重载交通简支梁桥汽车荷载设计标准研究

□文/王 雷 闫卫喜

目前，我国公路上运行的货运车辆重载化、大型化趋势明显，实际调查表明，干线公路上的车辆超载问题严重，车辆的重载和超载问题已经成为造成我国公路及桥梁破损的主要原因之一[1～3]。为应对重载交通对公路及桥梁造成的危害，各地纷纷加大了对超载车辆的处罚力度，然而治理超载问题的效果并不理想。

应对超载问题的另一个设想就是提高桥梁的承载力，汽车荷载是桥梁设计的最重要技术参数，简支梁桥是我国应用最为广泛的桥梁结构形式，本文根据实际调查的公路运输车辆轴载数据，计算其实际荷载效应，以确定符合实际公路货运状况的重载交通简支梁桥汽车荷载设计标准，保证桥梁的使用安全。

1 汽车荷载状况调查与分析

1.1 状况调查

为确定合理的汽车荷载标准，需要调查分析公路上实际运行的车辆荷载作用情况。本文选择天津市重载车辆较多的津围公路和唐津高速公路的某个段落，实地调查了重载交通车辆荷载状况，高峰时段的交通量调查结果见表1和表2。

表1 津围公路交通量

由表1 和表2 可以看出，重型车辆（五轴及六轴车辆）较多，这些车辆多是从蓟州向天津市内运送砂石料的车辆，重载、超载问题严重；同时，车辆的排列情况一般为一辆重车结合多辆其他车。

为方便计算，本文将车辆分为两大类，即：普通车辆（四轴以下的货车及客车统一折合成普通车辆）和重型车辆（五、六轴载重货车）。通过对调查数据的统计分析，得到普通车辆之间的间距以及普通车辆与重型车辆之间的间距，见图1和图2。

图1 普通车辆纵向间距分布

图2 普通车与重型纵向间距分布

1.2 车辆纵向间距的统计分析计算

按照皮尔逊-Ⅲ型曲线拟合得到可用的计算车辆纵向间距，见图3。

图3 皮尔逊Ⅲ型曲线频率密度

图3与图1、图2的情况类似，本文采用皮尔逊-Ⅲ型曲线统计分析得出车辆的纵向间距分布情况。

皮尔逊-Ⅲ型曲线密度函数

式中：y为对应于某一汽车间距的汽车数量的概率密度；x为表示汽车间距；xi为表示采集整理后的第i个汽车间距；参数为曲线左端起点到系列零点的距离

皮尔逊-Ⅲ型曲线分布函数

式中：xP为频率P的汽车间距；Φ为离均系数，可查离均系数表得到；KP为模比系数，可查模比系数表得到。

根据皮尔逊-Ⅲ型曲线的统计规律，取众值14.47 m作为普通汽车的纵向间距值。

采用同样的方法，可以统计出普通汽车与载重汽车的纵向间距值为12.32 m。

2 简支梁桥的荷载效应计算

参照JTJ 021—89《公路桥涵设计通用规范》的车辆队列布置形式，计算得到汽车荷载的纵向排列图形见图4。

图4 汽车荷载的纵向排列

分别计算不同跨径的简支梁桥，在调查荷载作用及公路-I级[4～5]荷载作用下的最大弯矩效应值，见表3。

表3 表明，在当今干线公路比较普遍的重载交通条件下，我国干线公路上实际运行的载重汽车车辆荷载效应许多情况下大于公路-I 级荷载效应，以本文的简支梁桥为例，实际运行的车辆产生的最大弯矩效应与规范标准公路-I级计算的最大弯矩效应之比在1.21～1.35，平均为1.28。

表3 实际荷载及公路I级荷载作用下的最大弯矩效应

为交通运行的安全起见，应当重视重载交通及超载交通问题，确保公路桥梁的结构安全与使用寿命，本文建议干线公路简支梁桥的汽车荷载标准取1.28倍的公路-I级荷载标准。

3 结论

1）通过对干线公路上实际运行车辆进行的交通调查，得到了重载交通干线公路上的高峰时段交通量、交通组成及其分布规律。

2）根据交通调查结果，计算得到了干线公路上实际运行车辆的纵向间距及纵向排列图示，包括普通车辆之间和普通车辆与载重汽车之间的纵向间距值。

3）计算得到了重载交通简支梁桥的实际荷载效应并与公路-I 级荷载进行了比较，建议干线公路简支梁桥的汽车荷载标准取1.28倍的公路-I级荷载标准。