái)、涵洞以及擋土墻土壓力等計(jì)算。與文獻(xiàn)[4]中的規(guī)定一致,車輛荷載與車道荷載的作用不得疊加。

(3) 當(dāng)二級(jí)公路是干線公路、重型車輛較多時(shí),橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循公路-Ⅰ級(jí)的汽車荷載;四級(jí)公路上重型車輛較少時(shí),橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循公路-Ⅱ級(jí)的車道荷載效應(yīng)并乘以折減系數(shù)0.8,其車輛荷載的效應(yīng)應(yīng)乘以折減系數(shù)0.7。

公路橋涵的車道荷載計(jì)算示意如圖3所示。

圖3 車道荷載計(jì)算示意圖

公路-Ⅰ級(jí)車道荷載中均布作用標(biāo)準(zhǔn)值qk為10.5 kN/m,橋梁計(jì)算跨徑≤5 m時(shí),集中作用標(biāo)準(zhǔn)值pk為180 kN;計(jì)算跨徑≥50 m時(shí),pk為360 kN;計(jì)算跨徑在5～50 m時(shí),pk取值采用直線內(nèi)插求得[6]。計(jì)算剪力效應(yīng)時(shí),pk應(yīng)乘以系數(shù)1.2。公路-Ⅱ級(jí)車道作用的均布荷與集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值皆按照公路-Ⅰ級(jí)的0.75倍取用。

3 橋梁車輛荷載分析

3.1 大跨徑橋梁交通調(diào)查

對橋梁及其周邊路段交通進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果顯示橋梁的周平均交通量約為77 400輛/d,最大交通量約為82 290輛/d,明顯超過6車道高速公路的最大交通量適應(yīng)值[7-8]。以交通調(diào)查結(jié)果為依據(jù),對該大橋的車輛荷載模型進(jìn)行研究分析。

大橋各個(gè)車道中各類車輛的比例見表1所列。

表1 各車道各類車輛比例 %

由表1可知,右車道上的貨車占合計(jì)的60.89%,中車道上貨車占合計(jì)的35.72%,左車道上貨車占合計(jì)的10.74%,貨車主要集中在1、6車道上,因此,選取右車道的車輛荷載作為大跨橋梁結(jié)構(gòu)車輛荷載模型的分析數(shù)據(jù)。

3.2 各類車型車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

在100年的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),由公式FT(x)=[F(x)]36 500,可以求得各車型的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值以及最大值,結(jié)果見表2所列。

表2 基準(zhǔn)期內(nèi)各車型車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kN

表3 不同跨徑模擬主梁效應(yīng)分布和參數(shù)表

表4 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)效應(yīng)分布參數(shù)

3.3 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載模型

如圖4所示,對于大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載模型可以采用中部均布荷載q1+兩側(cè)均布荷載q2進(jìn)行分析,這樣既可反映出兩側(cè)均布荷載隨跨徑增大而減少,又可以反映出重車在影響線峰值處的不利影響,形象直觀、便于計(jì)算[9-10]。

圖4 大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載模型

根據(jù)荷載效應(yīng)等效原理,通過計(jì)算得到不同跨徑下主梁車道作用的相關(guān)參數(shù),結(jié)果見表5所列。

表5 不同跨徑下主梁車道荷載參數(shù)

4 結(jié)束語

本文根據(jù)我國現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范中對橋梁車輛荷載及車道荷載的相關(guān)規(guī)定,針對具體工程路段,通過交通調(diào)查得到該路段的交通量,分析橋梁車輛荷載的構(gòu)成,確定右車道為最不利效應(yīng)車道,結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范,得到車輛荷載的正態(tài)分布,模擬設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)車輛的設(shè)計(jì)荷載計(jì)算模型,為大跨徑橋梁車輛設(shè)計(jì)荷載研究提供依據(jù)。

[1] 戴 巖.中小跨徑橋梁汽車設(shè)計(jì)荷載研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[2] 周翔海.公路橋梁縱向折減系數(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

[3] 黨 棟.公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[4] CJJ 11-2011，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JTG D60-2015,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[6] 黃進(jìn)軍.公路橋梁規(guī)范汽車荷載效應(yīng)比較研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2008.

[7] 王 磊,張建仁.既有公路橋梁不同車輛荷載連續(xù)到達(dá)過程模擬[J].中外公路，2008，28(2)：83～88.

[8] 吳 騰,葛耀君,熊 潔,等.我國公路橋梁汽車荷載演變與比較[J].上海公路，2007(1)：37～41.

[9] 劉 英.基于汽車荷載適應(yīng)性的角度探討橋梁的設(shè)計(jì)[J].城市建筑，2012(15)：133.

[10] 吳 騰,葛耀君,熊 潔.現(xiàn)行國內(nèi)外公路橋梁汽車荷載及其響應(yīng)的比較[J].結(jié)構(gòu)工程師，2008，24(5)：130～136.

2016-05-25；修改日期：2016-06-02

朱如松(1981-)，男，湖南雙峰人，湖南省公路設(shè)計(jì)有限公司工程師．

U441.2

A

1673-5781(2016)03-0338-03