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淺談城市橋梁設(shè)計(jì)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)

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【摘 要】橋梁在一個(gè)國(guó)家的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要位置。隨著我國(guó)近年經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)、技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)外交往的日益頻繁,。本文就城市橋梁設(shè)計(jì)中汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討，促進(jìn)城市橋梁設(shè)計(jì)以便更能滿足汽車的通行需求，推動(dòng)城市的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】城市橋梁;橋梁設(shè)計(jì);汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)

橋梁在一個(gè)國(guó)家的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要位置。隨著我國(guó)近年經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)、技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)外交往的日益頻繁,建設(shè)部又于 1998 年頒布了《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ77—98)。該荷載標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)為強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),除設(shè)計(jì)理論仍參照公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)外,在車輛荷載項(xiàng)中與原公路橋梁汽車荷載已截然不同。本文就城市橋梁設(shè)計(jì)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析探討，以期更好的應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)城市化進(jìn)程。

一、現(xiàn)行橋梁規(guī)范設(shè)計(jì)汽車荷載制定方法

《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ77—98)制定橋梁汽車荷載時(shí)，主要是結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，采用了國(guó)外成熟、可靠并且實(shí)用的制定荷載的方法。通過(guò)計(jì)算、分析比較幾個(gè)國(guó)外有影響的橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，最終選用了更符合中國(guó)國(guó)情、并有實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)的加拿大安大略省公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)汽車荷載的規(guī)定，同時(shí)分析并吸取了一部分其他國(guó)家橋梁設(shè)計(jì)荷載的成熟規(guī)定，編制確定我國(guó)現(xiàn)行的城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)。

二、城市橋梁汽車設(shè)計(jì)荷載的有關(guān)規(guī)定

荷載標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載等級(jí)僅劃分為：城-A級(jí)與城-B級(jí)兩種，在對(duì)橋梁進(jìn)行計(jì)算時(shí)既有車輛荷載也有車道荷載，兩者并列，但分工不同，橋梁的橫隔梁、行車道板、橋臺(tái)或擋土墻后土壓力的計(jì)算采用車輛荷載，橋梁的主梁、主拱和主桁架等的計(jì)算采用車道荷載，這樣的規(guī)定構(gòu)成了新標(biāo)準(zhǔn)最大的特色。

1.汽車荷載分為城-A級(jí)和城-B級(jí)。

2.車道荷載的計(jì)算圖式見(jiàn)圖1。

圖1　城市橋梁車道荷載計(jì)算圖式

3.跨徑為2～20m。

（1）城一A級(jí)：集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值P=140kN；

均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算彎矩時(shí)q =22.5kN／m；計(jì)算剪力時(shí)qn=37.5kN／m；

（2）城一B級(jí)：集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值P=130kN

均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算彎矩時(shí)q =19.0kN／m；計(jì)算剪力時(shí)q0=25.0kN／m；

4.跨徑為20～150m (不包括20m)。

在用偏最小二乘法建立模型時(shí)，最重要的是確定建模所需要的主因子數(shù)，采用的主因子數(shù)過(guò)多或過(guò)少，都會(huì)使擬合的精度降低，預(yù)測(cè)效果變差[11]。本實(shí)驗(yàn)比較不同預(yù)處理方法在PLS建模下的主成分?jǐn)?shù)以及和RMSECV的值，并選擇主成分相對(duì)較小的校正R2模型作為預(yù)測(cè)模型，再根據(jù)交互驗(yàn)證的R2和RMSECV值來(lái)選擇最佳預(yù)測(cè)模型。

（1）城一A級(jí)：集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值P=300kN

均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算彎矩時(shí)q =10.0kN／ m；計(jì)算剪力時(shí)q0=15kN／m；

當(dāng)車道數(shù)等于或大于4條時(shí)，計(jì)算剪力應(yīng)乘以增長(zhǎng)系數(shù)1.25。

城一B級(jí)：集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值P=160kN；

均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算彎矩時(shí)q =9.5kN／m；

計(jì)算剪力時(shí)q0=11.0kN／m；

當(dāng)車道數(shù)等于或大于4條時(shí)，計(jì)算剪力應(yīng)乘以增長(zhǎng)系數(shù)1.3。

三、目前城市橋梁汽車荷載的特點(diǎn)

1.城市橋梁的車輛密集程度比公路橋梁高，車輛間距非常小，車輛擁堵發(fā)生的概率非常大。

2.城市橋梁的車輛通行速度都較慢，而且橋面平整度一般都較高，因此荷載沖擊效應(yīng)要比公路橋梁小。

3.現(xiàn)代化大城市的人口密度很高，作用于城市橋梁上的人群荷載密集度一般也高于公路橋梁。

4.城市橋梁的車輛通行狀態(tài)往往比公路橋梁擁擠，因此車道的折減系數(shù)應(yīng)與公路橋梁有別。

5.同公路橋梁比，城市橋梁的重車相對(duì)較少。

因此雖然車輛運(yùn)行于城市橋梁和公路橋梁上沒(méi)有明顯的分界，很多過(guò)境車輛既要通過(guò)城市橋梁，也要經(jīng)過(guò)公路橋梁，但由于城市內(nèi)部交通的特殊性，城市橋梁荷載仍具有其自身的特點(diǎn)。

四、城市橋梁與公路橋梁車輛荷載設(shè)計(jì)的比較

從研究制定方法上看,兩種橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范在制定設(shè)計(jì)荷載的方法上有所區(qū)別,公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的制定建立在交通量調(diào)查和統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,城市橋梁設(shè)計(jì)荷載則主要是通過(guò)分析和選用國(guó)外規(guī)范中的成熟規(guī)定來(lái)制定。在汽車荷載的計(jì)算模式上,兩種橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范都采用了均布力加集中力的模式,但兩者在取值上有所區(qū)別,比較而言公路橋梁設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算模式更簡(jiǎn)練一些。通過(guò)荷載效應(yīng)值計(jì)算比較,可以得出跨徑小于 30m 的橋梁采用城市橋梁設(shè)計(jì)荷載安全度更高,超過(guò)30m 的橋梁采用公路橋梁設(shè)計(jì)荷載安全度更高。對(duì)于既不屬于公路又不屬于城市道路系統(tǒng)的橋梁,建議發(fā)達(dá)地區(qū)且交通比較繁忙的路段,跨徑在 30m 內(nèi)的橋梁按照城市橋梁設(shè)計(jì)荷載設(shè)計(jì),跨徑超過(guò) 30m 的橋梁按照公路橋梁設(shè)計(jì)荷載設(shè)計(jì)。

五、常用中等跨徑橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算內(nèi)力組合比較

通過(guò)實(shí)例進(jìn)行比較是一種既直觀又真實(shí)的途徑，根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》提供的算例作為比較基礎(chǔ)，增加了20 m與40 m兩種跨徑，為更加全面起見(jiàn)，又增加了人群荷載和沖擊力兩種荷載，為了減少計(jì)算工作量本算例略去了汽-20、掛-100、城-B級(jí)等3種荷載、僅對(duì)汽超-20、掛-120、城-A級(jí)這3種荷載進(jìn)行比較。

橋梁設(shè)計(jì)資料:

跨徑:L = 20 m,30 m,40 m;荷載:汽-超20級(jí)，掛-120,城A級(jí);人群、沖擊力;車道與人行道寬度:車道凈-7，人行道每邊0.75 m，主梁間距1.6 m0

從計(jì)算結(jié)果看，可歸納為以下幾點(diǎn):

1.城-A級(jí)車輛荷載與車道荷載計(jì)算結(jié)果兩者并非一致，彎矩方面車輛荷載要大于車道荷載，幅度不超過(guò)4%；剪力方面車輛荷載要小于車道荷載，一般在5%左右，個(gè)別達(dá)9 % 。

2.城-A級(jí)與汽-超20及掛-120比較，彎矩方面除2cm跨徑外，普遍要大10%以上，剪力方面相差不大。

3.沖擊系數(shù)計(jì)算值城-A級(jí)車輛荷載最大，其次是城-A級(jí)車道荷載，公路規(guī)范最小。

六、結(jié)論

目前我國(guó)集裝箱運(yùn)輸發(fā)展很快而且噸位日趨增大，在確定城市橋梁車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮汽車有增長(zhǎng)趨勢(shì)，而且我國(guó)城市中車輛型號(hào)眾多，進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)都有，車型與車重趨向于眾多化、重型化及國(guó)際化的方向發(fā)展。當(dāng)前車載的實(shí)際情況和未來(lái)橋梁設(shè)計(jì)荷載不斷增大的發(fā)展趨勢(shì)，建議在新的《城市橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》出臺(tái)之前，城市橋梁設(shè)計(jì)荷載采用現(xiàn)行的公路04規(guī)范的橋梁設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)用城市98荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的荷載進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算結(jié)果兩者取其不利者控制設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]建設(shè)部城市建設(shè)研究院.城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)(CJJ 77-98).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 張士鐸.城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的編制[[J].江西科學(xué)，2000(2).

[3] 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范.北京:人民交通出版社。2004.

[4] 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).北京:人民交通出版社，2004.