城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

郭瑞

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)新疆有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

城市橋梁主要是指在城區(qū)內(nèi)部的橋梁，其被修建在不同的建筑物基礎(chǔ)上，如天橋、立交橋或者河道上部橋梁等，并根據(jù)使用年限可以將其分為永久性和半永久性天橋形式。而公路橋梁的機(jī)構(gòu)體系比較特殊，其主要是以力學(xué)原理所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其類型包含鋼架橋、懸索橋以及斜拉橋等多種形式。公路與城市橋梁的建設(shè)不僅對(duì)于緩解交通壓力有著極其重要的作用，同時(shí)對(duì)于改善城市環(huán)境、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著極大的意義[1-2]。

1 公路與城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

1.1 二者汽車荷載的相關(guān)研究

一般在城市橋梁和公路橋梁的荷載中，都會(huì)采取均勻分布荷載的單一荷載模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，而這種模式在橋梁建設(shè)期間容易被廣泛應(yīng)用。在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐分析中，相關(guān)法規(guī)對(duì)于汽車荷載的基本情況和其本身的標(biāo)準(zhǔn)值已經(jīng)有著十分明確的規(guī)定，結(jié)合這些規(guī)定值可以有效分析橋梁荷載的相關(guān)數(shù)值設(shè)計(jì)，以此來對(duì)城市和公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面對(duì)比，得到合理科學(xué)的計(jì)算結(jié)果[3]。其次根據(jù)汽車荷載數(shù)值來將計(jì)算后的公路與城市橋梁與原來進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)比的步驟為：首先布置合適的試驗(yàn)場(chǎng)地，將橋梁車道的數(shù)量、車輛荷載的橫向布置和車道的寬度進(jìn)行規(guī)定。其次根據(jù)城市標(biāo)準(zhǔn)中橋梁加載長(zhǎng)度、橋梁設(shè)計(jì)跨徑等方面規(guī)定，對(duì)于車道數(shù)量、總寬度和橫向布置三者之間關(guān)系進(jìn)行分析。最后得到結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在公路和城市橋梁設(shè)計(jì)荷載中，其基本的折減系數(shù)相同。具體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值如表1 所示。

表1 CJJ11-2011 汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值分析

1.2 車輛沖擊力分析

一般在研究橋梁荷載就需要對(duì)汽車沖擊力進(jìn)行詳細(xì)分析和研究，本文所提出的汽車沖擊力是根據(jù)橋梁本身的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度和橋體跨度，并結(jié)合沖擊力與跨徑計(jì)算數(shù)值的反比值來進(jìn)行計(jì)算和分析的，隨后可以結(jié)合其所計(jì)算的汽車沖擊力來比較公路橋梁和城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)[4]。部分?jǐn)?shù)值計(jì)算與統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 沖擊系數(shù)有關(guān)因素?cái)?shù)值獨(dú)對(duì)比分析

在表2 中可以看出，公路沖擊系數(shù)要比城市沖擊系數(shù)明顯有著提高的趨勢(shì)，并且在小跨度方面差別相對(duì)較大，當(dāng)實(shí)現(xiàn)大跨徑設(shè)計(jì)時(shí)兩者數(shù)值在逐漸接近。

1.3 人群荷載分析

在橋梁設(shè)計(jì)和使用期間需要明確的是，在橋梁上不僅會(huì)有車輛行駛，同時(shí)還會(huì)存在人通過現(xiàn)象，并且在較為繁華的城市，橋梁上部通過人的數(shù)量也會(huì)在逐漸增加，如北京、上海等地區(qū)，為了緩解一些交通壓力，必然會(huì)設(shè)計(jì)一些如天橋等方便人們通過和行走的城市橋梁[5]。在相關(guān)法律法規(guī)中明確指出，人們?cè)诔鞘袠蛄盒凶咂陂g，其所產(chǎn)生的荷載作用值為5kpa，當(dāng)行人和汽車共同行駛在橋梁上的荷載值為4.5kpa，具體如表3 所示。

表3 人群荷載和橋梁跨徑的關(guān)系分析

在表3 中可以看出當(dāng)公路和城市橋梁所設(shè)計(jì)的橋梁跨距不同時(shí)，人群的荷載存在較大的區(qū)別，因此在橋梁荷載設(shè)計(jì)期間，需要對(duì)荷載值的采用進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，在保障人群安全通過基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)橋梁使用年限。

1.4 汽車制動(dòng)力相關(guān)分析

在公路和城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比中，汽車制動(dòng)力也是其對(duì)比方法之一。一般在城市橋梁設(shè)計(jì)中，主要是對(duì)于離心率、風(fēng)荷載和溫度等方面進(jìn)行重點(diǎn)研究，而兩者的主要不同之處在于車道荷載差別，以及多條車道中各個(gè)車道對(duì)于車輛荷載制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值之間的差距[6]。

1.5 作用效應(yīng)組合分析

在整體的作用效應(yīng)組合分析中可以明確，其主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

1.5.1 第一種（組合A）也是最為簡(jiǎn)單的組合就是可變荷載和永久荷載的組合形式。

1.5.2 第二種（B）是在第一種組合形式的基礎(chǔ)上，加一些其它原因所組成的形式，其與第一種的可變荷載有所差異。

1.5.3 第三種（C）是在第一種組合情況下，加入一些船只因素或者漂浮物所產(chǎn)生作用的偶然性荷載形式。

1.5.4 第四種（D）是結(jié)合目前橋梁施工作業(yè)中所應(yīng)用的生產(chǎn)工具因素產(chǎn)生的施工荷載效應(yīng)組合形式，如材料、機(jī)械設(shè)備和腳手架等。

1.5.5 第五種（E）與橋梁本身的條件有關(guān)，如橋梁本身的質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力或者其在投入相關(guān)使用環(huán)境后產(chǎn)生的破壞力等，其與永久性荷載進(jìn)行結(jié)合，由此形成有效的荷載效應(yīng)組合。

但是《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中主要是通過道路的結(jié)構(gòu)系數(shù)對(duì)不同橋梁安全等級(jí)進(jìn)行管理和控制，其中最重要的系數(shù)就是標(biāo)準(zhǔn)值以及頻域值和分項(xiàng)系數(shù)、組合系數(shù)等，該項(xiàng)規(guī)范中典型組合公式如下所示：

根據(jù)上述的組合方式分析，在這些組合的基礎(chǔ)上，在公路與城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范上存在的最大差距就是安全系數(shù)，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)荷載對(duì)比中，需要以更加廣泛的荷載數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)范圍加以確定，因此來保障橋梁設(shè)計(jì)的安全性。

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

在城市橋梁和公路橋梁之間差別最大的就是汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)，而其之間的差距主要是因?yàn)槎哌\(yùn)輸荷載的類別與等級(jí)不同所導(dǎo)致的，汽車荷載包含車道、車輛荷載、汽車沖擊力和制動(dòng)力四個(gè)方面。本文著重介紹車道和車輛荷載的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比內(nèi)容，具體如下。

2.1 車道荷載

目前在城市與公路橋梁設(shè)計(jì)中，其車道荷載在二者設(shè)計(jì)中的形式相同，即均布荷載+集中力。設(shè)置公路橋梁為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)，城市橋梁為城A 與城B，二者形式的設(shè)計(jì)如圖1 所示，分別對(duì)應(yīng)其所采用的橫向分布系數(shù)、車道荷載和縱向折減系數(shù)等取值，這些取值都是相同量，一般用于橋梁總體構(gòu)件的驗(yàn)算過程中。

圖1 車道荷載模式圖示

2.2 車輛荷載

在城市與公路橋梁中，車輛荷載的規(guī)定有著較大的差異，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)重車為車輛標(biāo)準(zhǔn)，在公路橋梁采用55t 的五軸車，城市橋梁采用70t 的五軸車，其二者參數(shù)對(duì)比如表4 所示。一般車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)主要在橋梁建設(shè)局部中的構(gòu)件設(shè)計(jì)上，如涵洞、橫梁等部位。而提升城市荷載標(biāo)準(zhǔn)也是目前隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必須要考慮的因素。

表4 公路與城市橋梁上車輛荷載差異性統(tǒng)計(jì)

結(jié)束語

綜上所述，雖然公路與城市橋梁都屬于橋梁的形式，但是二者存在較大的不同之處，在實(shí)際荷載設(shè)計(jì)數(shù)值對(duì)比中應(yīng)當(dāng)將其具體的差別詳細(xì)解釋和分析，在保障橋梁建設(shè)安全基礎(chǔ)上營(yíng)造良好的運(yùn)輸環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化目標(biāo)。