基于交通調(diào)查下重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)車輛荷載的思考

劉偉偉 李 晴

前言

在設(shè)計(jì)公路橋梁中，車輛荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性具有緊密的關(guān)系。由于我國交通行業(yè)的起步較晚，重載汽車的數(shù)量相對較少，并以兩軸、三軸的車量為主，對于橋梁的影響不明顯。但是，在當(dāng)前的交通行業(yè)中，常常會(huì)出現(xiàn)七軸的重載車輛，導(dǎo)致橋梁往往會(huì)出現(xiàn)超載的現(xiàn)象，或者路橋堵塞，不僅影響交通的通暢性，還會(huì)出現(xiàn)橋梁損壞等嚴(yán)重的問題，增加了更多的安全隱患。

1 交通公路中車輛的荷載調(diào)查

為了確保公路橋梁設(shè)計(jì)的合理性，就需要事前對交通公路中車輛的荷載進(jìn)行全面、詳細(xì)的調(diào)查。在這一過程中，調(diào)查人員需要嚴(yán)格依據(jù)相似模型的基本原則，選擇最佳的路段，結(jié)合相關(guān)的資料，對公路橋梁荷載的縱向排列進(jìn)行分析、推斷。在調(diào)查中，需要重點(diǎn)獲取三類不同的數(shù)據(jù)：①調(diào)查車輛的類型、分布，從而計(jì)算出不同車輛之間的比例；②調(diào)查車輛的軸重、軸距等相對重要的參數(shù)；③調(diào)查車輛荷載進(jìn)行調(diào)查，掌握汽車縱向間距，主要包括普通汽車之間的縱向間距、載重汽車與普通汽車之間的間距。

一般情況下，在調(diào)查第一類、第二類的數(shù)據(jù)信息時(shí)，可以采用實(shí)地觀察的方式進(jìn)行，但是對于第三類數(shù)據(jù)的調(diào)查則應(yīng)該將攝影法、人工觀測的方式結(jié)合起來，便于采集與分析。具體而言，調(diào)查汽車縱向間距時(shí)，選擇一條恰當(dāng)?shù)穆范危瑢煌ǜ叻鍟r(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查與采集，然后將數(shù)據(jù)中不合理的數(shù)據(jù)剔除，最終憑借數(shù)據(jù)集合的方式進(jìn)行分析。經(jīng)過調(diào)查能夠發(fā)現(xiàn)，在交通行駛的過程中一般不會(huì)出現(xiàn)兩輛重載汽車連續(xù)出現(xiàn)的情況，所以公路橋梁設(shè)計(jì)可以忽略這一因素。完成上述工作以后，工作人員便能夠結(jié)合P-III（皮爾遜III）型曲線，從而計(jì)算出更加精確的汽車縱向間距，從而為后期的設(shè)計(jì)、施工等工作內(nèi)容奠定基礎(chǔ)[1]。

2 交通公路中車輛的荷載計(jì)算

2.1 主車荷載計(jì)算

在計(jì)算的過程中，主車荷載的計(jì)算方式為：①掌握主車荷載參數(shù)的折算，即荷載對30m簡支梁跨的彎矩效應(yīng)；②對主車的總作用進(jìn)行計(jì)算，從而得出具體的數(shù)值；③將主車的總作用進(jìn)行均分，從而計(jì)算出每一輛主車對橋梁的作用，記錄相關(guān)的數(shù)值結(jié)果；④在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中明確規(guī)定了，對于I級(jí)公路的車輛荷載計(jì)算，應(yīng)該以主車軸重、軸距為主要依據(jù)，得出簡支梁的作用效用。

經(jīng)過實(shí)際的計(jì)算，將其結(jié)果與《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行比較，得出二者之間的比值，即0.56。產(chǎn)生這一現(xiàn)象原因?yàn)椋涸诮?jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，在所有車輛類型中數(shù)量增加最快的是小客車，所以在實(shí)際計(jì)算的過程中，需要根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的要求，選擇兩軸的重貨車作為主要分析對象，從而保證橋梁設(shè)計(jì)合理性、科學(xué)性。

2.2 加重車荷載計(jì)算

對于加重車荷載的計(jì)算，其具體的流程為：①掌握加重車荷載參數(shù)的折算，即荷載對30m簡支梁跨的彎矩效應(yīng)；②對加重車的總作用進(jìn)行計(jì)算，從而得出具體的數(shù)值；③將加重車的總作用進(jìn)行均分，從而計(jì)算出每一輛加重車對橋梁的作用，記錄相關(guān)的數(shù)值結(jié)果；④在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中，明確規(guī)定了I級(jí)公路的車輛荷載，30m簡支梁的實(shí)際效用數(shù)值[2]。

經(jīng)過實(shí)際的計(jì)算，將其結(jié)果與《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行比較，得出二者之間的比值，即1.40。產(chǎn)生這一現(xiàn)象原因?yàn)椋寒?dāng)前我國交通行業(yè)中，加重車的數(shù)量較多且在不斷增加，車輛的實(shí)際載重也隨之增加。所以，這樣的現(xiàn)象直接影響著公路橋梁的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等。將六軸半拖掛加重車為計(jì)算依據(jù)，得出30m簡支梁的實(shí)際效用數(shù)值為4345kN·m，且與調(diào)查荷載作用的單位值一致，所以在實(shí)際計(jì)算中可以將其作為主要對象。

3 重載交通公路的橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 修訂荷載沖擊系數(shù)

在以往的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中，對于公路橋梁的荷載沖擊系數(shù)基本是根據(jù)橋跨徑進(jìn)行計(jì)算、確定的，但是這樣的計(jì)算方式已經(jīng)不能滿足交通行業(yè)的發(fā)展需求。對此，相關(guān)部門對《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）進(jìn)行了完善，編制了《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015），其中規(guī)定將公路橋梁的結(jié)構(gòu)基頻作為基礎(chǔ)，計(jì)算車輛的沖擊系數(shù)。在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中規(guī)定，影響沖擊系數(shù)的主要因素為：公路橋梁的材料、跨度，并沒有將橋梁截面、連接方法、橋梁型號(hào)等納入計(jì)算的范圍中，影響結(jié)果的精準(zhǔn)性。經(jīng)過完善以后，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中規(guī)定，通過基頻計(jì)算沖擊系數(shù)，而影響基頻的因素包括橋梁剛度、橋梁質(zhì)量、橋梁阻尼等，進(jìn)而增強(qiáng)了結(jié)果的科學(xué)性。

3.2 修訂車輛荷載劃分

與《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）相比，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中對II級(jí)公路的汽車載荷等級(jí)進(jìn)行了調(diào)整，同時(shí)提高了中小跨境橋梁的車道載荷標(biāo)準(zhǔn)，并修改了車輛載荷的分項(xiàng)系數(shù)，增加了汽車疲勞載荷與計(jì)算方式。在這一方式的影響下，提高車輛荷載計(jì)算的科學(xué)性、便捷性，并將車道荷載、車輛的概念引入其中。其中，前者為整體效應(yīng)計(jì)算，而后者則為局部效應(yīng)計(jì)算。結(jié)合《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中的相關(guān)規(guī)定，在計(jì)算車量荷載的過程中，更具便利性、簡單性。

3.3 修訂橋?qū)挾鹊囊?/h3>

在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中，對于橋梁寬度的設(shè)計(jì)，主要考慮當(dāng)?shù)氐牡匦?，如丘陵、山嶺、平原等，也就是說不同的地形需要確定設(shè)計(jì)不同的橋梁寬度。隨著社會(huì)的發(fā)展，相關(guān)人員已經(jīng)意識(shí)到傳統(tǒng)的計(jì)算方式存在一定的缺陷，所以在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中規(guī)定，橋梁的實(shí)際寬度應(yīng)該根據(jù)車速進(jìn)行確定、設(shè)計(jì)。在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）中認(rèn)為，由于不同的地形十分繁雜，如果采用這樣的方式對公路橋梁的寬度進(jìn)行計(jì)算，就會(huì)影響公路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，甚至?xí)绊懝窐蛄涸O(shè)計(jì)的全過程。與之相比，在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）中將車速作為確定公路橋梁寬度的唯一因素，不僅簡化了調(diào)查、計(jì)算的相關(guān)程序，還能夠有效提高計(jì)算的質(zhì)量、效率，能夠在很大程度上提高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)對交通公路中車輛荷載的調(diào)查，能夠計(jì)算公路橋梁的實(shí)際荷載，從而為優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。以此為基礎(chǔ)，在橋梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對荷載沖擊系數(shù)、車輛荷載劃分、橋?qū)挾鹊囊筮M(jìn)行了更加科學(xué)的修訂，提高了橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性，增加橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為重載交通提供了更加安全的交通環(huán)境，減少了重載交通對公路橋梁的影響。

[1]謝海文.重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)中關(guān)于車輛荷載[J].黑龍江交通科技，2017，40（07）：131+133.

[2]劉澤戈.公路橋梁車輛荷載效應(yīng)預(yù)測及評(píng)估荷載取值研究[D].廣州大學(xué)，2016.