湖南交通科．技 第４ｌ卷第３期 Ｖｏ１．４１ Ｎ０．３ ２０１５年９月 ＨＵＮＡＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｓｅｐ．２０１５ 文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１５）０３一Ｏｌ１０－０５ 公路桥梁设计的荷载标准值适用性分析 张作胜 （湖南省交通科学研究院，湖南长沙４１００１５） 摘要：依据经验法与概率统计法两种常用计算方法来计算公路桥梁上作用的汽车荷 载。概率统计法以路桥上行驶的汽车重量为变量，对实际测量记录的路桥上车流荷载数据计 算分析，确定车流荷载作用标准值。经验法是在进行桥梁设计时，考虑到实际的车流交通情 况，确定荷载标准值。根据这两种方法，计算加载于结构的荷载效应，并与部颁标准进行对比 分析，评价现行标准的适用性。将概率统计的计算结果与规范规定的荷载取值进行比较，发现 规范规定的取值偏低，跨度越小越明显。根据地方标准计算得到的不同车队荷载情况下，车辆 荷载效应均不同程度的大于部颁标准计算结果，结构安全储备系数更高。建议在以后的公路 桥梁设计中，应根据实际桥梁跨度、车流或当地行车特点，来确定不同车辆荷载标准值作用。 关键词：公路桥梁；荷载标准值；荷载效应 中 分类号：Ｕ ４４１ ．２ 文献标识码：Ａ 公路桥梁工程是交通的枢纽工程，在我国的交 辆型号可分为大小客车与２—６轴货车７种类型，得 通运输事业中占据着重要的地位¨ 。在投入使用 到在７ ｄ记录时间内，各个车型占车流量的比例，如 后，要承受各类型的车辆荷载作用，车辆荷载也是影 图１所示。 响结构安全性的关键因素，从经济与安全的角度，考 虑适当的荷载作用时非常有必要的 Ｊ。随着我国 经济的持续发展，运输业规模持续增大，部分运输行 业的经营者为追求最大化的经济效益，超载现象越 加严重，有的甚至超载数倍以上。现行的公路桥梁 设计荷载规定的适用性问题，成为了社会各界关注 的重点问题Ｈ 。建成的公路桥梁是按照规范荷载 进行设计的，为研究现行荷载标准的适用性，对当前 路桥的车辆荷载进行实际观测与统计分析。 车型 实际测量得到华南地区某大桥的车流荷载数 图１各车型的占车流量比例 据，基于可靠度理论 Ｊ，分析得到车流荷载的概率 １．２车重量统计分析 统计的荷载作用标准值，与规范规定荷载标准值进 车辆重量是进行桥梁设计的重要作用荷载，进 行比较，探讨规范规定的适用性；同时以河南省根据 行车重量荷载统计分析非常有必要。本文基于采集 地方特点制定的地方标准与部颁标准的比较，探讨 的数据进行车重量荷载分析，利用动态模拟数据来 现用规范关于荷载效应规定的适用性。这可以为将 模拟车辆荷载，作为预测的作用于桥梁上的车辆荷 来实际路桥工程的荷载取值提供有用的参考价值。 载形式，具有足够的可信度。一般的大批量数据一 １ 基于概率统计法的荷载效应分析 般会服从正态分布，本文首先从正态分布函数出发， 来模拟车重量荷载分布。 １．１ 车流量统计结果数据分析 去除深港大桥行车荷载中的异常数据，最后得 记录统计某大桥的几个路段的７ ｄ车流量，车 到了６２ ５６５个有效的小客车荷载数据，利用正态分 收稿日期：２０１５—０８—０１ 作者简介：张作胜（１９７９－），男，工程师，从事公路桥梁设计。 ３期 张作胜：公路桥梁设计的荷载标准值适用性分析 ｌｌ３ 表１深港大桥的实测荷载效应标准值 根据图ｌ３与图１４，根据实测车辆得到的不同 路段荷载效应与规范相比具有以下特点： １）在以上４个路段，随着跨度增大，荷载效应 标准值的变化趋势是相似的。 ２）通过荷载效应大小的比较，广深高速段的荷 载效应值最大，是公路一Ｉ级的３倍。 ３）根据深港大桥的车间距数据，计算得到的虎 表２广深国道段、虎门段、ｆ；ｌｆｆ／＇段的实测荷载效应标准值 门与Ｇ１０７的荷载标准值为公路一Ｉ级的１．８倍。 基于概率统计的计算，表明基于不同路段的车 流统计分析，利用蒙特卡洛法制定的随机车流计算 结构的荷载效应结果随着跨度增大其变化趋势基本 相似；通过与部颁标准公路一Ｉ级的计算结果比较， 对规范的适用性进行了定性的评价，给出了基于实 际车流量的车辆荷载作用标准值。 ２ 基于经验法的荷载效应分析 ２．１桥梁概况 为了对公路桥梁的荷载取值进行更加深入的研 究，以便能正确地考虑公路桥梁的所处于的工作状 态，统计作用于其上的荷载分布与车流量情况，在进 根据以上的计算数据，将基于荷载效应求得的 荷载标准值与规范规定的数值比较，弯矩与剪力比 行调研过程中发现，由于部分省份的特殊性，其在按 照部颁标注执行的基础上，还结合当地的具体情况， 较结果分别如图ｌ３、图１４所示。 因地制宜制定了地方标准。基于公路桥梁荷载取值 与荷载鉴定的分析工作，这样的根据地方特点制定 荷载标准值规定的方法，称为经验法。 河南是连接我国东西部、南北部的核心区域，京 港与霍连高速公路交叉经过，同时也是铁路枢纽的 货物集散中心，如经过河南省的车辆，一半以上是过 境车辆，重型车占霍连高速上行驶的车量的３０％以 上。由于河南的车流量大，当地交通局在部颁标准 的基础上，将公路桥梁设计时的车辆荷载标准值设 定为公路一Ｉ级规定的１．３倍，提高公路桥梁的安全 图１３弯矩比较 储备。 ２．２荷载标准方案拟定 河南的地方标准设定了汽车２５级、３Ｏ级、３５ 级、超３Ｏ级共４个车辆荷载等级。各级荷载的标准 车辆总重对应为２５０、３００、３５０、３００ ｋＮ，对应的重车 总重为６５０、７５０、８５０和８ｏ６ ｋＮ。为与规范中的公 路一Ｉ级的车道荷载计算方法一致，采用等效荷载 的方法来将车辆荷载等效为车道荷载，如图ｌ５所 示，在以上４个等级下的车道荷载如表３所示。 ２．３桥梁荷载分析计算 图１４剪力比较 为得到足够可靠的荷载数据，选择变跨度的ｌ０ 个单车道简支梁来计算，跨度从为５ ｍ开始以５ ｍ ｌｌ４ 湖南交通科技 ４ｌ卷 图１５车道荷载 表３各级车辆荷载对应的车道荷载 注：当５ ｍ＜Ｌ＜５０ ｎｌ时，按线性差值取值。 为级差持续增大到５０ ｍ，以跨中弯矩与支撑点的剪 力为计算指标。不一样的车道荷载作用在各级跨度 简支梁上得到的跨中弯矩与支撑点剪力如表４、表５ 所示，变化趋势如图１６与图１７所示。 表４跨中弯矩计算结果 （ｋＮ・ｍ） 表５跨中剪力计算结果 ｋＮ 一 目 ● Ｚ 一 、 静 瀣 图１６各跨度下的弯矩变化趋势 图１７各跨度下的支撑点剪力变化趋势 观察图１６与图１７，在各个跨度下，按照河南地 方标准计算得到的跨中弯矩与支撑点的剪力均大于 部颁标准结果。汽车２５级、３０级、３５级、超３Ｏ级的 跨中弯矩分别比部颁标准大１５％、２０％、４５％、 ３０％。支撑点的剪力，也具有相同的增大趋势，汽车 ２５级、３Ｏ级、３５级、超３０级分别比部颁标准结果大 约ｌ５％、２０％～３Ｏ％、５０％～６Ｏ％、３Ｏ％。 ３ 总结 根据公路桥梁的汽车荷载特点，本文从概率统 计的角度，对我国规范规定的公路桥梁汽车荷载的 取值进行了比较分析，总的看来，规范的车辆荷载标 准值设定偏低，跨度越小这种现象越明显。河南省 根据自身区域特点，凭车流经验制定了地方标准，根 据地方标准计算得到的不同车队荷载情况下，车辆 荷载效应标准值会高于部颁标准的计算结果，结构 安全储备系数更高。基于以上两种方法对部颁标准 的适应性进行了评价，建议在以后的公路桥梁设计 中，应根据实际桥梁跨度、车流或当地行车特点，来 确定不同车辆荷载标准值作用。数据分析结果来源 于大量的实际统计数据，模拟结果可信度高，可以作 为预测短时车流荷载或长期荷载大小与作用的依 （下转第１５７页）
