劉佳鈺，張 軍

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市 300074）

0 前言

在當(dāng)今，社會(huì)迅速發(fā)展進(jìn)步，人們生活水平的不斷改善，城市建設(shè)大力發(fā)展，人們更加關(guān)注橋梁設(shè)計(jì)中的荷載問(wèn)題，此論文重點(diǎn)分析橋梁設(shè)計(jì)中的荷載相關(guān)問(wèn)題，指出橋梁設(shè)計(jì)中荷載的一些問(wèn)題，隨后給出了對(duì)應(yīng)的合理改進(jìn)對(duì)策，以供同行進(jìn)行參考借鑒。

1 對(duì)橋梁設(shè)計(jì)荷載的基本理論簡(jiǎn)介

首先就是車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算理論。影響線的計(jì)算以及橫向分布系數(shù)的計(jì)算構(gòu)成了車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算理論。進(jìn)行建筑工程力學(xué)結(jié)構(gòu)的具體數(shù)值計(jì)算的時(shí)候，影響線具有非常關(guān)鍵的作用，一般情況下，橋梁把影響線當(dāng)成參考畫(huà)出對(duì)應(yīng)的散值點(diǎn)。于1930年，全世界的眾多學(xué)者專(zhuān)家認(rèn)真探究了橋梁的空間設(shè)計(jì)計(jì)算理論，平面計(jì)算問(wèn)題在最終取代了復(fù)雜空間計(jì)算。

其次就是隨機(jī)理論。在橋梁設(shè)計(jì)荷載之中，隨機(jī)理論屬于一種關(guān)鍵的理論。隨機(jī)理論經(jīng)常用在數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域之中，以研究過(guò)程中時(shí)間和規(guī)律的隨機(jī)變化為主要依據(jù)，其具有如下的定義：在集合T里面包含t元素，X屬于和t元素有關(guān)的隨機(jī)函數(shù)，Xt即為關(guān)于隨機(jī)變量t的隨機(jī)函數(shù)。經(jīng)常用到的主要為正態(tài)分布的概率密度函數(shù)：f（x）=與概率分布函數(shù)·

最后就是車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值基本理論。車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值基本理論往往需要兩部分內(nèi)容構(gòu)成，一方面為基準(zhǔn)期，另外就是重現(xiàn)期內(nèi)核荷載標(biāo)準(zhǔn)值。基準(zhǔn)期在車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值基本理論分析之中屬于經(jīng)常運(yùn)用的一種方法，是指橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，橋梁結(jié)構(gòu)與使用壽命的改變狀況，根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)荷載過(guò)程中的不同影響因素對(duì)工程可靠度實(shí)施正確的計(jì)算。車(chē)輛荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值在我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)荷載計(jì)算過(guò)程中以基準(zhǔn)期的計(jì)算數(shù)據(jù)、最高效率和車(chē)輛荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值為主要依據(jù)，完全掌握了上述參數(shù)之后，橋梁設(shè)計(jì)的車(chē)輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值便能順利計(jì)算出來(lái)。

另外，公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的基本理論還包括車(chē)輛離心力的相關(guān)研究理論以及工程結(jié)構(gòu)重要性數(shù)據(jù)校準(zhǔn)理論等，上述的理論都于橋梁設(shè)計(jì)荷載的應(yīng)用中產(chǎn)生了關(guān)鍵的作用。其中的車(chē)輛離心力原理見(jiàn)圖1。

圖1 車(chē)輛離心力原理

2 橋梁設(shè)計(jì)中的荷載問(wèn)題分析研究[1-4]

首先，進(jìn)行橋梁荷載設(shè)計(jì)的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是設(shè)計(jì)理論與結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不詳細(xì)、不健全。進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，務(wù)必遵循以下的兩項(xiàng)原則：對(duì)于結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，要確保結(jié)構(gòu)的安全性，需要對(duì)滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)規(guī)范要求的安全系數(shù)以及可靠性指標(biāo)進(jìn)行選用；進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案選用的時(shí)候，應(yīng)該選用經(jīng)濟(jì)且有效的那種結(jié)構(gòu)方案。大部分設(shè)計(jì)工作者對(duì)于橋梁的安全性與使用期的這些問(wèn)題，產(chǎn)生了許多錯(cuò)誤認(rèn)知。僅重視有關(guān)規(guī)范要求里面所計(jì)算好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及安全度數(shù)據(jù)，而對(duì)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性等結(jié)構(gòu)方面的構(gòu)成部分以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中比較容易出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤缺少應(yīng)有的注意與關(guān)心，從而使橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中失去安全性。況且在實(shí)際建設(shè)的過(guò)程中，還會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題與失誤。結(jié)構(gòu)的耐久性不足已經(jīng)成為一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的安全性問(wèn)題。有很多橋梁雖然在設(shè)計(jì)之初也滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，但是過(guò)了5～10 a之后，就會(huì)出現(xiàn)耐久性問(wèn)題，從而影響結(jié)構(gòu)的安全。比如：有的橋梁由于結(jié)構(gòu)的整體性和延性的不足，造成其冗余性過(guò)小；有的橋梁則在前期材料的設(shè)計(jì)與選擇上出現(xiàn)問(wèn)題，比如混凝土的強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄等。這些問(wèn)題都很容易削弱橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。所以，在進(jìn)行橋梁荷載設(shè)計(jì)時(shí)，還是要從構(gòu)造、材料等多個(gè)角度采取有效措施加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。

其次就是人群荷載的影響。人群荷載在橫向應(yīng)布置在人行道凈寬度內(nèi)，在縱向應(yīng)該施加在可以使主梁產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的區(qū)段里。專(zhuān)用的人行橋梁，人群荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為3.5 kN/m2?；诓灰粯拥臉蛄河?jì)算跨徑，人群荷載的標(biāo)準(zhǔn)值取值也不一樣，需要根據(jù)情況取值。

最后就是車(chē)道荷載集中力取值出現(xiàn)的問(wèn)題。橋梁荷載會(huì)受到?jīng)_擊作用產(chǎn)生的影響，沖擊作用主要通過(guò)沖擊力來(lái)衡量，沖擊力不僅和線路的狀態(tài)與車(chē)輛種類(lèi)有關(guān)，還和橋梁跨度以及結(jié)構(gòu)形式這些因素有關(guān)，在豎向的活載包括沖擊力的情況下，可以用靜活載乘以沖擊系數(shù)。

橋梁最大的動(dòng)位移基本都是在跨中的周?chē)课?，橋梁的振?dòng)頻率是不改變的。橋面的平整度不充分會(huì)造成橋梁產(chǎn)生振動(dòng)，由于橋面狀況日益變差，基于此，橋梁的振幅日益變大，橋梁的動(dòng)力系數(shù)伴隨著橋面情況的變差呈現(xiàn)了非線性的增加狀況，并且增加幅度很大。因此進(jìn)行沖擊力計(jì)算的時(shí)候，僅僅套用簡(jiǎn)單固定的公式進(jìn)行計(jì)算就不可行了，需要關(guān)注不同的因素實(shí)施合理地計(jì)算，如此一來(lái)，便能確保更加安全。

3 針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)荷載問(wèn)題的解決分析

橋梁設(shè)計(jì)荷載問(wèn)題需要引起我們的重視。隨著社會(huì)的發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)人員也需要緊跟時(shí)代步伐，更新設(shè)計(jì)理念，更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，使人民的生命財(cái)產(chǎn)安全更加得到保障?；跇蛄涸O(shè)計(jì)荷載問(wèn)題，本文筆者提出了下面的解決措施。

（1）全球化借鑒運(yùn)用橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及成果

在我國(guó)，橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)今出現(xiàn)的眾多問(wèn)題如下：結(jié)構(gòu)正常使用性能不高、耐久性不好、安全性不高。這主要是因?yàn)闃蛄旱脑O(shè)計(jì)工作者未使用有效的設(shè)計(jì)手段。而在西方國(guó)家，相當(dāng)關(guān)注結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計(jì)，不僅包含振動(dòng)、變形與裂縫這些內(nèi)容，還包含疲勞性與耐久性這些內(nèi)容。除此之外，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)目前也只是局限于靜態(tài)的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)理念只是從經(jīng)濟(jì)的角度考慮建設(shè)施工成本，而對(duì)運(yùn)營(yíng)期的使用壽命以及維護(hù)成本缺乏應(yīng)有的考慮。當(dāng)然，這也并不是說(shuō)，我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)就一無(wú)是處，其依然擁有很多國(guó)外沒(méi)有的優(yōu)越性以及好方法，能和國(guó)外一起分享。因此進(jìn)行橋梁荷載設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了有效地提升橋梁的使用周期及其質(zhì)量，需要強(qiáng)化我國(guó)和外國(guó)經(jīng)驗(yàn)和成果的共享，強(qiáng)化橋梁設(shè)計(jì)的合作和溝通。

（2）引起對(duì)橋梁設(shè)計(jì)耐久性問(wèn)題的高度重視

當(dāng)前的眾多橋梁發(fā)生倒塌現(xiàn)象、有時(shí)受到巨大損害，這些都和橋梁耐久性設(shè)計(jì)的不充分存在關(guān)系，所以要?jiǎng)?wù)必重視橋梁設(shè)計(jì)耐久性問(wèn)題。設(shè)計(jì)的缺陷往往會(huì)對(duì)橋梁的耐久性產(chǎn)生影響。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)和一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在許多不同之處，因此就需要將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。然而外國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)把提升結(jié)構(gòu)物的耐久性當(dāng)成進(jìn)行設(shè)計(jì)的原則，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一考慮，使結(jié)構(gòu)更加容易被檢查與維修，進(jìn)而確保橋梁能夠安全地運(yùn)用，也要降低維修成本與費(fèi)用，綜合經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

（3）提升對(duì)疲勞損傷的重視程度

疲勞損傷一直被認(rèn)為是橋梁設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題。由疲勞損傷而引起橋梁開(kāi)裂的案例很多，因疲勞斷裂而引起橋梁垮塌的例子也有不少。對(duì)疲勞損傷的研究不應(yīng)該僅局限于結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，對(duì)某些關(guān)鍵部位的局部疲勞研究也應(yīng)該成為研究的重點(diǎn)與方向。雖然疲勞損傷已經(jīng)進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的研究，但對(duì)其動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能的研究仍需加強(qiáng)，并且要把對(duì)這一方面的研究及時(shí)地應(yīng)用到橋梁荷載的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為其服務(wù)。

另外，為了減少計(jì)算的復(fù)雜度，設(shè)計(jì)荷載能夠選用均布荷載與集中荷載組合；城市的橋梁，包括許多低于50 m跨度的中小型跨度橋，荷載屬于連續(xù)的，可以根據(jù)《公路04通用規(guī)范》，5～50 m跨度根據(jù)荷載的內(nèi)插進(jìn)行權(quán)衡；基于各種種類(lèi)的橋梁，需要按照有關(guān)的橋規(guī)，選取遵循最標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施。

4 總結(jié)

進(jìn)行設(shè)計(jì)荷載的過(guò)程中，務(wù)必全面考慮具體需求，對(duì)于實(shí)際工程，要關(guān)注車(chē)輛的活載還有沖擊力作用效果，更應(yīng)關(guān)注人群的荷載，選用標(biāo)準(zhǔn)的荷載規(guī)范，根據(jù)有關(guān)的規(guī)范對(duì)橋梁實(shí)施處理，力求達(dá)到最合適的荷載范圍，在確保安全的基礎(chǔ)之上，便于人們的生活外出需要。該文在分析了設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題之后，針對(duì)具體狀況問(wèn)題提出了合理的解決措施，以期能對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中荷載問(wèn)題的解決提供借鑒?？偠灾?，為了增加橋梁的使用壽命，避免安全隱患，一方面要強(qiáng)化施工質(zhì)量的管理，另外還要在設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)造這些方面做好橋梁耐久性的設(shè)計(jì)。

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