公路桥梁设计荷载及其组合研究

李若男

【摘 要】城市桥梁与公路桥梁设计的荷载标准有着共同点，也有着不同点，掌握它们之间的区别与联系可以为桥梁质量提供一份保障。本文主要对比了城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准。

【关键词】设计荷载；公路桥梁；荷载效应

引言：

我国的公路桥梁设计随着社会进步以及交通事业的不断进步与发展面临着巨大的挑战，我国的公路桥梁建筑要想符合当前交通发展的趋势与要求，对此方面的研究与探索就要加强。本文根据实测车辆的统计数据，针对公路和桥梁的设计荷载进行了研究和分析，为我国公路桥梁荷载设计理念和设计方法的逐步完善及其科学化和合理化提出一点看法，以供同行参考。

1 公路橋梁荷载标准现状

2004版的公路桥梁荷载标准中规定：汽车荷载修改调整为车道荷载的模式，废除掉车队荷载的计算模式。并且提出了车道荷载的均布荷载kq和集中荷载KP的标准值。

1、国内外公路桥梁规范荷载分项系数简介 。从专业的研究和调查可以得出，，各国在组合的方式与模式方面荷载组合形式基本相同，恒载和汽车荷载是这种组合的主要组成部分。

2、城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比重要性

2.1、城市的规划更加具有科学性

城市的交通发达程度和桥梁工程的建设体现了城市的发展和进步，所以城市桥梁设计要考虑的实施点主要在城市河道上和道路与交叉道路立交、道路跨越铁路的立交桥及人行天桥等实际中的设计，以及桥梁设计的使用年限，但是不包括临时性桥、铁路桥、涵洞等，现在立交桥是城市桥梁的主要表现形式，立交桥和高速公路的高架桥建设就是主要的城市公路桥梁建设，所以城市的进一步规划和建设的主要参考依据就应该是交通是否便利，这样我们的城市的桥梁工程建设才具有实际的科学意义。

2.2、城市道路的建设更具有规范性

城市桥梁设计的规范性演变和公路桥梁设计的有效性，能够将桥梁的荷载标准进行控制，城市的发展和建设才具有全面的科学意义。根据《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）的规定：城市桥梁的荷载分为永久作用、可变作用和偶然作用三类，只有细分后的城市桥梁建设才能够规范施工，才能保证其质量。公路桥梁设计还要考虑到桥梁建设是为了保证城市的交通便利，

从实际的要求发展中才能够将道路的设计和施工全面科学的展开。根据城市桥梁的类型不同 桥梁的设计和荷载也会产生变化，所以城市桥梁的设计荷载会更加的具有现实意义，城市的道路桥梁在面对城市的立交建设的时候就必须要将城市的交通通行效率考虑在内，城市道路桥梁的交叉口桥梁设计可以根据立体交叉道路的数量将其分别设计成三路立体交叉、思路立体交叉以及多路立体交叉的类型，所以，城市的道路建设会朝着高效、科学、稳定性走，而且城市桥梁与公路桥梁的设计荷载也会逐步的清晰，从而将城市的总体道路规划和建设的更加具有规范性。

3、车辆荷载效应计算理论

3.1 影响线计算

桥梁结构必须承受桥面上行驶车辆时的移动荷载的作用，结构的内力也随作用点结构上的变化而变化。所以需要研究并确定其变化范围和变化规律和内力的最大值此过程中作为设计标准。因此，荷载最不利位置和最大值是需要确定的。首先需要确定的是在移动荷载作用下，结构内力的变化规律， 将多种类型的移动荷载抽象成单位移动荷载P=1的最简单基本形式。只要清楚地分析过了内力变化的规律，我们就可以根据单位移动荷载作用下的结构内力变化规律叠加原理求出其他类型的荷载。内力（或支座反力）在移动单位荷载的作用下的引起的变化规律的图形就是影响线，它是研究车辆荷载等移动荷载作用下桥梁结构内力最大值的基本工具。初步选定对周围环境的影响的工程规模及结构类型、使用要求、材料情况、施工条件、造价等因素，可以根据所在路基的地质条件，几种可供考虑的路基处理方案。勘察工作提供的资料一般仅作一般性的对软土描述，没有提供土的物理力学组成状况性质指标。结构力学中认为影响线是一个指向不变的单位集中荷载沿结构移动时某一量值变化规律图形。然而实际上，影响线是以荷载位置为变量的某量值的函数。目前被公认是求解工程中所遇到的各种问题的有效通用方法就是有限元法，实际上，它的应用范围是很广泛的，一般情况下桥梁结构影响线会采用这种方式。

3.2、横向分布系数计算

从上个世纪三十年代开始“荷载横向分布”概念就被应用，桥梁空间结构的计算理论被大量的试验验证和研究，于是用平面问题可以来处理空间计算问题，合理地简化为空间问题提供了实用理论的计算方法。

4、公路桥梁荷载设计存在的问题

桥梁载重能力设计不足是目前桥梁设计中主要存在的问题。承载能力和正常使用是桥梁在载重力有两种极限状态。如果承载能力不足，那么，结构整体或或者部位的稳定性在超出桥梁的承载极限后就会受到破坏，在重复荷载的情况下桥梁混凝土构件会因为超出疲劳极限而丧失稳定性，在目前的桥梁设计中有些规范对于重复荷载产生的破坏是不予考虑的，这样的规定使得桥梁主梁设计非常有效，但是直接忽视重复荷载在桥梁其他部分设计，对桥梁的安全性和年久性是非常不利的。

4.1、加强管理

要尽量避免桥梁超载问题，目前在我国大体上有三种桥梁超载现象存在：首先就是一些较早时期修建的老桥梁超龄负载运营；其次就是在实际使用过程中车流量超过了设计上限的桥梁；最后就是违规超载现象，但是这种现象只有个别车辆存在。为了方便计算，均布荷载及集中荷载组合作为桥梁设计建议设计荷载的优先选择。 城市桥梁中，占绝大大多数的是低于50m跨度的荷载连续的中小型跨度桥，应该5～50m跨度桥梁按照荷载的内插方法，具体的参照《公路桥梁设计通用规范》（JTGD60-2004）来考虑。

4.2、耐久性问题

在建造和使用桥梁的过程中，桥梁因为它的基本功能要求其不仅要抵抗住包括有害化学物质和自然环境（如以及台风、地震）以及人为因素等作用的影响。并且，在桥梁的使用过程当中，其材料将会日趋衰退导致功能减退，导致了桥梁各部分存在不同程度的损坏。据不完全统计，除上述原因，影响桥梁结构耐久性的问题根源是设计。

5、桥梁作用效应组合

首先，荷载组合可以根据极限承载能力来设计，组合方式有以下几种：

1：基本可变荷载与永久荷载组合；

2：基本可变荷载与永久荷载组合加上可变荷载；

3：基本可变荷载与永久荷载组合加上偶然荷载（由于船只或漂浮物碰撞而引起）；

4：城市桥梁在施工过程中，可以利用施工中可能出现的结构重力、脚手架、材料机具、人群等由于施工而产生的荷载进行组合。

5：城市桥梁在设计时承受的永久荷载，例如由于重力、预加力、地震等原因产生的荷载相互作用组合在一起组合方式。

其次，桥梁设计中结构重力与汽车荷载二者产生的效应方向相同的时候有一下几种组合方式：

1：1.2SQ+1.4S'Q1；

2：1.1SQ+1.4S'Q1+1.3SQ2：

但是，如果桥梁设计中结构重力与汽车荷载二者产生的效应不同，则组合方式有不同：

1：：0.9SQ+1.4S'Q1；

2：0.8SQ+1.3S'Q1+1.3SQ2。

其中结构重要性系数为标准值、频域值、分项系数以及组合系数等，此内容在进行公路桥梁设计时，它的自由度和灵活度设计宽泛一些。

结束语：

只有在充分掌握了车辆荷载的特点和了解了国外制订的荷载标准之后，再结合我国目前的实际状况，我过车辆的荷载标准基本方式才能得到确定。中国的公路桥梁荷载模型发展方向与国外相比更符合世界桥梁发展的潮流趋势，但同时，我国的荷载标准值有些偏高有些偏低。但总体来说，我国规范中的荷载设计效应比国外标准偏低。所以，就针对目前国内桥桥梁破损的情况来看，适当提高设计荷载标准是有必要且妥当的。希望有关部门能够加以重视，将我国的桥梁荷载规范不断完善，让我国桥梁规范制定工作能够达到国际上的领先水平。

参考文献：

[1]交通部，公安部，发展改革委，质检总局，安全监管局，工商总局，法制办.关于在全国开展车辆超限超载治理工作的实施方案（2004 年）[Z].北京.2004.

[2]贡金巍.工程结构可靠性设计原理[M].北京：机械工业出版社，2007.