劉 凱

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550000)

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基于公路橋梁設(shè)計荷載的研究與分析

劉 凱

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550000)

公路橋梁設(shè)計在交通部門中至關(guān)重要。在對公路橋梁設(shè)計荷載展開研究之初，會先了解整個公路橋梁設(shè)計荷載的設(shè)計歷程。從介紹第一個設(shè)計公路橋梁荷載的英國開始，引申至我國當(dāng)前公路橋梁設(shè)計荷載現(xiàn)狀。然后從隨機性交通荷載全要素仿真模型設(shè)計、移動荷載識別、交通荷載要素調(diào)查與高數(shù)公路設(shè)計荷載調(diào)查等四個方面提出設(shè)計策略，希望合理設(shè)計橋梁公路荷載有所啟示。

公路橋梁設(shè)計；荷載；研究

1 公路橋梁設(shè)計荷載發(fā)展歷程

首個近代設(shè)計得到的荷載是在1992年由英國交通部提出，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 英國交通部標準荷載

圖1主要的結(jié)構(gòu)是4個掛車與1個牽引車，在該結(jié)構(gòu)中主軸重為219 kN，緊隨其后的軸重為100 kN。研究學(xué)者同時還考慮了沖擊系數(shù)帶來的影響。這種車型需要保證車道的寬度為3.05 m，若設(shè)計的寬度是3.05的好幾倍，那么總荷載就需要根據(jù)其倍數(shù)逐漸上升。

在上世紀九十年代，我國“公路橋梁可靠度研究”在101國道、305國道、328國道與207國道展開，運用車輛動態(tài)測試儀對其中一個主干道內(nèi)部的交通流進行數(shù)據(jù)采集工作，每個觀測點都要觀測五天左右，同時在白天十二個小時中連續(xù)測試。在四個觀測點中經(jīng)過的車流量有六萬以上，同時對這種車輛的各項指標展開調(diào)查，其中主要包絡(luò)車速、軸距、軸重與車重。另外，相關(guān)學(xué)者還使用了人工測量的方法得到了許多車輛在自然堵塞條件中對應(yīng)數(shù)據(jù)。在對數(shù)據(jù)展開分析的過程中，可以將汽車流劃分為密集運行狀態(tài)與一般運行狀態(tài)。同時強調(diào)了在堵車條件中超載汽車的具體荷載情況與以后的發(fā)展走向。根據(jù)我國的可持續(xù)發(fā)展要求與經(jīng)濟政策，融合汽車行業(yè)制定的發(fā)展規(guī)劃，就能夠制定出較為完整的汽車荷載標準，其后在《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》也真正投入到實際使用中。汽車荷載主要可以劃分車輛荷載與車道荷載兩種不同的部分。車輛荷載的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 車道荷載

2 公路橋梁設(shè)計荷載設(shè)計的策略

2.1 高數(shù)公路設(shè)計荷載調(diào)查

新中國成立以來，國內(nèi)進行了兩次具備實際意義的系統(tǒng)化公路橋梁荷載調(diào)查，第一次調(diào)查主要在上世紀六十年代展開，其主要調(diào)查對象為中小跨度下的橋涵結(jié)構(gòu)，并以此為參考依據(jù)構(gòu)建了“八五”規(guī)范，而第二次荷載調(diào)查為上世紀九十年代，主要針對我國當(dāng)時存在的4條國道作為觀測點，是我國當(dāng)前構(gòu)建橋梁設(shè)計規(guī)范的重要依據(jù)，但由于交通運輸與汽車制造行業(yè)發(fā)展前景與速度的不斷提升，致使高速公路的重要性也逐漸增加。因此，上世紀九十年代所構(gòu)建的相關(guān)規(guī)范已經(jīng)無法滿足當(dāng)下我國對于車輛荷載特征方面的需求。而針對這個問題，我國現(xiàn)存的高速公路交通荷載調(diào)查資料收集，主要經(jīng)由高速公路收費站中車重資料實施分析與研究統(tǒng)計，雖然具備一定作用，但過于單一化，在高速公路交通載荷研究中的實際意義不大。

2.2 交通荷載要素調(diào)查

公路橋梁設(shè)計交通荷載無論在各個要素影響下都屬于隨機性的時空變化系統(tǒng)，截至目前，國際上的公路橋梁研究都沒有實現(xiàn)全方位性的交通荷載調(diào)查要素研究。在中國，現(xiàn)存最完善的荷載調(diào)查為“公路車輛荷載調(diào)查研究”，該調(diào)查實現(xiàn)了我國多條國道交通荷載的車輛重量、間距、流通量等數(shù)據(jù)的調(diào)查，構(gòu)建并獲取大量的樣本數(shù)據(jù)，但是相關(guān)數(shù)據(jù)都只是以白天車流量為主要依據(jù)，缺乏夜間以及所有車道的車輛流通情況的研究，但是我國目前重型車輛的車流量現(xiàn)狀大多體現(xiàn)在夜間。因此就必須擁有一種簡易、全面、實施可能性大的交通荷載特征參數(shù)觀測調(diào)查統(tǒng)計體制，實現(xiàn)荷載調(diào)查數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)的完善性。

2.3 移動荷載識別形式

傳統(tǒng)性的交通荷載車重參數(shù)的來源一般為收費站稱重設(shè)備，而當(dāng)下較為先進的設(shè)備如WIN設(shè)備在價格方面較為昂貴，同時必須設(shè)置在公路面以下。為保證測量數(shù)據(jù)的精確性，車輛速度必須保證在一定范圍內(nèi)，那么就會對其他調(diào)查參數(shù)的采集產(chǎn)生影響，因此，部分學(xué)者開始研究橋梁動響應(yīng)間接性識別移動性車輛荷載。但隨著長時間的研究，移動荷載識別方面的研究出現(xiàn)了很多理論性的識別方式，但僅僅停留在理論階段，研究時多數(shù)采用較為簡易化的車輛模型，較實際情況存在較大的差距，同時理論與實踐之間的銜接不夠緊密。同時，由于理論性移動荷載識別方式自身存在的問題，致使實施過程具備一定局限性，無法實現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的交通載荷識別措施，所以想要實現(xiàn)上述想法就必須構(gòu)建并實施深入化研究。

2.4 隨機性交通荷載全要素仿真模型設(shè)計

從實際方面出發(fā)，當(dāng)前公路橋梁測量荷載存在非常強烈的隨機性，而近10年全球范圍內(nèi)的交通荷載調(diào)查研究以及模擬研究依舊以傳統(tǒng)性的車重、車距及車速等方面作為主要的調(diào)查對象設(shè)定，并建立一種靜態(tài)化交通荷載流。近些年，越來越多的學(xué)者在進行研究時都會考慮荷載隨機性對交通荷載參數(shù)的具體化影響，并深入研究交通荷載流在構(gòu)建過程中相關(guān)荷載參數(shù)隨機性問題，并獲取不小的研究成果，進而構(gòu)建了單個參數(shù)的針對性隨機數(shù)學(xué)模型。但是在全要素交通荷載方面的隨機數(shù)學(xué)模型依舊處于缺乏狀態(tài)，并且，構(gòu)建的隨機數(shù)學(xué)模型無法展現(xiàn)實際狀態(tài)下交通荷載隨機車流現(xiàn)狀。因此，在隨機交通荷載全要素調(diào)查統(tǒng)計這一分析研究的前提下，構(gòu)建針對性的各要素仿真模擬模型，為公路橋梁研究提供重要研究依據(jù)。

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[3] 王磊,張建仁. 既有公路橋梁不同車輛荷載連續(xù)到達過程模擬[J].中外公路，2015，(2)：189-192.

2016-02-12

劉凱(1989-)，男，貴州貴陽人，助理工程師，研究方向：道路橋梁施工。

U441+2

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1008-3383(2016)08-0076-02