公路桥梁设计荷载及其组合探讨

张永强

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安　710000）

公路桥梁设计荷载及其组合探讨

张永强

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710000）

桥梁设计是整个公路工程的重点，同时桥梁工程又在公路工程中起到了重要的枢纽性作用，设计工作中工程荷载标准值直接关系到工程交付使用之后的安全性，为了目前运输行业的实际要求得到满足，同时也为了与目前运输行业快速发展的情况相适应，针对这一问题展开分析很有必要。鉴于此，笔者首先对我国公路桥梁荷载标准研究现状进行了简单的概述，然后提出了车辆荷载研究的几种基本理论，以供同行进行参考。

公路桥梁设计；荷载；组合

近年来随着我国社会经济水平的不断提高，交通运输模式也发生了比较大的变化，交通车辆的增长速度不断加快，同时我国在交通运输方面的政策也发生了变化，在这种情况下公路桥梁车辆荷载也出现较大变化。随着矿业与煤业等运输的实际需要，不同地区超载车辆频频出现，车辆超载运输使得公路桥梁的使用寿命大大缩短，因此现阶段公路桥梁荷载标准是否需要继续使用已经成为关注的焦点。鉴于此，笔者针对自己多年来在公路桥梁设计领域中的工作经验进行了系统的总结，并将其融入到本文对公路桥梁设计荷载及其组合的相关探讨之中，相信一定可以为同行的研究带来一些启示。

1　我国公路桥梁荷载标准研究现状

从2004年开始公路桥梁荷载标准将汽车荷载从原来的车队荷载模式转变成为现在的车道荷载模式，经过一番细致比较之后，提出了均布荷载与集中荷载的标准值，使我国桥梁结构荷载应用水平得到了整体上的提高，与我国未来很长一段时间内的发展需求相适应。在荷载标准中，多数参数的确定是利用优化法得到的，这也是很难避免的问题。

2　车辆荷载研究的几种基本理论

2.1随机过程基本理论

随机过程理论在数学研究领域中会经常用到，其利用目的主要在于对一种随机现象随着时间变化而出现变化的规律进行研究，随机过程的定义为：假设对每个参数来说有t∈T，假设随机变量是X（t，ω），随机变量XT={X（t，ω），t∈T}就是某一随机变量的随机函数。

2.2车辆荷载标准值基本理论

这一基本理论主要由两部分构成：①基准期；②重现期和荷载标准值。其中，基准期是在概率分析过程中经常使用的一种方式，主要是指在公路桥梁设计过程中，对建筑工程使用寿命及工程结构可靠度进行考虑的时候，需要与不同影响因素、时间、变量之间的关系相结合，才能对工程可靠度进行计算。

在我国的相关规定中，车辆荷载效应标准值是在工程实际中计算出来的，在计算过程中以基准期有效数据为根据展开计算，取基准期的最高效率，它的分布值是0.95的相关数据。此外，还可以利用重现期对车辆荷载效应标准值进行表达，相关公式为：

我国相关公路桥梁规定与标准中明确规定了，在公路桥梁工程设计中所采用的基准期是100年，所以按照上面的公式，可以对公路桥梁设计车辆荷载效应标准值重现期进行准确的计算，为2000年。

2.3车辆荷载效应计算理论

这一计算理论也由两部分构成：①影响线的计算；②有关横向分布系数的计算。在工程结构力学中，在实际数值计算中，影响线都具有非常重要的位置，是经常使用的一种计算方法。影响线表示结构中由沿结构跨度移动的单位载荷引起的内力、位移或反力等的数值随单位载荷作用位置变化的曲线，可用于确定在多种载荷共同作用下的影响值，也可用于确定结构上移动载荷的最不利位置。横向分布系数在桥梁横向布载上非常重要，在桥面上行驶的车辆，轮迹的横向分布是不均匀的，实际上车辆轮迹具有一定宽度，车辆通过时只能覆盖一小部分，因此，桥面横断面上各个点所受到的轴载作用次数，仅为通过该断面轴载总数的一部分，对于桥面横断面上某一宽度范围内所受到的车辆作用次数同通过该横断面总作用次数的比值，称为该断面轮迹横向分布系数。

从20世纪30年代初开始，国际上的很多专家针对公路桥梁空间设计理论进行了深入的研究，并将其研究和设计中横向分布系数计算得到的理论结合在一起，最终将原本非常复杂的计算过程变成了简单的平面计算问题。

以上就是针对公路桥梁设计中相关基本理论的一些介绍，主要涉及到随机过程基本理论、车辆荷载标准值基本理论、车辆荷载效应计算等，这些基本理论在公路桥梁设计工作中非常重要。

3　有关车辆离心力的研究

从我国公路桥梁设计的相关规定中可以看出，一些存在转弯的公路桥梁进行设计的时候，可以将车辆受到的离心力作为一种荷载进行计算。当弯道桥的曲线半径等于或小于0.25km时，应计算汽车荷载引起的离心力。如果这时我们假设离心力系数为C，设计规定速度为V（km/h），曲率半径是R（m），那么则有：

在实际计算过程中，对多车道公路桥梁车辆荷载离心力，车辆荷载标准值应乘以规定的横向折减系数，这样一来相关数据将会更加符合实际，然后再继续进行横向计算。建议在离心力着力点选择的时候应选择与弯曲面相距1.2m以上的地方，或者将着力点放在桥面上，但不计由于着力点移动引起的作用效应。

4　实测数据车辆离心力标准值

利用一周的实践对各时段内的交通流量、不停车道交通流量等因素展开了深入的对比分析，并对车辆离心力的随机车辆计算程序进行了编制，并和国家规范离心率进行比较，得到这样的结论：按照实测统计结果来看，利用随机车流产生程序以及车辆离心力计算的相关程序，可以得到不同曲线半径下公路桥梁上汽车离心力的标准值，利用对不同车速下离心力的标准值以及我国标准值之间的比较分析可以看出，目前我国实行的规范中离心力和实际车辆离心力并不适应。

5　车辆荷载效应

所谓车辆荷载效应实际上是指对实际测量车辆统计数据基础上的车辆荷载效应进行建立，从上文中介绍的计算公式中，可以对桥梁工程弯曲曲率半径和力矩之间的组合值进行计算，将两路段数据带入到公式中，就可以计算出组合效应值以及规范标准值，利用二者之间的比值可以对曲率半径和力矩在不同情况下的统计参数进行计算，具体公式如下：

6　桥梁结构重要性系数

各种公路桥梁结构的重要性都不相同，不同等级的公路桥梁是通过不同系数进行表示的，现阶段我国公路桥梁根据结构破坏可能产生的后果及严重程度划分为三个等级，一级、二级和三级对应的结构重要性系数取值分别为1.1、1.0和0.9，但对于有特殊要求的公路桥梁，其结构设计的重要性系数应根据实际研究确定。

7　结语

综上所述，从整体上来看，目前我国公路桥梁荷载标准始终处于比较低的水平。此外，随着我国社会经济的不断发展，交通运输业得到了空前的发展，这种情况下，对公路桥梁荷载能力也提出了相对较高的要求。在实际设计过程中我们可以对我国不同地区之间车流量及车辆荷载上存在的差异进行充分的考虑，利用不同地区之间车流量及车辆荷载上存在的差异，对我国不同地区的公路桥梁安全系数提出具体要求，这样一来，不仅可以使公路桥梁荷载使当地发展要求得到满足，同时还可以有效避免一些不必要浪费的发生。

[1]包善发，陈伟平.城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比与思考[J].中国水运（下半月），2013（8）：241～242+311.

[2]孙吉书，杨春风，窦远明，李宝.基于交通调查的重载交通公路桥梁设计车辆荷载探讨[J].河北工业大学学报，2009（1）：91～95.

[3]赵君黎，冯苠，刘晓娣，李雪，翟慧娜.中国大跨径公路桥梁设计规范关键问题探讨[J].公路，2009（5）：47～52.

[4]周勇军，孙婧，梁玉照.公路桥梁设计荷载基本组合的分项系数值及其效应对比[J].公路，2012（1）：103～107.

[5]张磊，金菊，宋娃丽.中美规范公路混凝土桥梁设计的分析与比较[J].河北工业大学学报，2012（1）：99～102.

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