俞志國(guó)

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730000）

0　引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，國(guó)民內(nèi)需不斷擴(kuò)大，我國(guó)的服務(wù)行業(yè)也在不斷發(fā)展，使得交通運(yùn)輸大力發(fā)展，各種交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求也在持續(xù)增加。為了緩解交通運(yùn)輸?shù)膲毫?，有效的措施就是修建基礎(chǔ)設(shè)施如城市橋梁和公路橋梁，打通交通壁壘并緩解現(xiàn)有線路的交通壓力，此外城市和公路橋梁的建設(shè)還能加快社會(huì)溝通，提供現(xiàn)代化社會(huì)的建設(shè)進(jìn)程。

城市橋梁和公路橋梁在我國(guó)的道路建設(shè)中都有著很大的比重，這兩者都涉及荷載的問(wèn)題，對(duì)荷載問(wèn)題的掌握和分析也是進(jìn)行城市橋梁和公路橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[1-2]。本文首先分析城市橋梁和公路橋梁的差別；其次分別綜述公路橋梁和城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的演變過(guò)程，分析其中的關(guān)鍵問(wèn)題發(fā)展演化歷程；最后總結(jié)城市橋梁與公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的對(duì)比，為更好地開(kāi)展我國(guó)橋梁建設(shè)提供參考。

1　城市橋梁與公路橋梁的特點(diǎn)分析

1.1　城市橋梁的特點(diǎn)

廣泛意義上的城市橋梁就是出于城市建設(shè)區(qū)域內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)，包括在河道上的橋梁、跨越鐵路和道路的橋梁、人行橋梁。這里面按照功能劃分不同分為供汽車、火車和行人使用的橋梁，這里主要分析供汽車使用的橋梁。城市橋梁的主要功能是滿足交通通行功能，同時(shí)因?yàn)槠渌幍某鞘协h(huán)境，因此往往需要兼顧美觀效果，現(xiàn)代城市橋梁的設(shè)計(jì)也把美觀性作為重要考慮因素，很多地區(qū)都把城市橋梁建設(shè)成具有地標(biāo)性的結(jié)構(gòu)。

1.2　公路橋梁的特點(diǎn)

公路橋梁則是區(qū)別于城市橋梁的型式，在非城市環(huán)境建設(shè)的橋梁結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，公路橋梁有梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋，同時(shí)根據(jù)其使用對(duì)象也有汽車和貨車等類型，這里仍然以供汽車使用的公路橋?yàn)榉治鰧?duì)象。公路橋梁的特點(diǎn)是滿足城市之間的交通運(yùn)輸，因此往往以交通通行功能為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，美觀性相對(duì)于城市橋梁而言不是最主要的，但諸多大跨徑橋梁的美觀設(shè)計(jì)仍非常受關(guān)注。

1.3　相同點(diǎn)與差別分析

根據(jù)上述分析，可知城市橋梁與公路橋梁本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)并不存在很大的差別，城市范圍內(nèi)的橋梁跨徑相對(duì)較低，而公路橋梁跨徑則更大一些，目前超千米級(jí)的橋梁也大多是公路橋梁。城市橋梁和公路橋梁都有采用梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋等型式。

城市橋梁與公路橋梁的主要區(qū)別體現(xiàn)在運(yùn)輸荷載水平上。盡管這兩種橋梁都有承載交通運(yùn)輸及行人交通，但是城市橋梁運(yùn)輸荷載等級(jí)總體相對(duì)而言低一些或者等級(jí)較少，因?yàn)槌鞘协h(huán)境貨物運(yùn)輸相對(duì)較少，而公路運(yùn)輸?shù)燃?jí)較多，部分區(qū)域荷載等級(jí)較低而其他地區(qū)運(yùn)輸荷載等級(jí)很高。

2　城市橋梁與公路橋梁荷載設(shè)計(jì)歷程

2.1　城市橋梁設(shè)計(jì)荷載

由于我國(guó)城市化建設(shè)的時(shí)間較短，真正的城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)是從1993年我國(guó)建設(shè)部頒布的《城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（CJJ 11—1993）開(kāi)始的，這是我國(guó)城市橋梁建造設(shè)計(jì)的最初規(guī)章。隨著后續(xù)全球化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市的快速發(fā)展，相應(yīng)的荷載標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能涵蓋橋梁建設(shè)的需求，為了使我國(guó)城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際規(guī)范進(jìn)行接軌，同時(shí)滿足現(xiàn)代化城市的發(fā)展需求，1998年我國(guó)建設(shè)部頒布了《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 77—1998），并將該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為強(qiáng)制性，適用于全國(guó)范圍內(nèi)的城市橋梁設(shè)計(jì)。然而當(dāng)時(shí)的城市橋梁也主要是梁橋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式較為單一且跨徑較短，同時(shí)隨著城市快速發(fā)展及橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)理念更新，2011年我國(guó)建設(shè)部又重新頒布了新的實(shí)施規(guī)范，即《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011），該規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)沿用至今。

2.2　公路橋梁設(shè)計(jì)荷載

公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的改變可以從汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)的演變看到整個(gè)歷程[3-4]。汽車荷載反映了目前社會(huì)上運(yùn)營(yíng)車輛的荷載水平和等級(jí)，中華人民共和國(guó)成立后我國(guó)當(dāng)時(shí)的車輛類型不多，汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)就是根據(jù)這些運(yùn)營(yíng)車輛提取的單個(gè)車輛或者一個(gè)車隊(duì)，我國(guó)1989年的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—1989）中的荷載模型就是通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研及相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得，其55 t車輛荷載模型就是通過(guò)基于市面上運(yùn)輸?shù)淖畲筝d重車輛確定，其車隊(duì)荷載模型中各種噸位的車輛（10 t、15 t、20 t、30 t、55 t）也都是通過(guò)對(duì)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)車輛載重大量調(diào)查獲取的，代表了當(dāng)時(shí)車輛的載重狀況。其他的荷載標(biāo)準(zhǔn)也是基于同樣的思路進(jìn)行設(shè)定的，隨后在交通運(yùn)輸快速發(fā)展的背景下，特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的刺激下，車輛運(yùn)輸荷載具有很大的不確定性，很多原本只能裝載20 t的車輛經(jīng)過(guò)各種改裝能夠裝載100 t以上，這使得市面上運(yùn)輸車輛荷載不確定，因此相關(guān)的荷載標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，形成了2004年的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004）。

隨著我國(guó)超載重載問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，多起因?yàn)檐囕v超載導(dǎo)致的橋梁垮塌事故也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。2007年10月23日，包頭市民族東路高架橋引橋垮塌事故由 3 輛 151.05 t、153.715 t、151.48 t超載汽車并排行駛所致；2012年8月24日，哈爾濱陽(yáng)明灘大橋引橋由 4 輛 149.7 t、163.6 t、153.3 t、18.2 t重車排隊(duì)行駛造成。這些事故說(shuō)明橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)的荷載水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范值，因此研究設(shè)計(jì)人員已經(jīng)意識(shí)到目前公路橋梁汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中小橋梁的不適宜性，新版2015年《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）將原來(lái)的車道荷載集中力由5 m 180 kN提高到5 m 270 kN，此外許多地區(qū)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范采用更大的荷載標(biāo)準(zhǔn)，以考慮地域貨運(yùn)的差別。

3　城市橋梁與公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

從城市橋梁與公路橋梁的特點(diǎn)分析來(lái)看，城市橋梁的荷載等級(jí)相對(duì)較少，總體荷載水平相對(duì)低于公路橋梁。以下根據(jù)最新版本的城市橋梁和公路橋梁設(shè)計(jì)荷載規(guī)范分別從荷載定義和荷載組合兩個(gè)層面分析了相同及差別。

3.1　荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

城市橋梁和公路橋梁的荷載種類仍然主要分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載三大類。永久荷載在兩個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范中都是相同的，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)方法和所用建設(shè)材料是一致的。偶然荷載在兩個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中也基本一致，只是偶然地震荷載在城市橋梁設(shè)計(jì)中受到了突出考慮。因?yàn)榻陙?lái)地震災(zāi)害發(fā)生較多，而城市屬于人口密集度非常大的區(qū)域，偶然地震所產(chǎn)生的損失及后果非常嚴(yán)重，因此城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于防震功能提高了設(shè)計(jì)力度，這方面公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范相對(duì)較簡(jiǎn)單些?？勺兒奢d在兩個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范中差別較為顯著，主要體現(xiàn)在車輛荷載、人群荷載和溫度荷載方面。公路橋梁凸顯了溫度荷載的作用效應(yīng)，這往往是因?yàn)楣窐蛄旱慕ㄔO(shè)環(huán)境較為開(kāi)闊，大氣溫度對(duì)其影響較大的原因，因此詳細(xì)規(guī)定了梯度溫度和均勻溫度的作用效應(yīng)。此外因?yàn)檫\(yùn)輸荷載類型的差別，汽車荷載和人群荷載在這兩種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中具有較大差別。

3.2　汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

汽車荷載是城市橋梁和公路橋梁差別最為顯著的荷載標(biāo)準(zhǔn)，這主要是因?yàn)槌鞘协h(huán)境和公路環(huán)境的運(yùn)輸荷載等級(jí)及類別不同所致。汽車荷載涵蓋了車道荷載、車輛荷載、汽車沖擊力、汽車制動(dòng)力四個(gè)方面。早先頒布的1989年的城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范其荷載標(biāo)準(zhǔn)與2004年的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范均有很大的差別，目前2011年版本的城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范與2004年的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范的車輛荷載部分基本相同，而2015年頒布的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)車輛部分改動(dòng)較少，因此均分析最新版本的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

車道荷載目前城市橋梁和公路橋梁均采用均布荷載+集中力的形式（見(jiàn)圖1），公路橋梁分為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)，城市橋梁分為城A和城B，分別對(duì)應(yīng)。目前所采用的橫向分布系數(shù)、車道荷載系數(shù)、縱向折減系數(shù)等取值都是相同的。車道荷載標(biāo)準(zhǔn)主要適用橋梁總體構(gòu)件的驗(yàn)算。

圖1　車道荷載模式

車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)在城市橋梁和公路橋梁中的規(guī)定具有很大差別，車輛標(biāo)準(zhǔn)是一輛標(biāo)準(zhǔn)重車，公路橋梁采用55 t五軸車，城市橋梁采用70 t五軸車，相關(guān)參數(shù)比較見(jiàn)表1。車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)主要用于橋梁局部構(gòu)件如橋面板、涵洞、橫梁等設(shè)計(jì)。城市荷載標(biāo)準(zhǔn)的提高也主要是考慮城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得超載重載車輛存在的緣故。

表1　車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)在城市橋梁和公路橋梁上的差別

汽車沖擊力方面兩種設(shè)計(jì)的計(jì)算方法不同，城市橋梁計(jì)算汽車沖擊力以計(jì)算跨徑和沖擊力的反比值為主，公路橋涵的計(jì)算則更加全面地考慮了結(jié)構(gòu)剛度、跨徑和結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這方面公路橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更加全面些。

汽車制動(dòng)力方面，公路橋梁與城市橋梁對(duì)汽車制動(dòng)力的規(guī)定是相同的，但是因?yàn)槠囍苿?dòng)力與車道荷載和車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)高度相關(guān)，因?yàn)楣放c城市橋梁在車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)方面的差異，使得這兩種的汽車制動(dòng)力也有差別。

3.3　人群荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

顯然因?yàn)槌鞘袠蛄旱娜巳汉奢d集度更加顯著，因此城市橋梁對(duì)人群荷載的規(guī)定相對(duì)于公路橋梁更加全面和嚴(yán)格。通常規(guī)定有車輛和行人的情況下行人和荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4.5 kPa，而只有行人的城市橋梁其荷載標(biāo)準(zhǔn)變成5.0 kPa?？梢钥吹街挥行腥说那闆r下的荷載標(biāo)準(zhǔn)更加大，這是因?yàn)橐酝某鞘袠蛄褐杏谐霈F(xiàn)因?yàn)樾腥撕奢d過(guò)大引起橋梁損失的案例，因此在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)特別考慮。

3.4　荷載組合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

荷載組合是考慮各種荷載同時(shí)發(fā)生的情況及其概率折減進(jìn)行的荷載作用，這種組合就是考慮實(shí)際情況下橋梁結(jié)構(gòu)可能同時(shí)經(jīng)受多種荷載作用，需要在單獨(dú)考慮各種荷載的情況下施加適當(dāng)?shù)慕M合進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性能和使用性能的驗(yàn)算，城市橋梁和公路橋梁的荷載組合標(biāo)準(zhǔn)都是相同的，組合考慮的方式也相同，包括基本永久荷載與各種可變荷載組合，以及加入偶然荷載的組合方式等。

4　結(jié)語(yǔ)

明確城市橋梁與公路橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)相同和差異，對(duì)于設(shè)計(jì)人員更好地掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法非常重要。通過(guò)分析城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的演變過(guò)程和特點(diǎn)，總結(jié)了這兩種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在荷載層面的相同點(diǎn)和差別，方便設(shè)計(jì)人員參考使用。