浅谈城市桥梁设计汽车荷载标准

喻红月/重庆正达工程咨询有限公司



浅谈城市桥梁设计汽车荷载标准

喻红月/重庆正达工程咨询有限公司

【摘 要】桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有重要位置。随着我国近年经济的高速增长、技术的进步和对外交往的日益频繁,。本文就城市桥梁设计中汽车荷载标准进行了探讨，促进城市桥梁设计以便更能满足汽车的通行需求，推动城市的发展。

【关键词】城市桥梁;桥梁设计;汽车荷载标准

桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有重要位置。随着我国近年经济的高速增长、技术的进步和对外交往的日益频繁,建设部又于 1998 年颁布了《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77—98)。该荷载标准被批准为强制性行业标准,除设计理论仍参照公路桥梁标准外,在车辆荷载项中与原公路桥梁汽车荷载已截然不同。本文就城市桥梁设计汽车荷载标准进行了分析探讨，以期更好的应用该标准推动城市化进程。

一、现行桥梁规范设计汽车荷载制定方法

《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77—98)制定桥梁汽车荷载时，主要是结合国内的实际情况，采用了国外成熟、可靠并且实用的制定荷载的方法。通过计算、分析比较几个国外有影响的桥梁设计荷载标准，最终选用了更符合中国国情、并有实测资料为基础的加拿大安大略省公路桥梁设计规范中有关汽车荷载的规定，同时分析并吸取了一部分其他国家桥梁设计荷载的成熟规定，编制确定我国现行的城市桥梁设计荷载标准。

二、城市桥梁汽车设计荷载的有关规定

荷载标准汽车荷载等级仅划分为：城-A级与城-B级两种，在对桥梁进行计算时既有车辆荷载也有车道荷载，两者并列，但分工不同，桥梁的横隔梁、行车道板、桥台或挡土墙后土压力的计算采用车辆荷载，桥梁的主梁、主拱和主桁架等的计算采用车道荷载，这样的规定构成了新标准最大的特色。

1.汽车荷载分为城-A级和城-B级。

2.车道荷载的计算图式见图1。

图1　城市桥梁车道荷载计算图式

3.跨径为2～20m。

（1）城一A级：集中荷载标准值P=140kN；

均布荷载标准值：计算弯矩时q =22.5kN／m；计算剪力时qn=37.5kN／m；

（2）城一B级：集中荷载标准值P=130kN

均布荷载标准值：计算弯矩时q =19.0kN／m；计算剪力时q0=25.0kN／m；

4.跨径为20～150m (不包括20m)。

在用偏最小二乘法建立模型时，最重要的是确定建模所需要的主因子数，采用的主因子数过多或过少，都会使拟合的精度降低，预测效果变差[11]。本实验比较不同预处理方法在PLS建模下的主成分数以及和RMSECV的值，并选择主成分相对较小的校正R2模型作为预测模型，再根据交互验证的R2和RMSECV值来选择最佳预测模型。

（1）城一A级：集中荷载标准值P=300kN

均布荷载标准值：计算弯矩时q =10.0kN／ m；计算剪力时q0=15kN／m；

当车道数等于或大于4条时，计算剪力应乘以增长系数1.25。

城一B级：集中荷载标准值P=160kN；

均布荷载标准值：计算弯矩时q =9.5kN／m；

计算剪力时q0=11.0kN／m；

当车道数等于或大于4条时，计算剪力应乘以增长系数1.3。

三、目前城市桥梁汽车荷载的特点

1.城市桥梁的车辆密集程度比公路桥梁高，车辆间距非常小，车辆拥堵发生的概率非常大。

2.城市桥梁的车辆通行速度都较慢，而且桥面平整度一般都较高，因此荷载冲击效应要比公路桥梁小。

3.现代化大城市的人口密度很高，作用于城市桥梁上的人群荷载密集度一般也高于公路桥梁。

4.城市桥梁的车辆通行状态往往比公路桥梁拥挤，因此车道的折减系数应与公路桥梁有别。

5.同公路桥梁比，城市桥梁的重车相对较少。

因此虽然车辆运行于城市桥梁和公路桥梁上没有明显的分界，很多过境车辆既要通过城市桥梁，也要经过公路桥梁，但由于城市内部交通的特殊性，城市桥梁荷载仍具有其自身的特点。

四、城市桥梁与公路桥梁车辆荷载设计的比较

从研究制定方法上看,两种桥梁设计规范在制定设计荷载的方法上有所区别,公路桥梁设计荷载的制定建立在交通量调查和统计的基础上,城市桥梁设计荷载则主要是通过分析和选用国外规范中的成熟规定来制定。在汽车荷载的计算模式上,两种桥梁设计规范都采用了均布力加集中力的模式,但两者在取值上有所区别,比较而言公路桥梁设计荷载的计算模式更简练一些。通过荷载效应值计算比较,可以得出跨径小于 30m 的桥梁采用城市桥梁设计荷载安全度更高,超过30m 的桥梁采用公路桥梁设计荷载安全度更高。对于既不属于公路又不属于城市道路系统的桥梁,建议发达地区且交通比较繁忙的路段,跨径在 30m 内的桥梁按照城市桥梁设计荷载设计,跨径超过 30m 的桥梁按照公路桥梁设计荷载设计。

五、常用中等跨径桥梁荷载标准计算内力组合比较

通过实例进行比较是一种既直观又真实的途径，根据《城市桥梁设计荷载标准》提供的算例作为比较基础，增加了20 m与40 m两种跨径，为更加全面起见，又增加了人群荷载和冲击力两种荷载，为了减少计算工作量本算例略去了汽-20、挂-100、城-B级等3种荷载、仅对汽超-20、挂-120、城-A级这3种荷载进行比较。

桥梁设计资料:

跨径:L = 20 m,30 m,40 m;荷载:汽-超20级，挂-120,城A级;人群、冲击力;车道与人行道宽度:车道净-7，人行道每边0.75 m，主梁间距1.6 m0

从计算结果看，可归纳为以下几点:

1.城-A级车辆荷载与车道荷载计算结果两者并非一致，弯矩方面车辆荷载要大于车道荷载，幅度不超过4%；剪力方面车辆荷载要小于车道荷载，一般在5%左右，个别达9 % 。

2.城-A级与汽-超20及挂-120比较，弯矩方面除2cm跨径外，普遍要大10%以上，剪力方面相差不大。

3.冲击系数计算值城-A级车辆荷载最大，其次是城-A级车道荷载，公路规范最小。

六、结论

目前我国集装箱运输发展很快而且吨位日趋增大，在确定城市桥梁车辆荷载标准时应考虑汽车有增长趋势，而且我国城市中车辆型号众多，进口、国产都有，车型与车重趋向于众多化、重型化及国际化的方向发展。当前车载的实际情况和未来桥梁设计荷载不断增大的发展趋势，建议在新的《城市桥梁设计通用规范》出台之前，城市桥梁设计荷载采用现行的公路04规范的桥梁设计荷载，同时用城市98荷载标准规定的荷载进行复核，计算结果两者取其不利者控制设计。

参考文献：

[1]建设部城市建设研究院.城市桥梁设计荷载标准(CJJ 77-98).中国建筑工业出版社，1998.

[2] 张士铎.城市桥梁设计荷载标准的编制[[J].江西科学，2000(2).

[3] 公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社。2004.

[4] 公路工程技术标准.北京:人民交通出版社，2004.