哈尔滨铁道职业技术学院
摘要：公路桥梁标准车辆荷载是设计公路桥梁的主要依据之一。随着运输需求和汽车工业的不断发展，车辆超载现象口趋严峻，这就对适用于大跨径桥梁的设计荷载模式和标准提出了新的要求。为了了解我国近期公路桥梁实际运营荷载状况，并为修订完善公路桥梁纵向折减系数等相关技术规范提供技术支撑，本论文对车辆荷载纵横向折减系数展开了研究。
关键词：公路及城市桥梁标准；横向多车道折减；大跨径桥梁纵向折减
前言：近年来出现了多起重车压垮桥梁的事故，引起了社会各界广泛的关注，并且大量跨江海特大跨径桥梁投入建设建设，公路桥梁纵向折减系数等相关技术直接关系到结构的安全性与经济性，桥的设计方案为单孔跨径达1385m的悬索桥等，这些桥梁的桥面净宽已达20m以上。在将现行标准车辆荷载应用于类似上述特大跨径桥梁或宽桥的设计时，按照实际可能出现或相遇的最大荷载的概率，应对其进行纵向和横向的折减。结合我国实情，提出纵向和横向折减系数的建议值。
1.车辆荷载多车道横向折减系数的概率分析
在公路桥梁荷载效应的计算过程中，通常以桥面各加载车道内同时出现的最不利荷载，对结构上所计算截面的某项荷载效应的影响线进行加载，然后对加载计算的结果乘以相应的多车道横向折减系数，以考虑各加载车道上的车辆荷载同时处于最不利位置的可能性。多车道横向折减系数的大小主要与重车在不同车道上相遇的次数有关。相遇次数多少与荷载效应折减量成反比，即相遇次数少，折减量大；相遇次数多，折减量少。同时，加载车道数愈多，各车道上车辆荷载同时处于最不利位置的可能性也愈小。当然，各车道上车辆同时处于最不利位置是一种随机事件，对一般桥梁而言，各车道上的车辆荷载可认为是互不相关的，属于重复独立试验范畴。按重复独立试验这一随机事件的概率理论，能够建立多车道横向折减系数与相关变量之间的关系式，从而得到折减系数的大小。从实测荷载效应与标准车辆荷载效应比值的概率分析中得到了标准车辆荷载纵向折减的计算公式；
2.关于各国公路桥梁纵向折减题
2.1各国公路桥梁纵向折减规定
英国规定HB车辆荷载中车辆总重可达1800kN。芬兰、瑞典及加拿大分别达到1340 kN，1000kN及700kN。德国与法国车辆总重均为600kN。只有美国与原苏联车辆总重最轻为320kN。从各国规范规定可知，公路桥梁可变荷载是随机变量，加载位置都是不断的变化，随着桥梁跨径增长，行驶在道路上的车队加长，进而轻型车被夹入的概率也会增加，所以在大跨径桥梁设计时纵向折减系数的取值是否合理会影响着大跨径桥梁的造价。将汽车荷载加在有关的影响线上从而获得桥梁最不利的剪力效应及弯矩效应，当桥梁跨径或布置加载车队长度较长时，由实际情况可知，不但有标准车辆及重车辆，实际行驶的车队中肯定混有轻型车辆等。随着跨径的增大，车队中混入的轻型车就愈多，若只按重车与标准车来考虑，就使得到的荷载效应（剪力和弯矩）偏大，从而使得桥梁投资增加。因此必须考虑用纵向折减系数来调节设计内力使之更趋合理。
2.2各国公路桥梁纵向折减分析
从单轴重量而言，有的专家认为不能大于140kN。事实上芬兰定为300 kN，加拿大与德国均达到200 kN，而车轴间距最小仅有1.2m。近年来我国集装箱运输发展迅速，从70年代的十几吨到90年代已达到30 t的车重。根据目前统计。上海港集装箱总重最大达到53.3 t，而且车轴多达5一6个。如果公路轿梁的车辆荷载仍用超一20的总重550 kN，颇难满足跨海大桥集装箱密集的需要。因此我们在CJJ77-98新规定中车辆荷载采用5个轴的重车总重为700 kN，单轴最大重200 kN要比超一20分别大27%及4300。公路上以可靠度为基础的公路荷载新标准尚在研究与拟订之中，但维持超一20的规定颇难保证今后荷载增长的需要。
从各国车道荷载规定来看，可归纳为下列几种模式：
（1）均布荷载加单一集中荷载（弯矩与剪力取不同值），如美国AA.SHTO规定。
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（2）随跨径变化的均布荷载加定值的单一荷载，如英国BS5400规定。
（3）均布荷载（定值或变值）加多个集中荷载，如加拿大OHBDC规定。
（4）均布荷载（变值）加线集中荷载，如日本TT-43规定。
（5）阶梯形均布荷载，无集中荷载，如德国DIN 1078规定。
（6）分离式集中荷载加定值均布荷载，如奥地利的规定。
（7）多个集中荷载无均布荷载，如澳大利亚公路桥梁的规定。
研究各国车道荷载模式，目的是为我所用。加拿大的模式不可取。单一的集中荷载（无论取定值或变值）加均布荷载（定值或变值）均能够满足拟订与弥合的需要。但是应该照顾弯矩与剪力的不同要求。交通部公路规划设计院可靠度科研课题组最近建议的车道模式。
3.我国对公路桥梁纵向折减研究
国内对纵向折减研究主要有三种设想，一是降级设计；二是由郑信光、许华强提出针对车队荷载进行的；三是由交通部公路规划设计院提出，用虚拟的简支梁桥及三孔不等跨常截面连续梁桥实测的最大弯矩及剪力与现行规范标准车辆计算出的荷载效应比值为基础数据进行可靠度分析，得出的公路桥梁标准车辆荷载作用下内力（弯矩、剪力）纵向折减系数的计算公式。目前规范采用纵向折减的方法，对特大跨径桥梁的计算效应进行折减。清华大学梅刚博士等人己经对车辆荷载分布类型进行研究过，结果表明，各类常用的单峰分布皆不可用于描述这种车辆荷载，车辆荷载分布属于双峰分布类型，即用两个正态分布的加权表示实际车辆荷载分布。这可视为车辆荷载是不同分布类型组合而成的。
3.1交通荷载调查
进行公路桥梁车辆荷载研究，必须首先掌握目前公路桥梁上的交通荷的实际情况。本次研究使用车辆动态测试仪在具有代表性的几条国家干线公路上设点，连续测录实际发生的车辆荷载有关参数。101线为北京至辽宁沈阳的国家干线公路，其河北段承德市三叉口交通量观测点处的公路路面宽度为9.0m，为一般公路交通荷载的典型代表，交通量不大，交通荷载也不大。1990年该点的年平均日交通量为4 328辆，其中机动车为3 646辆。207线山西省晋城市南郊杨洼长期交通量观测站处为两三级路的合并段，路面宽17.0m。该路段是晋煤外运的主要南出口之一，特点是路一侧是满载的运煤车为交通量主导车
3.2公路桥梁标准车辆荷载纵向折减系数的研究
众所周知，将汽车荷载（按重车与标准车用规定的轴重、间距排列）加在有关的影响线上得到最不利的活载内力。当跨径或加载长度较大时，实际上除加重车外不可能都是标准车，其中夹着轻型车、面包车及各种型号小轿车等。如果都按标准车考虑，则内力偏大，使桥梁投资增加。因此必须考虑用纵向折减系数来调节设计内力使之更趋合理。公路桥梁可变荷载（活载）是随机变量，加载位置也在变化。车队愈长混入轻型车的概率愈大。从经济与实际情况来看，纵向折减不可缺少。
结语：桥梁是公路工程的重要设施，在交通运输中占有重要的地位。在公路桥梁设计工作过程中，往往需要考虑多车道横向折减。针对日益发展的车辆荷载以及交通量增加的情况，为了提高公路桥梁的安全性、经济性和使用性，在最新观测数据的基础上，需要有针对性的重新对车辆荷载横向折减系数展开研究与计算。采用超一20公路荷载标准设计时：
（1）当L=1 000 m以上将弯矩与剪力折减8%（2）当L=500~1 000 m时将弯矩与剪力折减6%（3）当L=500~150 m时将弯矩与剪力折减3%（4）当L=150 m以及150 m以下时荷载效应（弯矩与剪力）不折减。综合以上3种纵向折减方法，交通部公路规划设计院提出的纵向折减更有说服力。
参考文献：
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[2]陈敏，李莉，岳峰.公路桥梁疲劳车辆荷载研究中的W IM数据分析[[J].第17届全国结构工程学术会议论文集（第II册），2008，409~413.
[3]郭彤，李爱群，赵大亮.用于公路桥梁可靠性评估的车辆荷载多峰分布概率模型[fJl.东南大学学报，2008，38（5）：466469.
论文作者:佟辉
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：荷载论文; 桥梁论文; 车辆论文; 公路论文; 纵向论文; 车道论文; 弯矩论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;