灌区农桥设计中荷载标准对比分析

华 强，牛 坤

（平邑县水利局，山东 平邑 273300）

农桥定义为四级公路以下的乡村道路和渠堤专用检修道路上的等级外桥梁，在大中型灌区续建配套和节水改造项目中作为跨沟渠的涉水建筑物被广泛应用。农桥作为灌区的配套建筑物，数量多、分布广泛，其结构设计工作应因地制宜，不可盲目照搬或套用其他桥梁设计成果。应当从确定农桥外部荷载的基本工作入手，按照规范的荷载标准进行设计工作，力求农桥安全、可靠、实用和经济。

1 农桥设计相关规范对比

农桥广泛应用于国家四级公路以下的等外级乡村道路、机耕路、渠堤检修路上。目前交通运输部行业标准仅适用于四级及四级以上等级公路的桥涵工程设计，不适用于四级公路以下的等外级道路桥涵设计。通过查阅相关规范，除现行灌区相关设计规范《灌溉与排水建筑物设计规范》（SL482-2011）（以下简称规范 1）和《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-2018）（以下简称规范2）有农桥设计相关技术指标要求外，未发现其余设计规范提及农桥。在规范1和规范2中，关于农桥设计在一般规定、总体布置方面基本一致。如关于农桥的可变荷载作用，人群荷载标准均相同，即人行便桥和农桥人行道的人群荷载标准值均为4.0kN/m2；而汽车荷载标准，二者差异较大。规范1在农桥汽车荷载中增补农桥-Ⅰ级和农桥-Ⅱ级两个荷载等级，并规定农桥-Ⅰ级汽车荷载即以中型车车队为主的汽车荷载，其车道荷载效应与同跨径桥梁采用乘以系数0.80后的公路-Ⅱ级车道荷载效应相同；农桥-Ⅱ级汽车荷载即以小客车车队为主的汽车荷载，其车道荷载效应与同跨径桥梁采用乘以系数0.60后的公路-Ⅱ级车道荷载效应相同。农桥-Ⅰ级和农桥-Ⅱ级的车辆荷载效应均相同，均与同跨径桥梁采用乘以系数0.7后的公路-Ⅱ级车辆荷载效应相同。规范2中汽车荷载标准采用现行交通运输部行业标准公路-Ⅱ级荷载标准。

2 农桥设计荷载标准分析

农桥结构设计采用的设计荷载分为永久作用、可变作用和偶然作用。由上述分析可知，除可变作用中的汽车荷载外，农桥结构计算中其他作用代表值、作用效应组合和荷载确定方法均采用现行行业标准。而农桥结构计算中最重要的可变作用为汽车荷载，规范1和规范2存在明显差异，重点对汽车荷载进行分析。

农桥汽车荷载分为车道荷载和车辆荷载两类，前者用于桥梁结构整体计算，后者用桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台及挡土墙土压力的计算，二者的作用不得相互叠加。规范1中农桥-Ⅰ级和农桥-Ⅱ级汽车荷载，分别适用的主要对象为中型车（指载重小于5t的汽车）和小客车（指载重小于2t的汽车以及更小的低速汽车、三轮汽车、小四轮拖拉机等农用车辆），可见其采用的汽车荷载标准更适合农桥日常、高频的使用环境和条件。而规范2采用的公路-Ⅱ级汽车荷载相当于总重量20t的车队和一辆总重30t的车辆组合效益，对于农桥而言，遭遇的概率较小，且受乡村道路宽度、转弯半径、路面路基质量等影响，一般也无法通行较大重量的货车，可见农桥的汽车荷载直接采用公路-Ⅱ级标准，荷载标准明显偏大，具有较大安全分析。

通过上述分析，结合目前灌区乡村道路、机耕路、渠堤检修路的实际交通状况，按照适度超前、经济合理的原则，农桥结构设计中的汽车荷载宜采用规范1中的农桥-Ⅰ级和农桥-Ⅱ级汽车荷载，其对应的汽车荷载明显低于公路-Ⅱ级汽车荷载标准。在农桥设计过程中，应根据桥址处的交通条件合理选择相应的荷载标准，盲目直接套用相同计算跨径的公路-Ⅱ级桥梁图集将增加投资，不经济。

3 农桥车道荷载内力计算

农桥一般为简支平板桥梁结构。在大中型灌区内，跨沟渠农桥多为单跨简支结构，计算跨径一般不超过8m。根据农桥荷载标准分析成果，对灌区常见的计算跨径分别为4m、6m和8m的单跨简支平板桥进行车道荷载计算，结果如下：

1）均布荷载：农桥-Ⅰ级、农桥-Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值分别为5.12kN/m、4.73kN/m。

2）集中荷载：集中荷载与计算跨径有关，农桥-Ⅰ级车道荷载的集中荷载分别为141.75kN、142.80kN和144.90kN；农桥-Ⅱ级车道荷载的集中荷载分别为121.50kN、122.40kN和124.20kN。

农桥人行道的人群荷载标准值均为4.0kN/m2。

根据农桥车道荷载分布影响线，对农桥采用直接加载法进行内力计算：

式中：S为所求截面的弯矩或剪力；μ为汽车荷载冲击系数；ξ为多车道桥梁汽车荷载折减系数，取1.20；mi为车道荷载横向分布系数，对于整体现浇平板，取1.0；Pi为车辆荷载轴重或车道荷载；yi为沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值。

对于灌区常见的宽度为5m的农桥标准断面，中部为单车道宽度3.5m，两侧分别为宽度0.5m的人行道和0.25m的路缘石。根据式（1）可求得农桥典型截面的内力值，见表1。

表1 农桥典型截面内力设计值

4 农桥桥面板结构设计对比

针对灌区常见的计算跨径6m，宽度5m的农桥，分别采用农桥-Ⅱ级和农桥-Ⅰ级进行桥面板结构设计，具体截面尺寸及配筋结果见表2。

表26 m计算跨径农桥配筋计算结果 mm

与同跨径的公路-Ⅱ级装配式混凝土简支板桥标准图集相比，采用农桥-Ⅰ级标准，可节约C30混凝土2.4m3，节约钢筋0.90t，节省投资约6800元；采用农桥-Ⅱ级标准，可节约C30混凝土2.4m3，节约钢筋0.99t，节省投资约7400元。可见，采用合适的农桥标准，可有效节省工程投资。同时，农桥采用现浇桥板结构，对施工场地、设备的要求较低，可有效避免灌区集中预制场较远，预制梁板运输吊装交通不便的难题，并能简化桥面铺装环节工作量，有效减少施工中间环节，对加快施工进度具有重要意义。