桥梁设计荷载及其组合研究

程志远

摘 要：为了提高市政桥梁工程的建设水平，促进城市经济的健康发展，本文首先从市政桥梁的安全性、耐久性、适用性等方面分析了桥梁荷载设计时应注意的问题，随后分析了车辆荷载、温度荷载、汽车离心力等桥梁荷载的特点，最后探讨了桥梁荷载的设计原则和组合形式，并提出了相应的改善措施，研究成果可以为类似的市政桥梁设计提供一定的理论指导。

关键词：桥梁设计;荷载形式;组合;改善措施

0 引言

桥梁工程作为基础交通网络建设的重要组成部分，对城市交通运输能力有重要的意义。同时，随着我国城市化进程加快，城市桥梁设施的建设步伐也日益加快。桥梁工程在运营期间受到各种外在因素的综合影响，可能出现存在着不同的病害情况，影响行车安全性和舒适度，甚至可能造成严重的人员伤亡和经济损失。而发生病害的很多情况都与设计荷载及组合的选择不当有关系。为了提高城市桥梁运营寿命，有必要根据城市桥梁的具体用途来确定其所承担的荷载组合，以提高城市桥梁安全性。因此，研究桥梁设计荷载及其组合具有十分重要的工程意义。

1 市政桥梁设计荷载及其组合时应注意的问题

1.1 市政桥梁安全性方面

桥梁设计期间需要考虑多个因素，但在任何情况下都不能忽视其安全性。在市政桥梁及其组合的设计中，应特别注意安全问题，故在确定桥梁荷载及其组合时，相关工程师必须考虑桥梁主要用途及所处的交通条件，如在普通的乡间道路上使用重型车辆应提供不同的荷载和组合，以适应不同道路和桥梁的使用条件。只有这样才能确保所设计的桥梁具有较高的安全性，并在一定程度上降低橋梁使用过程中的事故发生频率。

1.2 市政桥梁耐久性方面

市政桥梁的建设期间会耗费大量的人力、物力，必须保证桥梁运营期间受到各种荷载的作用，不会出现大幅性能劣化，耐久性要能满足要求。如果经过大量的投资，桥梁的使用寿命真的很短，可以说这种设计是不成功的。因此，在设计市政桥梁时，必须充分考虑所有因素，在进行设计工作之前，必须充分考虑桥梁的承载能力及其所包含的组合。只有充分考虑这些方面，桥梁运营期限和耐久性才能达到最佳状态[1]。

1.3 市政桥梁适用性方面

市政桥梁的建造必须与服务能力相适应。例如人行过街可设天桥或下穿通道桥，人行天桥不通车，主要考虑人行荷载。其他市政桥梁即要考虑车辆荷载，同时又要考虑人行荷载。

2 市政桥梁设计荷载

2.1 汽车荷载

在桥梁结构必须承担荷载中，汽车荷载是最重要的组成之一。在明确了城市桥梁的特定功能之后，设计者必须明确正在行驶的车辆的类型。这样，才能够准确地判断桥梁结构必须承担的最大荷载，并据此选择桥梁设计和建造所需的荷载组合，材料和设备。因此，车辆荷载分析是城市桥梁设计的重中之重。必须在城市桥梁设计过程中承担的车辆荷载时，设计人员必须结合使用均匀分布的荷载和集中荷载。考虑到桥梁的布局，设计车道的数量和行车道的宽度等设计标准，我国的大多数市政桥梁基本相同。在设计过程中，您只需要根据实际情况稍微修改一些负载即可。另外，可以通过桥梁结构的部分荷载以及桥台和挡土墙上的压力来校验桥梁所承担的反复车辆荷载。

2.2 温度荷载

我国国土幅员辽阔，各地的地理位置和气候条件各不相同，而在桥梁结构施工期间，温度是影响其施工质量的重要因素之一，工程技术人员在设计城市桥梁时应该考虑到温度荷载对桥梁结构承载能力的影响。在桥梁结构的热负荷分析中，应到弄清楚季节变化和日照变化所引起负荷变化的区别。因此，设计师在设计桥梁结构之前，应当先找到城市的等温线图，并根据城市的实际温度进行适当的调整，以计算出城市的季节温差。

一般情况下，考虑过去50年的温度变化，污染区域的设计要求是最低和最高温度都会在2℃上下浮动。设计温度荷载时需要分析桥梁的标高位置，每100 m温度在 0.5℃～1℃之间上线变动。同时，日照引起的温度变化也会影响城市桥梁的承载能力，受阳光下温差的影响，钢筋混凝土结构的市政桥梁在安装混凝土梁或铁梁时，会有相应的温度变化。

2.3 汽车离心力

很多山区的城市桥梁结构由于受到地形的限制，桥梁本身存在曲率变化，所以在桥梁上行驶的车辆会受到离心力的影响。如果离心力过大，会发生车辆倾覆等现象，故在进行桥梁荷载设计时一定要按照相关设计教学量的规定来考虑离心力，然而，通过市政桥梁的车辆多为轿车和小型运输车辆。由于桥梁的离心力所产生的支撑是相对固定的，如果城市桥梁的曲率半径大于250 m，设计者必须使用公式来计算离心力。在这个公式，圆的半径大于250 m中央力系数C，城市桥梁的设计速度V，单位km/h，城市桥梁曲率半径R。此外，在设计城市桥梁，车辆在设计荷载的影响必须考虑。车辆的影响主要是根据结构的基本频率计算，城市桥梁的设计荷载是根据道路荷载的增加和功率的影响，设计城市桥梁时，必须遵循具体问题的分析原则，结合实际情况进行综合分析[2]。

3 市政桥梁设计荷载的组合原则和形式

3.1 市政桥梁设计荷载的组合原则

市政桥梁结构设计的主要指标是在荷载组合设计中确保使用寿命的安全稳定。应考虑以下几点：首先，应考虑桥梁荷载组合的安全性，并对现有道路交通状况进行详细分析，以充分考虑桥梁结构的荷载组合。保证桥梁结构施工后的稳定性;其次，设计荷载组合必须考虑结构的耐久性。一般来说，大中型桥梁的设计和施工需要大量的人员和资源。因此，在考虑桥梁设计荷载等各种特殊条件后，在设计和施工中需要大量的人力和物力。在桥梁荷载组合设计中，应考虑桥梁的耐久性和适用性。例如，一些桥梁必须配备人行道等设备，以防止车辆通过。工作人员在设计和组合所需荷载时，应选择合适的荷载，以满足实际驾驶要求。

3.2 市政桥梁设计荷载的组合形式

在现阶段，我国市政桥梁之间的设计荷载组合方法主要是基于可变荷载和永久荷载的组合。在根据市政桥梁的可变荷载（即车辆荷载，人群荷载，温度荷载等）根据特定级别要求设计安全级别之后，桥梁在永久性桥梁的设计荷载中必须承受的荷载会增加。设计人员还需要通过分析由于地震或其他原因引起的市政桥梁造成的强荷载和与市政桥梁的相互作用，来提高市政桥梁的安全性和耐用性。同样，如果市政桥梁必须穿过河流并穿过水体，则水本身的浮力也应被视为市政桥梁必须承受的荷载之一。设计者在组合设计荷载之间增加了容器和浮动物体之间的碰撞。在城市桥梁建设中使用的脚手架和其他机械设备也被认为对桥梁产生特定的荷载。同时，对于市政桥梁的钢筋混凝土结构，由于其自身的钢结构，在重力和混凝土应力等因素的作用下，其荷载都有一定程度的增加。因此，在设计城市桥梁荷载组合的过程中，设计人员必须根据实际情况增加施工中使用的机械，人群等因素造成的荷载。在优化了各种荷载的组合之后，市政桥梁由于具有更高的灵活性和自由度，可以为人们的出行生活提供更好的便利[3]。

4 解决市政桥梁荷载设计及其组合难度的措施

4.1 改进设计理念

随着科学技术的不断发展和创新，在进行与市政桥梁荷载设计有关的工作及其组合时，相应的设计理念也必须不断变化。在相关人员吸收和学习了国内外良好的设计概念之后，他们可以选择适合其条件的概念以及与市政桥梁荷载及其组合有关的设计内容。

4.2 充分考虑并改善设计缺陷

一个好的项目不是一朝一夕就能完成的，同样也适用于市政桥梁及其组合的设计。为了实现一個实用的设计方案，它需要不断的实践和修改。因此，在市政桥梁及其组合的设计中，一定要考虑各种因素，不断加强和完善设计方案的不足之处和必要的改进[4]。

4.3 确保安全有效地实施设计

安全是所有工程项目一个永恒的话题。对于任何类型的设计，安全都应被视为首要因素。也适用于市政桥梁及其组合的设计，安全问题也必须考虑在内。因此，在市政桥梁荷载的设计中，相关设计人员必须保证设计是安全的。此外，设计方案的有效性也是设计的基本原则，也是设计中必须考虑的基本问题之一。我们希望相关的设计师能够注意到这两个因素[5]。

5 结论

目前，我国对城市桥梁设计荷载和组合的研究符合世界的大趋势，但标准及计算的道路桥梁影响值仍不满足快速低水平交通建设基础设施的要求，跨度仍相对较小，这与快速发展是不相符的。因此，本设计基于荷载弹性、可靠性、参考值、离心力和复杂影响等相关原则，可以更准确地把握我国基础设施和建设的可持续稳定发展。

参考文献：

[1]王喜鹏.浅析城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比[J].中国标准化，2021（8）：110-111.

[2]韩富强.城市桥梁与公路桥梁设计载荷标准对比与思考[J].科技创新导报，2020，17（14）：43-44.

[3]颜志，覃怡.公路桥梁设计荷载及其组合研究[J].黑龙江交通科技，2018，41（6）：130-131.

[4]俞志国.城市桥梁与公路桥梁的荷载标准设计对比分析[J].城市道桥与防洪，2018（5）：123-125+14-15.

[5]徐远贺.试论城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比及相关思考[J].江西建材，2016（24）：144+148.