重载交通公路桥梁设计中关于车辆载荷的分析

摘 要：公路桥梁设计的最主要依据和技术指标是车辆载荷，车辆载荷的大小直接关系到公路桥梁的实际承载能力和经济价值。本文主要围绕重载交通公路桥梁设计前对车辆荷载的调研、重载交通公路桥梁设计时对车辆荷载的分析以及重载车辆荷载的改进分析进行论述，以期为相关研究人员提供参考。

关键词：公路桥梁；车辆载荷；设计

伴随着我国经济和交通事业的快速发展，汽车承载的重量逐步增加，使得公路桥梁的承载能力也在不断提升，尤其是承担晋煤外运任务的重载交通公路，由于车辆载荷量非常大和超载现象较为严重，使得公路桥梁经常出现损坏情况。为了能够有效解决这些问题，必须加强公路桥梁的科学设计。

1 重载交通公路桥梁设计前对车辆荷载的调研

在进行重载交通公路桥梁设计之前，应该根据相似模拟原则对所选取的公路段进行调查和研究，以此对重载交通公路桥梁车辆荷载的纵向排列情况进行分析和明确。调查过程中必须得到的三个数据分别是：（1）对车辆的类型及其分布情况进行调研，从中确定各种类型分布的比例情况；（2）对不同类型车辆的轴重和轴距进行调查和统计；（3）对公路桥梁车辆荷载的汽车纵向间距进行调查和统计。在纵向间距方面，主要统计载重汽车和普通汽车之间的纵向间距、普通汽车与普通汽车之间的纵向间距。

对于车辆类型分布的比例情况和车辆的轴重和轴距的调查可采用观察方法进行，对于公路桥梁车辆荷载汽车的纵向间距可以采用摄影法和人工观测法。如果在对汽车纵向间距进行统计过程中，出现汽车数量过多，无法进行逐个调查，则应该采用采集的方法，对其中不合理的数据进行剔除，然后将其中载重汽车与普通汽车之间的纵向间距、普通汽车与普通汽车之间的纵向间距组成集合。

2 重载交通公路桥梁设计时对车辆荷载的分析

车辆荷载作为公路桥梁设计中的重要技术指标，在重载交通公路桥梁设计过程中必须包含对车辆轴距、车间距、车重和轴重等各方面数据进行分析，因为这些数据对公路桥梁结构都会产生一定的荷载效应，对于车辆荷载对重载交通公路桥梁产生的荷载效应的计算，主要是通过对重载交通公路桥梁中的实际交通调查数据进行分析和计算，从计算数据中得到代表性的汽车荷载类型和车队纵向排列，这样便很容易计算出重载交通公路中车辆荷载产生的荷载效应。

按照《公路桥梁设计通用规范》中对不同道路车辆荷载的规定，高速公路的设计载荷为公路1级，这一级的车辆载荷由两种类型车辆组成，分别是普通汽车和加重汽车，即使在调查过程中会存在其他类型的汽车，但是为了方面起见，在对高速公路汽车车辆荷载进行分析时，将各种类型的汽车都折算成普通汽车和加重汽车对公路桥梁的荷载效应进行分析。

2.1 普通汽车对重载交通公路桥梁设计的荷载效应

车辆荷载折算的基本参数应该采用30m路径的简支梁的跨中弯矩作用效应，通过基本参数计算出普通汽车的作用总效应，这时的总效应是995127KN/m，对于每辆车普通车辆产生的作用效应的计算应该将总效应进行平均分配，这时每辆普通汽车产生的作用效应应该是995127/1315=1352KN/m。

在《路桥通规》中，对于公路1级的车辆荷载设计值的计算，一般是按照普通汽车的轴距和轴重中重货车进行计算的，在30m跨径的简支桥梁的作用效应是1352KM/m。

将调查荷载的作用效应与《路桥通规》中的普通汽车的作用效应进行比较分析，两者质量差别很明显，这主要是因为随着人们生活水平的提高，小客车的数量的增长速度已经在很大程度上超过了其他类型的车辆增长速度。所以为了保证计算的方便，在计算普通汽车荷载时应该采用《路桥通规》中规定的两轴中重货车的轴距和轴垂直，在普通汽车间距中计算汽车荷载的作用效应。

2.2 加重车对重载交通公路桥梁设计的荷载效应

加重汽车的作用总效应的计算应该与普通汽车的作用总效应的计算如出一辙，都是采用30m跨径的简支梁的跨中弯矩作用效应，作为车辆荷载这算的基本参数，这时计算出的作用总效应是1348863KN/m，每辆加重汽车产生的作用效应的计算应该是通过将总效应按照车辆数量进行平均分配，得出的结果应该是1348863/327=4125KN/m。

在《路桥通规》中，对于公路1级的车辆荷载设计值的计算，一般是按照加重车的轴距和轴重中重货车进行计算的，在30m跨径的简支桥梁的作用效应是2949KM/m。

将调查荷载的作用效应与《路桥通规》中的普通汽车的作用效应进行比较分析，两者质量差别很明显，这主要是因为重货车的数量的增长速度已经在很大程度上得到提高，因此，加重车对桥梁作用效应的影响较大。所以为了保证计算的方便，在计算普通汽车荷载时应该采用六轴半拖挂载重汽车的轴距和轴重值来作为加重车的轴距和轴重。

3 重载交通车辆荷载的改进分析

3.1 改进车辆荷载的冲击系数

在以往的规范中对公路桥梁的冲击系数的计算主要通过计算公路桥梁的跨径来决定，在新的《公路桥梁设计通用规范》中将对公路桥梁冲击系数的计算改为采用结构基频的方式进行。在以往的规范中，对于冲击系数的计算主要考虑的是桥梁跨度和材料的因素，却忽视了桥型、连接方式和截面对动力反应的影响，而在新的规范中之所以采用结构基频计算冲击系数是因为基频是由质量、刚度、阻尼三个方面共同决定，这就使得结构基频实现了某一方面的统一，因此，无论桥梁的跨度、材料和桥型区别多大，只要拥有固定的基频，就能够认为动力的本质没有发生变化，这样就能够在一定程度上保证计算的科学性。

3.2 改进对桥梁的要求

在以往的规范中，桥宽的规定是通过对地形的调查进行的，对于山岭、平原、丘陵等不同不同地形对桥梁的宽度会有不同的规定。在新的规范中，桥梁的宽度是由设计车速的不同进行分别规定的，设计车速的概念是在现阶段才引进的，具有一定的科学和技术含量。在以往的规范中，不同地形的确定和具有的可改造性等都是非常麻烦的，对整个设计过程中来说也是不便利的，甚至会造成各方面的阻碍，而在新的规范中，依照设计车速对桥宽进行设计，由于需要考虑的问题单一，所以整个过程进行起来非常方便，计算也是非常准确的。

3.3 改进车辆荷载的划分

在新的规范中，以往的规定中的四级汽车车队荷载进行了废除，而是也用公路二级和公路一级取而代之，这样划分起来对车辆荷载的计算更加方便，在这一车辆荷载等级基础上，还对以往的车队荷载布载中存在的麻烦进行改进，引进了车辆荷载和车道荷载，其中车辆荷载是指对局部效应进行计算，车道荷载是指对局部效应进行计算。通过采用这些方式对车辆荷载的作用效应进行计算，可以降低车辆荷载的作用效应计算过程中的繁杂程度，使计算变得更加简便。

4 结束语

在公路桥梁设计中，车辆荷载特别是重载交通车辆荷载的采用对路桥结构的经济、适用和安全等影响较大。改革开放之前我国的交通事业发展速度缓慢，在公路上形式的载重车辆的车流量较小，并且轴重较轻。改革开放之后，随着我国经济的快速发展和科学技术的高速发展，无论是公路上的载重车辆的车流量还是轴重都大幅度提高，甚至在有些桥段不仅车流量较大，还有一些载重车严重超载，导致桥段经常出现堵塞现象，久而久之，公路桥梁的损坏程度越来越严重。因此，为了减轻公路桥梁因车辆荷载而造成的损坏，必须对重载交通公路桥梁设计中的车辆荷载进行全面分析。

参考文献

[1]胡晓燕.大跨度公路桥梁车桥耦合振动响应研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.

[2]杨敬林.预应力混凝土梁桥在移动车辆荷载作用下的动力特性研究[D].长沙：湖南大学，2007.