城市桥梁设计荷载标准的应用研究

【摘要】桥梁作为交通运输的组成部分，在我国经济发展的过程中，起到重要的作用。1993年我国建设部颁布《城市桥梁设计准则》(CJJ11—93)准则，准则中对人群、车辆荷载的增加，沿用公路桥梁的规范，但按照城市车辆的特点，还增加特种荷载，就是城市大型的平板车荷载。建设部又于1998年新颁布《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77—98)的准则，虽然在设计的理论方面参照了公路桥梁的标准，但在人群、车辆的荷载与冲击力方面，则和原公路的桥梁荷载有所不同。与此同时，《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77—98)也视为是强制性的行业标准，因此，探讨城市桥梁设计荷载标准的应用，具有十分重要的意义[1]。

【关键词】桥梁设计；荷载标准；应用研究；重要意义

中图分类号： S611 文献标识码：A 文章编号：

1.新荷载标准的特征

1.1车辆荷载和车道荷载

《城市桥梁设计荷载标准》中，汽车荷载的等级划分有两种：城-A级，城-B级，同时，对桥梁的计算分工不同，但车辆荷载和车道荷载的计算是相互并行的。新标准的新特点在于：桥梁中的桥台、挡土墙后土的压力以及行车道板、横隔梁都是使用车辆荷载进行计算的；而桥梁的主拱以及主桁架、主梁方面的计算，则是按照车道荷载进行计算。

1.2城-A和城-B 级的车道荷载之产生

车道荷载的形式简明、实用性强，并且最早在美国应用，有效减少了车队在排列时的繁琐。车道荷载和应用汽级的荷载比较而言，不仅能够减少检验、计算时的工作量，还能进一步提高工作的效率。对于车道的荷载所确定的原则为：尽量兼容挂-120、汽-20、挂-100与汽-超20的规定，按照汽车的荷载和挂车荷载值对车道荷载数值进行制定。车道荷载对桥梁的主结构进行分析，只要为对主桁架、主拱圈以及主梁分析；车辆荷载是对横隔梁、行车桥台与道板所进行的检算。对于荷载模式而言，城-A和城-B 级的车道荷载，是使用单一集中荷载与均布荷载相加的模式[2]。

表1 最大弯距和最大剪力的汇总表情况

项目 汽-超20挂-120城-A车辆

跨径/m20 30 40 203040 2030 40

弯矩/kN.m8491645.226401527.42559.43591.4872.1 1726.8 2624.5

剪力/kV210.1 246.6277 452.4 375.6 420.6 276.1224.3254.1

项目城-A级人群载荷 冲击系数

跨径/m20 30 40 2030 40 20 30 40

弯矩/kN.m 936.1 1731.42565 65138231 车辆 0.20.182 0.167

车道 0.2740.221 0.183

剪力/kV250.1 278.2311.8 13 18.4 23.1公路0.1870.112 0.073

1.3计算车道的荷载

一方面，对于城- A 级中当跨径是2至20米时，集中的荷载标准数值应该为P等于140kN，而均布的荷载标准数值的弯矩计算之时，qm等于22.5kN/m，剪力为qQ等于37.5kN/m。对于城- B 级而言，集中的荷载标准数值P等于130kN，均布的荷载标准数值的计算弯矩时，qm等于19kN/m，剪力为qQ等于25kN/m。同时，对于跨径是大于20米且小于150米时，城- A 级的集中荷载的标准数值P等于300kN，其的均布荷载的标准数值时，弯矩为qm等于10kN/m；计算的剪力为qQ=15kN/m。车道的数目在4条或者是以上时，此时，计算的剪力还应该要乘以1.25（增长的系数）；而城- B 级的集中荷载的标准数值P等于160kN，均布的荷载标准数值在弯矩的计算为qm等于9.5kN/m、剪力的计算qQ等于11kN/m。当车道的数目在4条及以上之时，计算的剪力要乘以1.3（增长的系数）[3]。

2.车辆荷载的布设

《城市桥梁设计荷载标准》中，对于车辆与车辆之间纵向的布置间距无详细的说明，根据建设部城市建设研究院有关的《城市桥梁设计荷载标准》的第54页、图4.1.2到9中，将城-B 级用来当作3梁反力的计算之时，应该布设2辆重车、并且车间距应该是18米，让导致人误解为能够满足纵向多辆重车的布设。因此，标准中的这一部分未完善，在全桥的纵向布设中，只能布设一辆重车，而不是两辆重车，对于18的车距也可取消。

2.2车道荷载集中力之取值

《城市桥梁设计荷载标准》中的第4.1.4条的规定可视为当跨加进行某个集中力时，车道的集中荷载能够使用双值进行取值，更好地达到弯矩和剪力不同的要求。由此一来，对桥墩的内力进行计算时，将回产生是否使用了2个集中力进行取值，实际上，这是车道的荷载模式之一，即使用均布荷载+集中力。对于均布的荷载大小以及求弯矩值与求剪力值的计算而言，集中力都只有一个，而不是两个，因此，文献的解释未详细[4]。

2.3车道横向的折减系数

在《城市桥梁设计荷载标准》的第15页中的表4.1.6当中，对于车道横向折减的系数而言，仅有三车道布载的折减系数是 0.8，公路的标准是0.78以外，剩下的标准和公路桥规的一致。因此，部分人士也建议将；两者统一为0.8或者0.78，但是两者的来源各异，0.8 是将加拿大的OHBDC作为桥梁规范，而0.78不仅参照加拿大的标准，而且还在美国、英国等国家的桥梁规范标准基础上进行参考。我国的《公路工程技术标准》( JTJ001- 97) 的第133页可以得到证实，因此，对于横向折减的系数统一成0.8或者是0.78无关紧要，可不变动。

3.城市桥梁和公路桥梁中有关车辆荷载的设计比较

首先，在研究、制定的方法而言，城市桥梁与公路桥梁在设计与规范方面，对于荷载的设计与制定方法不同。公路桥梁荷载的设计、制定，是建立在统计与交通量的调查基础上制定的；而城市桥梁的荷载设计，是利用国外的规范中较好的、较为完善的规定为基础，结合自身的实际情况进行制定的。其次，对于汽车的荷载计算模式而言，城市桥梁与公路桥梁的设计均都采用集中力+均布力的模式，但是公路桥梁的荷载设计当中的计算模式较为简练。利用荷载效应的数值进行计算，可知当跨径在30米内的桥梁，应该给予城市桥梁的荷载设计比较安全，而在对30米以上的桥梁主要使用公路桥梁的荷载进行设计，比较安全。部分发达地区或者是繁忙地区的桥梁，其也不属于城市道路或者是公路时，跨径在30米以内，应该根据城市桥梁的荷载进行设计；超过30米的桥梁，则根据根据公路桥梁的荷载进行设计[5]。