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

李虎

摘要：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)不僅對于緩解交通壓力有著極其重要的作用，同時(shí)對于改善城市環(huán)境、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著極大的意義。

關(guān)鍵詞：城市橋梁;公路橋梁設(shè)計(jì);荷載標(biāo)準(zhǔn);對比

1城市橋梁和公路橋梁的概念

在實(shí)際應(yīng)用中，所謂的城市橋梁主要是在城市道路的各個(gè)層面上建造 的橋梁，包括永久性橋和半永久性橋，但是其中一些臨時(shí)橋梁，鐵路橋梁和涵洞不屬于城市橋梁的建設(shè)范圍。公路橋梁，即橫跨河流，港口，湖泊， 水庫，灌溉渠和其他水域，高差高的深谷或穿越其他交通路線的高速公路， 以保持交通順暢而修建的橋梁。公路橋梁是在各級公路上建造的橋梁。公路橋梁與城市橋梁有很大不同，公路橋梁的要求是根據(jù)公路的使用情況、 性質(zhì)和未來發(fā)展的需要，按照適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則進(jìn)行修建。城市橋 梁的建設(shè)應(yīng)遵循安全，適用，經(jīng)濟(jì)，美觀和環(huán)保的原則，適應(yīng)當(dāng)?shù)木偷厝〔模?并便于施工和維護(hù)。此外，城市橋梁建筑還應(yīng)符合城市規(guī)劃的要求，并應(yīng)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。兩者雖然不同但功能又極其相似，因此相關(guān)規(guī)定已明確 的指出，對于兩種橋梁的建設(shè)必須穩(wěn)定，耐用且具有藝術(shù)觀賞性，以方便人們旅行和對城市環(huán)境的美化。

2城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對比

2.1設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對比

公路橋梁法規(guī)規(guī)定，車輛荷載和車道荷載可以施加在甲板上，最大 的荷載效應(yīng)是以下因素中的最大條件：設(shè)計(jì)串聯(lián)效應(yīng)與設(shè)計(jì)車道荷載效應(yīng)相結(jié)合;第 3.6.1.2.2 條規(guī)定的變車軸間距設(shè)計(jì)車的作用，結(jié)合設(shè)計(jì)車道荷載的影響;在均載情況下，反彎點(diǎn)之間負(fù)彎矩對所有跨度的影響，以及僅在內(nèi)墩上的反應(yīng)，兩輛設(shè)計(jì)卡車的前軸與另一輛卡車后橋的間距最小為15000mm，加上設(shè)計(jì)車道負(fù)荷的 90%。每輛卡車 14500-N 軸之間的距離應(yīng)為 4300mm。

2.2車輛負(fù)載值的比較

中國橋梁規(guī)范中的車輛重力大于橋梁規(guī)范中的車輛重力。前橋基本相同，中軸與后橋不同，車輪底座是中國橋梁規(guī)范中的一個(gè)固定值，車橋軸距在4.3～9m 之間更靈活，裝貨時(shí)調(diào)整方便，達(dá)到最優(yōu)狀態(tài);規(guī)范的軸距相同; 橋梁規(guī)范中輪胎的表面面積大于中國橋梁規(guī)范，橋的規(guī)定對輪胎地面面積 的調(diào)節(jié)更為詳細(xì)。但法規(guī)中沒有具體規(guī)定車輛的尺寸，有些車輛的尺寸是 特殊的，這可能會(huì)影響到實(shí)際情況。我國多車道橫向折算系數(shù)較為詳細(xì)， AAsHT0 規(guī)范中的折減系數(shù)在車道數(shù)大于 3 時(shí)統(tǒng)一為 0.65，當(dāng)車道數(shù)大于 5 時(shí)，中國規(guī)范中的折減系數(shù)小于 AAsHT0 規(guī)范，這意味著 AAsHT0 規(guī)范的設(shè)計(jì)較為保守;在只有單車道時(shí)，AAsHT0 規(guī)范中的折減系數(shù)為 1.2，實(shí)際上放大了車輛荷載。

2.3設(shè)計(jì)荷載對比的必要性

城市的橋梁設(shè)計(jì)是為了縮小城市的空間距離，而且城市的橋梁設(shè)計(jì)既要有足夠的承載和泄洪能力，還要兼顧當(dāng)前和以后的城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)， 既要滿足交通運(yùn)輸?shù)谋旧硇枨?，也要兼顧其他社?huì)經(jīng)濟(jì)個(gè)體的發(fā)展要求。公路橋梁的設(shè)計(jì)就是要將整個(gè)公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和其部分構(gòu)件在制造和運(yùn)輸、安裝過程中有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。因此分析城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的差異性，可以為更多的城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)提供切實(shí)的參考依據(jù)。

3設(shè)計(jì)荷載模型分析

3.1有限元分析模式概述

在城市橋梁與公路橋梁的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對比中，主要借助有限元分析模型進(jìn)行對比分析。其模型設(shè)計(jì)符合 HL-93m 串聯(lián)荷載和 HsN-4 主干線荷載與中國規(guī)范中I、Ⅱ類公路的內(nèi)力，分析了中跨（12.19m）和橋墩頂部（24.38m）的彎矩和剪力荷載效應(yīng)。

3.2二者汽車荷載的相關(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。在長時(shí)間的實(shí)踐分析中，相關(guān)法規(guī)對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)，以此來對城市和公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面對比，得到合理科學(xué)的計(jì)算結(jié)果。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)行對比，其對比的步驟為：首先布置合適的試驗(yàn)場地，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)中橋梁加載長度、橋梁設(shè)計(jì)跨徑等方面規(guī)定，對于車道數(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。

3.3荷載作用

在中國規(guī)范中，公路 II 類均勻荷載引起的內(nèi)力約為公路Ⅱ類均勻荷載引起的內(nèi)力的 75%。我國規(guī)范中由公路一級車輛荷載和公路Ⅱ類車輛荷載引起的內(nèi)力比設(shè)計(jì)串聯(lián)和干線引起的內(nèi)力大，汽車荷載的最大荷載效應(yīng)為設(shè)計(jì)串聯(lián)荷載，其內(nèi)力約為中國公路I級的 80% 左右，中國公路二級公路的荷載效應(yīng)高于 AAsHT0 規(guī)范中的設(shè)計(jì)干線，AAsHT0 規(guī)范中由設(shè)計(jì)干線引起的內(nèi)力跨中約為中國規(guī)范中公路 II 級的 70% 左右，僅中跨彎矩比AAsHT0 規(guī)范的中跨彎矩小。

3.4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級和Ⅱ級，城市橋梁為城A 與城B， 二者形式的設(shè)計(jì)分別對應(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。

3.5汽車標(biāo)準(zhǔn)荷載。

不同國家的橋梁設(shè)計(jì)荷載模型的形式不同，可以大致分為由單個(gè)車輛組成的模型和由分布均勻的荷載組成的模型。中國的公路橋梁設(shè)計(jì)車輛荷載模型是基于一些國內(nèi)設(shè)備的研究成果和實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并采用了國際上先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在與相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和調(diào)整之后，確定當(dāng)前的車道負(fù)荷模式和取值。

在荷載模式的制定方面，《城市 98 標(biāo)準(zhǔn)》中指出對于 A 級和 B 級車道在城市使用均勻分布的荷載和單一集中荷載（彎矩和剪力的不同值）的 組合。這點(diǎn)與《公路 04 規(guī)范》相同。對于汽車荷載的基本條件，以更直觀地說明這三者之間的關(guān)系。

3.6汽車沖擊力。

關(guān)于汽車沖擊力的計(jì)算《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》中所提出以沖擊力與計(jì)算跨徑的反比值為主，而在《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中提出的汽車沖擊力計(jì)算方法是結(jié)合結(jié)構(gòu)質(zhì)量、跨徑和剛度進(jìn)行合理的計(jì)算。從汽車沖擊力來對比，城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載計(jì)算方式并不相同，其中《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中汽車沖擊力的計(jì)算方法更加全面和詳細(xì)，設(shè)計(jì)荷載更為標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語

綜上所述，在橋梁設(shè)計(jì)過程中，荷載標(biāo)準(zhǔn)直接決定著橋梁的安全性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性。因此，如何對作用荷載進(jìn)行準(zhǔn)確的取值，是一個(gè)值得重視的問題。公路橋梁設(shè)計(jì)和城市橋梁設(shè)計(jì)都屬于橋梁設(shè)計(jì)，但是兩種橋梁的設(shè)計(jì)仍然有所不同。為了更好地理解兩者之間的區(qū)別，設(shè)計(jì)人員仍然需要研究二者的相關(guān)規(guī)定并進(jìn)行比較，并互相借鑒。以符合建筑橋梁的安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的要求。

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