重載交通對高速公路橋梁的疲勞影響分析

文/賴化強 上猶縣交通運輸局 江西上猶 341200

重載交通對高速公路橋梁的疲勞影響分析

文/賴化強 上猶縣交通運輸局 江西上猶 341200

為促進國家經(jīng)濟發(fā)展，國家加大了交通設(shè)施建設(shè)，促進了交通運輸事業(yè)的發(fā)展，但近年來公路橋梁上運行的車輛荷載發(fā)生了明顯變化，帶有明顯的重載趨勢，由于這些車輛經(jīng)常經(jīng)過高速公路橋梁，給橋梁造成了嚴重損害，因此，怎樣緩解高速公路橋梁疲勞就成為現(xiàn)階段最重要的工作?；诖耍疚膶木徑飧咚俟窐蛄浩诘囊饬x入手，重點研究重載交通對高速公路橋梁疲勞影響狀況。

重載交通；高速公路橋梁；疲勞影響

由于重載交通車輛在高速公路橋梁上的運行逐漸增多，使得橋梁疲勞現(xiàn)象逐漸加重，并引發(fā)了一系列交通事故，在這些事故發(fā)生以后，不僅會造成巨額經(jīng)濟損失，還可能導(dǎo)致人員傷亡。每次重載交通車輛在高速公路橋梁上運行都會加重橋梁負擔(dān)，久而久之，橋梁不堪重負，在重載交通車輛再次經(jīng)過時便出現(xiàn)了坍塌等事故。因此，有必要對重載交通對高速公路橋梁疲勞影響展開研究。

1、緩解高速公路橋梁疲勞的意義

高速公路橋梁是公路運輸中不可缺少的一部分，也是推動國民經(jīng)濟增長的重要力量，因此，做好橋梁工程安全性與經(jīng)濟性分析也成為現(xiàn)階段最重要的工作。在高速公路橋梁運用中，因交通運輸壓力增加，重載交通壓力增大，給橋梁安全運行帶來極大威脅，也造成了很多交通安全事故，如2010年6月份，吉林省道302朝長公路則發(fā)生了橋梁坍塌事件，致使貨車與出租車墜入到河水中（如下圖1所示）。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，此次事故的產(chǎn)生與公路橋梁過于疲勞有關(guān)，再加上因公路橋梁疲勞設(shè)計荷載較低，重載車輛不斷經(jīng)過，最終導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)坍塌。為減少這種情況的出現(xiàn)，緩解高速公路橋梁疲勞就成為交通運輸部門關(guān)注要點。

緩解高速公路橋梁疲勞可以延長橋梁運行壽命，確保車輛安全出行，企業(yè)及國家財產(chǎn)也不會受到損失，人民出行也更加安全，這也是有效提升人們對相關(guān)部門滿意度的有效措施。

圖1 墜河事故現(xiàn)場圖

2、重載交通對高速公路橋梁疲勞影響分析

2.1 交通量預(yù)測

近年來，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，私家車數(shù)量在增多的同時，交通堵塞問題也日益加重，尤其是在高速公路橋梁擴建以后，重載車輛在公路橋梁兩側(cè)行駛，由于其重量過大，嚴重損害到了高速公路橋梁健康。要了解高速公路橋梁疲勞狀況，就要先做好交通量預(yù)測。在高速公路橋梁交通量預(yù)測中，可以從經(jīng)濟交通分析入手，結(jié)合交通發(fā)生與吸引預(yù)測，在分析橋梁交通量分布與分配，以此了解該地區(qū)的交通量。

在預(yù)測交通量的過程中發(fā)現(xiàn)，重載交通對高速公路橋梁疲勞的影響主要有以下幾種：第一，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。在地區(qū)經(jīng)濟得以快速發(fā)展以后，交通量也將提升，尤其是客運及貨運量增長較快，這樣也會增加交通運輸壓力。第二，對外貿(mào)易。隨著對外貿(mào)易的增多，交通運輸網(wǎng)絡(luò)也需要完善，高速公路橋梁也成為完善要點之一，在完善以后，它的運用量也會提升，交通量也在這種情況下增加。第三，交通政策的影響。近年來，我國每到節(jié)假日便會免收高速公路橋梁通行費用，所以，無論是私家車還是企業(yè)車輛都會聚集在高速公路上，這樣就增加了高速公路橋梁運輸壓力，進而影響到高速公路橋梁交通量。此外，技術(shù)因素也是影響高速公路橋梁健康狀況的因素，很多高速公路橋梁安全事故的發(fā)生與相關(guān)技術(shù)不過關(guān)有關(guān)，最終促使高速公路橋梁交通量上升。

2.2 重載車輛對高速公路橋梁帶來的疲勞損傷

由于行車速度與車輛間距之間存在差異，所以給橋梁帶來的影響也不相同。進一步了解車輛速度與車輛間距對橋梁疲勞損傷情況的研究可以發(fā)現(xiàn)，兩個相同車輛在車速不同的情況下，給橋梁帶來的疲勞損傷也存在差異，如在車輛以每小時80千米運行時，響應(yīng)速度相對較大，橋梁疲勞損傷較大，在車輛以每小時20千米的速度運行時，響應(yīng)速度則相對較小，橋梁疲勞損傷較小，可見它們所帶來的疲勞損傷也存在一定差異。

高速公路橋梁疲勞損傷狀況如何還與橋梁結(jié)構(gòu)中的混凝土疲勞狀況有關(guān)，對于混凝土橋梁來說，如果車輛相同，但車速不同，橋梁的損傷狀況并不大，而混凝土材質(zhì)的不同則將直接影響到橋梁實際承載力，如普通鋼筋在車輛相同，但車速不同的情況下，鋼筋應(yīng)力會出現(xiàn)較大變化，在車速增加以后，鋼筋應(yīng)力也會增加，進而影響到車輛疲勞損傷狀況。而預(yù)應(yīng)力鋼筋橋梁則不會出現(xiàn)這種情況。

同時，影響車輛損傷狀況的因素還與車輛運行狀態(tài)有關(guān)，在車輛運行狀態(tài)處于一般時，即每個車道上的車輛在100輛以下，橋梁的損傷應(yīng)力水平多在0.06-0.2之間，其使用壽命相對較長；在車輛運行狀態(tài)處于密集狀態(tài)時，尤其是在堵車階段，車輛間距較小，行車速度較慢，此時橋梁疲勞損傷也會出現(xiàn)差異。通過研究發(fā)現(xiàn)，在密集運行狀態(tài)下，由于混凝土等效應(yīng)力存在較大差異，鋼筋等效應(yīng)力較小，那么這時車輛在經(jīng)過橋梁以后就會產(chǎn)生一定的振動，在下一輛車進入到橋梁中以后，橋梁等效應(yīng)力幅度也會發(fā)生變化。在研究中發(fā)現(xiàn)，當車輛以每小時60千米的速度在密集狀態(tài)下進入橋梁以后，橋梁的疲勞損傷將加重，在車輛以每小時20千米的速度進入橋梁以后，橋梁的疲勞損傷情況相對較輕?？梢?，車輛是否處于密集運行狀態(tài)給高速公路橋梁所帶來的損傷并不相同。但如果不能改善高速公路橋梁上的重載交通狀況，將直接縮短橋梁運行壽命，更不利于國家經(jīng)濟進一步發(fā)展。

結(jié)語：

通過以上研究得知，在重載交通中，影響高速公路橋梁疲勞損傷的因素有很多，如果不能緩解高速公路橋梁疲勞狀況，將直接威脅到通行車輛及人員的安全，因此本文分析了重載交通對高速公路橋梁疲勞損傷的影響，并分析了促使高速公路橋梁疲勞產(chǎn)生的要素，希望能為相關(guān)人士帶來有效參考，真正做好高速公路橋梁安全建設(shè)，避免安全事故再次發(fā)生。

[1]梅剛,秦權(quán),林道錦.公路橋梁車輛荷載的雙峰分布概率模型[J].清華大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013,43(10):1394-1396.

[2] 王榮輝,池春,陳慶中,等.廣州市高架橋疲勞荷載車輛模型研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2015,32(12):94-96.