基于公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的研究與分析

劉 凱

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

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基于公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的研究與分析

劉 凱

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

公路橋梁設(shè)計(jì)在交通部門(mén)中至關(guān)重要。在對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)荷載展開(kāi)研究之初，會(huì)先了解整個(gè)公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的設(shè)計(jì)歷程。從介紹第一個(gè)設(shè)計(jì)公路橋梁荷載的英國(guó)開(kāi)始，引申至我國(guó)當(dāng)前公路橋梁設(shè)計(jì)荷載現(xiàn)狀。然后從隨機(jī)性交通荷載全要素仿真模型設(shè)計(jì)、移動(dòng)荷載識(shí)別、交通荷載要素調(diào)查與高數(shù)公路設(shè)計(jì)荷載調(diào)查等四個(gè)方面提出設(shè)計(jì)策略，希望合理設(shè)計(jì)橋梁公路荷載有所啟示。

公路橋梁設(shè)計(jì)；荷載；研究

1 公路橋梁設(shè)計(jì)荷載發(fā)展歷程

首個(gè)近代設(shè)計(jì)得到的荷載是在1992年由英國(guó)交通部提出，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 英國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)荷載

圖1主要的結(jié)構(gòu)是4個(gè)掛車(chē)與1個(gè)牽引車(chē)，在該結(jié)構(gòu)中主軸重為219 kN，緊隨其后的軸重為100 kN。研究學(xué)者同時(shí)還考慮了沖擊系數(shù)帶來(lái)的影響。這種車(chē)型需要保證車(chē)道的寬度為3.05 m，若設(shè)計(jì)的寬度是3.05的好幾倍，那么總荷載就需要根據(jù)其倍數(shù)逐漸上升。

在上世紀(jì)九十年代，我國(guó)“公路橋梁可靠度研究”在101國(guó)道、305國(guó)道、328國(guó)道與207國(guó)道展開(kāi)，運(yùn)用車(chē)輛動(dòng)態(tài)測(cè)試儀對(duì)其中一個(gè)主干道內(nèi)部的交通流進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都要觀測(cè)五天左右，同時(shí)在白天十二個(gè)小時(shí)中連續(xù)測(cè)試。在四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中經(jīng)過(guò)的車(chē)流量有六萬(wàn)以上，同時(shí)對(duì)這種車(chē)輛的各項(xiàng)指標(biāo)展開(kāi)調(diào)查，其中主要包絡(luò)車(chē)速、軸距、軸重與車(chē)重。另外，相關(guān)學(xué)者還使用了人工測(cè)量的方法得到了許多車(chē)輛在自然堵塞條件中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。在對(duì)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析的過(guò)程中，可以將汽車(chē)流劃分為密集運(yùn)行狀態(tài)與一般運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)強(qiáng)調(diào)了在堵車(chē)條件中超載汽車(chē)的具體荷載情況與以后的發(fā)展走向。根據(jù)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展要求與經(jīng)濟(jì)政策，融合汽車(chē)行業(yè)制定的發(fā)展規(guī)劃，就能夠制定出較為完整的汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)，其后在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》也真正投入到實(shí)際使用中。汽車(chē)荷載主要可以劃分車(chē)輛荷載與車(chē)道荷載兩種不同的部分。車(chē)輛荷載的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 車(chē)道荷載

2 公路橋梁設(shè)計(jì)荷載設(shè)計(jì)的策略

2.1 高數(shù)公路設(shè)計(jì)荷載調(diào)查

新中國(guó)成立以來(lái)，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了兩次具備實(shí)際意義的系統(tǒng)化公路橋梁荷載調(diào)查，第一次調(diào)查主要在上世紀(jì)六十年代展開(kāi)，其主要調(diào)查對(duì)象為中小跨度下的橋涵結(jié)構(gòu)，并以此為參考依據(jù)構(gòu)建了“八五”規(guī)范，而第二次荷載調(diào)查為上世紀(jì)九十年代，主要針對(duì)我國(guó)當(dāng)時(shí)存在的4條國(guó)道作為觀測(cè)點(diǎn)，是我國(guó)當(dāng)前構(gòu)建橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的重要依據(jù)，但由于交通運(yùn)輸與汽車(chē)制造行業(yè)發(fā)展前景與速度的不斷提升，致使高速公路的重要性也逐漸增加。因此，上世紀(jì)九十年代所構(gòu)建的相關(guān)規(guī)范已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)下我國(guó)對(duì)于車(chē)輛荷載特征方面的需求。而針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我國(guó)現(xiàn)存的高速公路交通荷載調(diào)查資料收集，主要經(jīng)由高速公路收費(fèi)站中車(chē)重資料實(shí)施分析與研究統(tǒng)計(jì)，雖然具備一定作用，但過(guò)于單一化，在高速公路交通載荷研究中的實(shí)際意義不大。

2.2 交通荷載要素調(diào)查

公路橋梁設(shè)計(jì)交通荷載無(wú)論在各個(gè)要素影響下都屬于隨機(jī)性的時(shí)空變化系統(tǒng)，截至目前，國(guó)際上的公路橋梁研究都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全方位性的交通荷載調(diào)查要素研究。在中國(guó)，現(xiàn)存最完善的荷載調(diào)查為“公路車(chē)輛荷載調(diào)查研究”，該調(diào)查實(shí)現(xiàn)了我國(guó)多條國(guó)道交通荷載的車(chē)輛重量、間距、流通量等數(shù)據(jù)的調(diào)查，構(gòu)建并獲取大量的樣本數(shù)據(jù)，但是相關(guān)數(shù)據(jù)都只是以白天車(chē)流量為主要依據(jù)，缺乏夜間以及所有車(chē)道的車(chē)輛流通情況的研究，但是我國(guó)目前重型車(chē)輛的車(chē)流量現(xiàn)狀大多體現(xiàn)在夜間。因此就必須擁有一種簡(jiǎn)易、全面、實(shí)施可能性大的交通荷載特征參數(shù)觀測(cè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)體制，實(shí)現(xiàn)荷載調(diào)查數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)的完善性。

2.3 移動(dòng)荷載識(shí)別形式

傳統(tǒng)性的交通荷載車(chē)重參數(shù)的來(lái)源一般為收費(fèi)站稱(chēng)重設(shè)備，而當(dāng)下較為先進(jìn)的設(shè)備如WIN設(shè)備在價(jià)格方面較為昂貴，同時(shí)必須設(shè)置在公路面以下。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，車(chē)輛速度必須保證在一定范圍內(nèi)，那么就會(huì)對(duì)其他調(diào)查參數(shù)的采集產(chǎn)生影響，因此，部分學(xué)者開(kāi)始研究橋梁動(dòng)響應(yīng)間接性識(shí)別移動(dòng)性車(chē)輛荷載。但隨著長(zhǎng)時(shí)間的研究，移動(dòng)荷載識(shí)別方面的研究出現(xiàn)了很多理論性的識(shí)別方式，但僅僅停留在理論階段，研究時(shí)多數(shù)采用較為簡(jiǎn)易化的車(chē)輛模型，較實(shí)際情況存在較大的差距，同時(shí)理論與實(shí)踐之間的銜接不夠緊密。同時(shí)，由于理論性移動(dòng)荷載識(shí)別方式自身存在的問(wèn)題，致使實(shí)施過(guò)程具備一定局限性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的交通載荷識(shí)別措施，所以想要實(shí)現(xiàn)上述想法就必須構(gòu)建并實(shí)施深入化研究。

2.4 隨機(jī)性交通荷載全要素仿真模型設(shè)計(jì)

從實(shí)際方面出發(fā)，當(dāng)前公路橋梁測(cè)量荷載存在非常強(qiáng)烈的隨機(jī)性，而近10年全球范圍內(nèi)的交通荷載調(diào)查研究以及模擬研究依舊以傳統(tǒng)性的車(chē)重、車(chē)距及車(chē)速等方面作為主要的調(diào)查對(duì)象設(shè)定，并建立一種靜態(tài)化交通荷載流。近些年，越來(lái)越多的學(xué)者在進(jìn)行研究時(shí)都會(huì)考慮荷載隨機(jī)性對(duì)交通荷載參數(shù)的具體化影響，并深入研究交通荷載流在構(gòu)建過(guò)程中相關(guān)荷載參數(shù)隨機(jī)性問(wèn)題，并獲取不小的研究成果，進(jìn)而構(gòu)建了單個(gè)參數(shù)的針對(duì)性隨機(jī)數(shù)學(xué)模型。但是在全要素交通荷載方面的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型依舊處于缺乏狀態(tài)，并且，構(gòu)建的隨機(jī)數(shù)學(xué)模型無(wú)法展現(xiàn)實(shí)際狀態(tài)下交通荷載隨機(jī)車(chē)流現(xiàn)狀。因此，在隨機(jī)交通荷載全要素調(diào)查統(tǒng)計(jì)這一分析研究的前提下，構(gòu)建針對(duì)性的各要素仿真模擬模型，為公路橋梁研究提供重要研究依據(jù)。

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2016-02-12

劉凱(1989-)，男，貴州貴陽(yáng)人，助理工程師，研究方向：道路橋梁施工。

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