程志遠(yuǎn)

摘 要：為了提高市政橋梁工程的建設(shè)水平，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，本文首先從市政橋梁的安全性、耐久性、適用性等方面分析了橋梁荷載設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題，隨后分析了車輛荷載、溫度荷載、汽車離心力等橋梁荷載的特點(diǎn)，最后探討了橋梁荷載的設(shè)計(jì)原則和組合形式，并提出了相應(yīng)的改善措施，研究成果可以為類似的市政橋梁設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì);荷載形式;組合;改善措施

0 引言

橋梁工程作為基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分，對(duì)城市交通運(yùn)輸能力有重要的意義。同時(shí)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市橋梁設(shè)施的建設(shè)步伐也日益加快。橋梁工程在運(yùn)營(yíng)期間受到各種外在因素的綜合影響，可能出現(xiàn)存在著不同的病害情況，影響行車安全性和舒適度，甚至可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。而發(fā)生病害的很多情況都與設(shè)計(jì)荷載及組合的選擇不當(dāng)有關(guān)系。為了提高城市橋梁運(yùn)營(yíng)壽命，有必要根據(jù)城市橋梁的具體用途來確定其所承擔(dān)的荷載組合，以提高城市橋梁安全性。因此，研究橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合具有十分重要的工程意義。

1 市政橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合時(shí)應(yīng)注意的問題

1.1 市政橋梁安全性方面

橋梁設(shè)計(jì)期間需要考慮多個(gè)因素，但在任何情況下都不能忽視其安全性。在市政橋梁及其組合的設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意安全問題，故在確定橋梁荷載及其組合時(shí)，相關(guān)工程師必須考慮橋梁主要用途及所處的交通條件，如在普通的鄉(xiāng)間道路上使用重型車輛應(yīng)提供不同的荷載和組合，以適應(yīng)不同道路和橋梁的使用條件。只有這樣才能確保所設(shè)計(jì)的橋梁具有較高的安全性，并在一定程度上降低橋梁使用過程中的事故發(fā)生頻率。

1.2 市政橋梁耐久性方面

市政橋梁的建設(shè)期間會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，必須保證橋梁運(yùn)營(yíng)期間受到各種荷載的作用，不會(huì)出現(xiàn)大幅性能劣化，耐久性要能滿足要求。如果經(jīng)過大量的投資，橋梁的使用壽命真的很短，可以說這種設(shè)計(jì)是不成功的。因此，在設(shè)計(jì)市政橋梁時(shí)，必須充分考慮所有因素，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前，必須充分考慮橋梁的承載能力及其所包含的組合。只有充分考慮這些方面，橋梁運(yùn)營(yíng)期限和耐久性才能達(dá)到最佳狀態(tài)[1]。

1.3 市政橋梁適用性方面

市政橋梁的建造必須與服務(wù)能力相適應(yīng)。例如人行過街可設(shè)天橋或下穿通道橋，人行天橋不通車，主要考慮人行荷載。其他市政橋梁即要考慮車輛荷載，同時(shí)又要考慮人行荷載。

2 市政橋梁設(shè)計(jì)荷載

2.1 汽車荷載

在橋梁結(jié)構(gòu)必須承擔(dān)荷載中，汽車荷載是最重要的組成之一。在明確了城市橋梁的特定功能之后，設(shè)計(jì)者必須明確正在行駛的車輛的類型。這樣，才能夠準(zhǔn)確地判斷橋梁結(jié)構(gòu)必須承擔(dān)的最大荷載，并據(jù)此選擇橋梁設(shè)計(jì)和建造所需的荷載組合，材料和設(shè)備。因此，車輛荷載分析是城市橋梁設(shè)計(jì)的重中之重。必須在城市橋梁設(shè)計(jì)過程中承擔(dān)的車輛荷載時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合使用均勻分布的荷載和集中荷載。考慮到橋梁的布局，設(shè)計(jì)車道的數(shù)量和行車道的寬度等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)的大多數(shù)市政橋梁基本相同。在設(shè)計(jì)過程中，您只需要根據(jù)實(shí)際情況稍微修改一些負(fù)載即可。另外，可以通過橋梁結(jié)構(gòu)的部分荷載以及橋臺(tái)和擋土墻上的壓力來校驗(yàn)橋梁所承擔(dān)的反復(fù)車輛荷載。

2.2 溫度荷載

我國(guó)國(guó)土幅員遼闊，各地的地理位置和氣候條件各不相同，而在橋梁結(jié)構(gòu)施工期間，溫度是影響其施工質(zhì)量的重要因素之一，工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)城市橋梁時(shí)應(yīng)該考慮到溫度荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的影響。在橋梁結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷分析中，應(yīng)到弄清楚季節(jié)變化和日照變化所引起負(fù)荷變化的區(qū)別。因此，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)之前，應(yīng)當(dāng)先找到城市的等溫線圖，并根據(jù)城市的實(shí)際溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以計(jì)算出城市的季節(jié)溫差。

一般情況下，考慮過去50年的溫度變化，污染區(qū)域的設(shè)計(jì)要求是最低和最高溫度都會(huì)在2℃上下浮動(dòng)。設(shè)計(jì)溫度荷載時(shí)需要分析橋梁的標(biāo)高位置，每100 m溫度在 0.5℃～1℃之間上線變動(dòng)。同時(shí)，日照引起的溫度變化也會(huì)影響城市橋梁的承載能力，受陽(yáng)光下溫差的影響，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的市政橋梁在安裝混凝土梁或鐵梁時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的溫度變化。

2.3 汽車離心力

很多山區(qū)的城市橋梁結(jié)構(gòu)由于受到地形的限制，橋梁本身存在曲率變化，所以在橋梁上行駛的車輛會(huì)受到離心力的影響。如果離心力過大，會(huì)發(fā)生車輛傾覆等現(xiàn)象，故在進(jìn)行橋梁荷載設(shè)計(jì)時(shí)一定要按照相關(guān)設(shè)計(jì)教學(xué)量的規(guī)定來考慮離心力，然而，通過市政橋梁的車輛多為轎車和小型運(yùn)輸車輛。由于橋梁的離心力所產(chǎn)生的支撐是相對(duì)固定的，如果城市橋梁的曲率半徑大于250 m，設(shè)計(jì)者必須使用公式來計(jì)算離心力。在這個(gè)公式，圓的半徑大于250 m中央力系數(shù)C，城市橋梁的設(shè)計(jì)速度V，單位km/h，城市橋梁曲率半徑R。此外，在設(shè)計(jì)城市橋梁，車輛在設(shè)計(jì)荷載的影響必須考慮。車輛的影響主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)的基本頻率計(jì)算，城市橋梁的設(shè)計(jì)荷載是根據(jù)道路荷載的增加和功率的影響，設(shè)計(jì)城市橋梁時(shí)，必須遵循具體問題的分析原則，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析[2]。

3 市政橋梁設(shè)計(jì)荷載的組合原則和形式

3.1 市政橋梁設(shè)計(jì)荷載的組合原則

市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)是在荷載組合設(shè)計(jì)中確保使用壽命的安全穩(wěn)定。應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：首先，應(yīng)考慮橋梁荷載組合的安全性，并對(duì)現(xiàn)有道路交通狀況進(jìn)行詳細(xì)分析，以充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)的荷載組合。保證橋梁結(jié)構(gòu)施工后的穩(wěn)定性;其次，設(shè)計(jì)荷載組合必須考慮結(jié)構(gòu)的耐久性。一般來說，大中型橋梁的設(shè)計(jì)和施工需要大量的人員和資源。因此，在考慮橋梁設(shè)計(jì)荷載等各種特殊條件后，在設(shè)計(jì)和施工中需要大量的人力和物力。在橋梁荷載組合設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮橋梁的耐久性和適用性。例如，一些橋梁必須配備人行道等設(shè)備，以防止車輛通過。工作人員在設(shè)計(jì)和組合所需荷載時(shí)，應(yīng)選擇合適的荷載，以滿足實(shí)際駕駛要求。

3.2 市政橋梁設(shè)計(jì)荷載的組合形式

在現(xiàn)階段，我國(guó)市政橋梁之間的設(shè)計(jì)荷載組合方法主要是基于可變荷載和永久荷載的組合。在根據(jù)市政橋梁的可變荷載（即車輛荷載，人群荷載，溫度荷載等）根據(jù)特定級(jí)別要求設(shè)計(jì)安全級(jí)別之后，橋梁在永久性橋梁的設(shè)計(jì)荷載中必須承受的荷載會(huì)增加。設(shè)計(jì)人員還需要通過分析由于地震或其他原因引起的市政橋梁造成的強(qiáng)荷載和與市政橋梁的相互作用，來提高市政橋梁的安全性和耐用性。同樣，如果市政橋梁必須穿過河流并穿過水體，則水本身的浮力也應(yīng)被視為市政橋梁必須承受的荷載之一。設(shè)計(jì)者在組合設(shè)計(jì)荷載之間增加了容器和浮動(dòng)物體之間的碰撞。在城市橋梁建設(shè)中使用的腳手架和其他機(jī)械設(shè)備也被認(rèn)為對(duì)橋梁產(chǎn)生特定的荷載。同時(shí)，對(duì)于市政橋梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于其自身的鋼結(jié)構(gòu)，在重力和混凝土應(yīng)力等因素的作用下，其荷載都有一定程度的增加。因此，在設(shè)計(jì)城市橋梁荷載組合的過程中，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)實(shí)際情況增加施工中使用的機(jī)械，人群等因素造成的荷載。在優(yōu)化了各種荷載的組合之后，市政橋梁由于具有更高的靈活性和自由度，可以為人們的出行生活提供更好的便利[3]。

4 解決市政橋梁荷載設(shè)計(jì)及其組合難度的措施

4.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)理念

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，在進(jìn)行與市政橋梁荷載設(shè)計(jì)有關(guān)的工作及其組合時(shí)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)理念也必須不斷變化。在相關(guān)人員吸收和學(xué)習(xí)了國(guó)內(nèi)外良好的設(shè)計(jì)概念之后，他們可以選擇適合其條件的概念以及與市政橋梁荷載及其組合有關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

4.2 充分考慮并改善設(shè)計(jì)缺陷

一個(gè)好的項(xiàng)目不是一朝一夕就能完成的，同樣也適用于市政橋梁及其組合的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的設(shè)計(jì)方案，它需要不斷的實(shí)踐和修改。因此，在市政橋梁及其組合的設(shè)計(jì)中，一定要考慮各種因素，不斷加強(qiáng)和完善設(shè)計(jì)方案的不足之處和必要的改進(jìn)[4]。

4.3 確保安全有效地實(shí)施設(shè)計(jì)

安全是所有工程項(xiàng)目一個(gè)永恒的話題。對(duì)于任何類型的設(shè)計(jì)，安全都應(yīng)被視為首要因素。也適用于市政橋梁及其組合的設(shè)計(jì)，安全問題也必須考慮在內(nèi)。因此，在市政橋梁荷載的設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須保證設(shè)計(jì)是安全的。此外，設(shè)計(jì)方案的有效性也是設(shè)計(jì)的基本原則，也是設(shè)計(jì)中必須考慮的基本問題之一。我們希望相關(guān)的設(shè)計(jì)師能夠注意到這兩個(gè)因素[5]。

5 結(jié)論

目前，我國(guó)對(duì)城市橋梁設(shè)計(jì)荷載和組合的研究符合世界的大趨勢(shì)，但標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算的道路橋梁影響值仍不滿足快速低水平交通建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的要求，跨度仍相對(duì)較小，這與快速發(fā)展是不相符的。因此，本設(shè)計(jì)基于荷載彈性、可靠性、參考值、離心力和復(fù)雜影響等相關(guān)原則，可以更準(zhǔn)確地把握我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施和建設(shè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王喜鵬.淺析城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2021（8）：110-111.

[2]韓富強(qiáng).城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比與思考[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（14）：43-44.

[3]顏志，覃怡.公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究[J].黑龍江交通科技，2018，41（6）：130-131.

[4]俞志國(guó).城市橋梁與公路橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)對(duì)比分析[J].城市道橋與防洪，2018（5）：123-125+14-15.

[5]徐遠(yuǎn)賀.試論城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比及相關(guān)思考[J].江西建材，2016（24）：144+148.