结构力学在公路设计中的应用

崔耀臻

摘 要：公路是交通运输方式之一，我国公路按照交通量大小可分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路，高速公路和一级公路称为高等级公路。近年来高速公路迅猛发展，形成了四通八达，纵横交错，连接城市景区的密集网络，县与县之间基本都通高速公路。公路由路基、隧道、桥梁、涵洞等组成，受地理、地质、地形、地貌自然环境影响，结构形式多种多样，在设计阶段要对各个部位进行受力分析，稳定性验算，确保车辆在行驶过程中安全、舒适、快捷。

關键词：结构力学;公路设计;交通运输

1 公路组成构件常用的形式

公路组成构件中常用的有板、柱、梁、拱、行架、绳索、墩、墙等，它们形状各异，车辆等荷载是通过路面直接或间接传递到构件上。处在公路组成的各个构件中，因高度、跨度和作用的不同，形成平面立体的空间布局，发挥着各自的作用，包含同一构件中各个部位受力也不尽相同，有些部位受拉力，有些部位受压力，有些部位受剪力，有些部位受弯矩，有些部位受扭矩影响，受力的作用后就会产生变形，在设计时要对结构的重要构件、重要节点和特殊截面进行受力分析，对构件的变形和稳定性进行验算，使它的变形在规定允许范围之内，稳定性安全可靠，这就要用到结构力学。

2 构件的支撑状况分析

首先，确定具有代表性的重要构件，对构件的支撑进行分析。要看某一构件是单点支撑还是两点支撑，或者是多点支撑，分析它的支撑点在哪里，是刚性支撑还是柔性支撑，支撑点的确定对受力计算的准确性起着非常重要的作用，支撑点的形式不同，力的计算方法和构件的变形状况也就不同，所以要认真确定支撑点是柔性支撑还是刚性支撑。支撑点确定后就把构件理想化，进行受力计算和变形计算。既要考虑局部构件的支撑，也要考虑整体结构的支撑，按照支撑的不同，构件可分为悬臂构件，简支构件，连续简支构件，刚性构件，连续刚性构件，它们的受力和变形的计算方法是各不相同的。

3 构件的受力情况分析

接下来就要对构件的受力情况进行分析。组成公路的构件，一般体积都比较大，重量也很大，如混凝土构件、钢筋混凝土构件、钢结构构件、土体结构、浆砌块石结构和其它污工构件，这些构件本身就是公路受力的组成部分，这个力也就是构件的自重，它是基本不变的，是静止不动的，长期固定存在的，称为静荷载。静荷载大小可以通过构件的体积和密度计算出来。同时，公路上行驶着大大小小不同的车辆，这些车辆除了载重量不同外，每个车辆的轮胎数量也不完全相同，而且是行驶着的，一会在这里，一会在那里，是动态的，这种荷载叫动荷载。动荷载比较复杂，根据公路的特点和车辆的分布不同，公路部门制定出车辆多种标准荷载，在计算动荷载时，按照公路等级和预测交通量大小套用相应的车辆标准荷载就可以确定下来。除自重荷载和车辆荷载，还要考虑其它荷载的影响，如人畜、风力、共振、雨雪和水压及其冲击力等对公路组成构件的作用。

4 结构稳定性计算

确定了构件支撑和所受荷载，就可以进行整体结构、重要构件、重要节点和特截面的受力计算，一般计算力的最大值，或者说是构件所能承受的极限值，如最大拉力、最大压力、最大剪力、最大弯矩、最大扭矩等，这些计算量是非常大的，计算时要不怕麻烦，认真仔细，不能出差错，一般要计算两次进行核对，确保计算出来的力的大小数据准确无误。根据这些力的大小，进行配置钢筋，然后进行变形和稳定性验算，检验构件是否满足有关规范和标准要求，变形是否超标，稳定性是否可靠，如果不满足，就需要适当调整截面尺寸和配筋，再进行验算，反复调整截面尺寸和配筋，直到满足规范和标准要求为止。变形和稳定性验算，既要验算局部构件，也要对整体结构进行验算，保证整体结构安全可靠。

5 设计成果采用

经过计算验证结构整体和各个部位是稳定的，就可以说明整个结构是安全的，在设计中就可以采用，也可以作为图集，在同等级公路的设计中直接使用，只需对基础和地基作不同的处理。

公路设计必须安全，施工质量是保证设计成果的重要环节，只有严格按照设计要求和施工规范进行施工，使施工质量完全达到设计要求，才能真正体现出设计的安全性和可靠性。

6 设计成果的监测

在公路建成投入营运之后，对重要结构和重要构件进行监控，是检验设计成果的重要手段，如对桥梁墩台的沉降观测，对桥梁、悬臂梁和板变形数据的测量，对挡土墙位移数值的监控等。对等级较高跨度较大造型特殊的桥梁，要进行承载实验，在桥面上布置车型不同、载重量不同、位置不同的车辆，进行静态和动态观测，检测一些构件的位移和变形是否满足设计要求。在公路使用初期，对公路各个部位跟踪监测一段时间，用测量出的数据，与设计值分析对比，看是否在设计和规范允许范围之内，及时发现问题采取应对措施，确保公路的使用安全。

7 结束语

现实中，公路在使用过程中出问题的时有发生，如桥梁的侧梁在车辆行驶中侧翻，桥梁在洪水冲击下垮塌等，这些都是设计过程中考虑因素不足，对变形和稳定性验算不周造成的结果，应当引起高度重视。

参考文献：

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