浅析超限荷载对公路桥梁的影响

摘要：与常规车辆相比，超限车辆对路面的损害随重量增加而呈几何级数递增，长此以往，会大大缩短公路、桥梁的使用寿命。与此同时，超限车辆还严重影响行车安全，是交通事故的主要罪魁祸首之一。超限车辆直接造成公路提前损坏甚至破坏, 因此急需加强管理。本文通过分析超限荷载对桥梁整体的破坏情况,简要分析了几点解决对策。

关键词：超限荷载; 桥梁; 超限运输

1.引言

超限荷载通常指车辆的外型尺寸、总重或轴载超过设计限值的情况, 对于路面结构承载力而言最主要的是轴载限值。我国通常把单轮组单轴 6t (约60kN ) ,双轮组单轴10 t( 约100 kN) , 双联轴 18 t( 约180 kN) ,三联轴 22 t ( 约 220 kN) 作为各类车辆轴载设计限值[ 1]。我国目前车辆超限现象十分普遍, 上海市测得的几种代表车型的轴载谱中, 单轴超过 100kN的车辆占 20%以上, 最重的单轴超过 170 kN, 双联轴车辆约 50% 的轴载超过180 kN[ 2]。这是因为一方面一些新发展起来的重型汽车采用欧洲等引进技术, 部分车辆的轴载在设计时就超过我国的公路轴载限值; 另一方面, 现有公路货运市场上占主流的中等吨位车辆及拖挂车超载现象严重, 从而引起轴载超过限值。车辆超限使得路面使用寿命缩短, 从而导致改建期提前及相应的投资费用增加。

2.车辆超限荷载理论

2.1车辆超载分类

车辆超载共有三种主要情况:(1)桥梁现实际通行车流量比早期设计最大通行车流量大;(2)早期修建的旧桥梁施工工艺及标准较低 ,并且早已超过使用期限;(3)车辆的违规超载运输。前两种情况主要是设计荷载变化及交通量的增加所造成;而第三种则是车辆使用者违法超载营运所造成,而第一种情况与第三种情况则是现今社会中超载现象公路运输中较为普遍的。

2.2车辆超载的危害

桥梁的超载一方面引发疲劳问题:车辆的超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧,而一些较为严重的更可能使桥梁出现结构破坏等事故。另一方面,是由于车辆的超载造成桥梁内部损坏而且不能恢复,这使得桥梁在正常负荷下的工作状态发生变化,从而危害桥梁的安全性与耐久性。我国公路桥梁设计中,2004年以前,计算荷载汽车车队分为汽车-10级,汽车-15级,汽车-20级和汽车超-20级四个等级;自2004年3月1日起,汽车荷载等级分为公路-I级和公路-II级两个等级。然而目前许多运输企业因受利益的驱使,从而无视交通运输部《超限运输车辆行驶公路规定》和《公路法》等法律、法规的规定,超限车辆、大吨小标车辆在公路上任意行驶,导致桥梁破坏严重,从而出现大量的交通事故。超限运输对公路路面的破坏作用已经论述得比较多,如众所周知的“四次方法则”,即汽车对路面的破坏作用与汽车轴载的n次方成正比(n≈4)。本文针对江阴长江公路大桥情况论超限运输对公路桥梁的破坏作用。

3.超限荷载对公路桥梁的影响[3]

作为我国南北交通主干线：同江―三亚、北京―上海. 跨越长江的咽喉通道，江阴大桥的建成通车，对推动长江两岸及至更广大区域的社会经济发展，方便人民的生产和生活，都具有十分重要的作用。但交通状况在获得迅速改善的同时，运输车辆 “多拉快跑”的现象也日益突出。络绎不绝的超限车辆不仅造成了桥面严重破损，也对大桥结构安全构成了严重威胁。

从2003年4月1日起日起，对大桥作出了限载通行的决定，组织公安、交警、路政等单位，联系江阴、靖江地区的长江汽渡，共同开展查处严重超限运输车辆的工作。经过各方协同会战，江阴大桥在不到半月的时间内，已累计分流超限车辆1.5万余辆。可见超限荷载严重威胁桥梁安全。

3.1超限运输对桥面系的破坏作用

车辆直接作用的部分是桥面铺装和伸缩缝,其部位直接承受车轮荷载的冲击、压力、剪切与磨耗。并且还有与主要承重结构共同受力,协调变形的要求。车辆的超限行驶使上述作用力增加,同时以往桥面铺装设计没有严格的要求计算,只是认为依靠经验配置少量构造钢筋即可,因此桥面铺装和伸缩缝病害十分普遍[4]。致使桥梁成不久,桥面铺装即产生裂缝,有较规则的纵向、横向裂缝或不规则的网状裂缝及较严重的碎裂等,使行车无法正常通行。如果病害进一步发展,可影响到主体的承重结构,如T梁翼板混凝土边缘被压碎、空心板顶板混凝土被压碎,那么桥面上就会形成窟窿,严重危害行车安全。为此,公路养护部门每年都要安排很多修理经费对其进行改造。

3.2 超限运输对桥梁结构的破坏作用

江阴公路桥梁设计荷载2004年以前,除高速公路为汽车一超20级外,均为汽车-20级及以下,少数20世纪70年代以前建造的桥梁设计荷载只有汽车-10级。超限荷载的车辆行驶会对公路桥梁结构造成损伤。这种损伤一般可加性的,达到一定程度会引起致命性破坏,严重威胁安全,于是就有危桥的产生。

3.3超限运输对梁板桥结构的破坏作用

(1)超限运输对梁板桥结构会产生过大的弯矩使梁板产生弯曲裂缝。

(2)过大的荷载使装配式板桥的铰缝混凝土开裂。从而导致桥面横向分布削弱,桥板承受负荷变大。严重时会使铰缝混凝土遭到破坏,造成单块桥板的受力,使桥板断裂,发生危险,从而严重威胁桥梁和行车安全。

(3)超限运输对梁板桥结构产生过大的剪力[6],使梁板支座附近产生剪切裂缝。剪切裂缝为斜裂缝,与轴线成25～50°左右的角度,自下部开始向上发展,随着荷载的不断增加,裂缝长度不断增长并向受压区域发展,裂缝数量增多,裂缝区域也会向跨中方向延伸。

4.结语

超限运输会毁坏桥梁与公路,威害公路安全畅通,危及人民的安全,所以必须加大治理力度,进一步完善相关法律、法规。由政府引导多管齐下,协调一致,重拳出击务要根治超限运输。重型汽车运输的发展应有序、合理,应和我国的道路状况及国情国力相协调。同时制定车辆荷载标准应有适当超前性。相关部门更要对超限运输管理加强力度在重要的干线公路上应设立超限运输流动检测点和固定检测站,实行以超载扣下卸货为主的管理办法,制超限运输的发展。公路管理部门应加强对公路桥梁的管理和检查养护,确保桥梁安全使用,重在防止发生恶性事故。桥梁检查制度要落实到位,应定期对桥梁进行健康检查并维护桥梁安全。有计划地对危桥进行改造。危桥改造中对旧桥的处理要慎重,既要坚持技术标准,又要充分利用原有结构,对许多有利用价值的原有桥梁结构,应通过加固恢复其承载能力延长使用寿命,不能简单一拆了之以节约宝贵的建设资金。■

参考文献

[1]交通部公路司. 超限运输车辆行驶公路管理规定( 征求意见稿) , 1998.

[2]上海市公路管理处, 同济大学. “超重车辆对公路的影响和对策”课题报告, 1991.

[3]刘军义，吴忠.超限运输对公路桥梁的破坏[J].科技创新导报，2011，（29）

[4] 杨伟军, 梁兴文, 张建仁, 何培勇. 桥梁结构生命全过程的可靠性优化设计[J]. 桥梁建设 , 2002,(05)

[5] 彭波, 吴涛. 超限车辆对公路损坏的补偿费率研究[J]. 公路 , 2001,(02)

[6] 欧宗武 , 余宏霞. 让大桥轻松服务[J]. 江苏交通 , 2003,(07)