普通车辆混行下大件车通行中小跨径桥梁评估

陈霞、温俊峰

（1.江西省天驰高速科技发展有限公司，江西 南昌 330025；2.江西省交通投资集团有限责任公司，江西 南昌 330025）

0 引言

当前，各省市及交通运输部制订的大件车通行评价原则表明，当大件车通行公路桥梁时，可酌情禁止普通车辆及行人经过，但在实际审批过程中为了确保通行安全，大多数设计和检测单位采取或默认了“大件车需单独通行”这一行驶原则。

然而现实情况表明大件车辆行驶速度缓慢，通行时间较长，一方面，对于交通繁忙的路段，长时间的交通管制将耗费大量的人力物力，且严重影响市民的正常出行及公路运输，造成一定程度的经济损失。另一方面，在实际通行中，相关部门对部分大件运输车辆往往不能实现全程监护，仍会出现大件车与普通车辆混合行驶的现象（见图1）。

图1 大件运输车辆与普通车辆混合通行

一些省市在相关案例中对大件车与普通车辆混合行驶这一现象进行了考虑和评估，但采取的手段通常是直接叠加设计汽车荷载，未考虑实际交通流荷载的组成形式。此方法可以解决单次通行方案的制订，但对同类案例的借鉴意义并不明显。因此，考虑用随机车流模拟普通车辆，计算大件车混行下的桥梁响应，并以此进行安全评估。

1 大件运输车辆安全评估现状

Han[1]等人基于八万余组大件运输车辆数据分析，提取五种典型大件车类型，计算大件车与不同设计汽车荷载效应比值；提出基于可靠度理论的荷载评级方法，对大件车荷载效应分项系数进行了优化，最后完成了预应力混凝土连续箱梁在大件车荷载作用下的安全评估。

余海洋[2]以重庆市大件车主要路线中的桥梁为研究对象，分析既有桥梁承载力，提出大件车通行下，结构的抗裂验算应满足裂缝宽度不超过0.1mm；根据桥梁结构的正常使用和承载能力极限状态，提出了大件车通行桥梁时的三种荷载控制准则：未出现拉应力、名义拉应力范围内、未超出极限承载力。

亓祥宇[3]以实际大件车运输工程为依托，考虑线路中既有桥梁技术状况等级，通过分析不同结构形式、轴重的大件运输车辆的荷载标准来确定路线中适宜通行的大件运输车型。

李智斌[4]基于可靠度理论，计算了桥梁承载能力极限状态下的大件车荷载分项系数取值；提出了大件车荷载控制标准应满足裂缝宽度要求及桥梁实际承载能力要求。

李浩恒[5]以荷载效应比较法为基础，考虑桥梁结构承载能力折减以及大件车实际通行中的冲击效应，通过逐级加载的方式确定了不同轴数大件车可安全过桥所对应的控制轴载。

贾旭东[6]从大件车通行时桥梁的承载能力评定方面展开了研究，分析了既有桥梁的安全储备，将承载能力折减公式进行了简化，确定了大件车通行快速评定的荷载组合公式，并结合实例验证了简化公式的适用性。

张辉辉[7]对大件车运输过程的安全性展开研究，考虑大件车通行沿线桥梁承载力，运用修正的等代荷载法来判定通行安全性，并通过工程实例进行验证；针对桥梁承载力不足问题，提出各种可采用的加固方法。

姚明强[8]从有限元模型修正的角度出发，提出了对大件车沿线桥梁承载能力的评定方法，该方法参数少，适用于大件车通过性快速检测。

袁阳光[9]建立了大件车两阶段评估方法。其一，考虑结构安全性，基于可靠度理论构建考虑构件退化的评估方法；其二，基于正常使用性能要求，根据可靠度理论，对不同临界荷载效应水平进行分析，以临界荷载效应比值构建评估方法。

以上学者对大件车通行安全性评估的研究已比较详尽，但大多将大件车作为单独作用的特殊荷载考虑计算，并未考虑其与普通车辆混行的情况。刘航[10]对比了11 轴176t 重的大件车单独行驶与加入设计汽车混合行驶两种工况下16m 空心板桥的受力性能，对比发现混合行驶时产生的荷载效应较大，接近于设计汽车荷载效应。因此，考虑普通汽车与大件车混合通行进行验算评估，得出的结论更接近现实情况，可为大件车的安全通行提供保障。

2 大件车混行与单独作用下桥梁响应对比分析

在无交通管制的情况下，大件车作为超限运输车辆，行驶在普通高速路上时，其行驶速度较慢且常沿路面最外侧行车道行驶。考虑大件车宽度，当车货总宽度不超过3.75m 时，在布置混合交通荷载时将大件车布置在最外侧行车道中线上，在其余内侧车道中心线布置普通车辆，组成大件车混合交通荷载，紧急车道不布设车辆。若大件车总宽度超过3.75m，大件车货物轮廓将超出单个行车道范围，此时大件车在实际通行时将占用两个车道，可与大件车混合通行的车道数减少，这对混合交通荷载下的结构安全验算有利。按最不利情况考虑，在加载计算时大件车仅占用一个车道，则可以添加更多普通车道车辆荷载，可验算混合交通荷载对桥梁结构的最不利效应。

以4m×30m 连续小箱梁桥为分析对象，选择192t的12 轴大件车与2 辆普通车辆组成的混合车流进行加载。普通车辆选取一辆20t 重的两轴车和一辆55t重的五轴车，两辆普通车相距10m。将大件车辆布置在行车道，普通车辆布置在超车道，混合交通流桥面行驶信息如图2 所示。

图2 混合交通流桥面行驶信息

通过有限元计算软件分析计算桥梁结构任意位置的响应特征。分别计算大件车单独加载下与大件车混合普通车辆加载下桥梁中间梁的弯矩响应时程，结果如图3 所示。

图3 混合车流与大件车单独过桥正弯矩响应时程对比

可看出混合交通荷载作用下，桥梁正弯矩响应在不同时段内均大于大件车单独作用下桥梁响应，其中响应极值增大比例为20.5%。这说明在大件车通行安全评估中，考虑普通车辆混行，可计算得出桥梁更不利响应，由此评价桥梁结构的安全性更加真实、可靠，从而确保评估结论更加准确。

3 考虑普通车辆混行下大件车过桥安全评估方法

大件车通行常用的评估方法主要包括以下几种：

3.1 实际荷载对比法

实际荷载对比法是通过对比大件车过桥引起桥梁结构的内力响应与桥梁设计阶段的承载力，来判断车辆是否可以安全过桥[11]。该方法使用设计阶段的桥梁承载力进行判断，然而桥梁在实际使用中往往会受到各种因素的影响，如施工、病害等，因此原设计阶段的桥梁承载力不再适用，桥梁实际承载力能否满足大件车通行要求，通过实际荷载对比法无法准确判定。

另外，该方法需要建立精细化的有限元模型，对于大件车沿线桥梁数量、种类较多的情况，建模工作量大。因此，该方法仅适用于大件车运输线路桥梁较少且桥梁状态良好的情况。

3.2 修正等代荷载法

修正等代荷载法是指考虑荷载横向分布、冲击系数、桥梁承载能力检算系数等因素下，使用同一荷载长度的影响线分别计算出大件车和设计汽车的等代荷载，通过对比两者等代荷载的大小来判别大件车是否可以安全通过桥梁[12]。修正等代荷载法本质上是将大件车荷载与设计汽车荷载进行比较，因此该方法较为简单方便，可用于粗略判断大件车过桥的安全性。

3.3 荷载效应比较法

荷载效应比较法[13]是分别计算大件运输车辆和设计汽车荷载作用下，桥梁上部结构关键截面的弯矩、剪力或挠度等，将两种荷载效应进行对比，若小于设计汽车荷载效应，则认为大件车可安全通过桥梁。

该方法仅需建立桥梁上部结构模型，将不同荷载作用下的内力进行对比，因此可对大件车运输沿线通行桥梁进行总结归纳，选取典型桥梁进行荷载效应比较，计算效率较高，可用于大件车过桥安全性的快速评定。

该方法适用于需要验算线路桥梁较多和桥梁结构形式复杂的情况，通过该方法可初步判定大部分桥梁是否可以安全通行，对于验算不合格的桥梁以及技术状况等级较差的桥梁建议使用其他方法进一步验算。

参考大件车通行常用的评估方法，建立混合交通荷载通行的两阶段评估方法。使用随机车流模拟普通车辆，与大件车组合成为混合交通流。

首先基于荷载效应比较法，将大件车混合普通车辆荷载效应与设计汽车荷载效应进行对比，若混合交通荷载效应小于设计汽车荷载效应，则判定大件车可混合普通车辆安全通过桥梁，否则需进行第二阶段评估验算，基于桥梁抗弯承载能力极限状态法进行评估，若第二阶段评估结果通过，则认为大件车混合普通车辆可安全通过桥梁。评估流程如图4 所示。

图4 混合交通流通行桥梁安全评估流程

4 结语

文章针对大件车与普通车辆混合通行桥梁这一现实问题展开研究，阐述了大件车通行审批现状，对大件车通行安全评估现状进行了综述。提出大件车通行评估需考虑普通车辆混行这一问题，模拟现实情况下大件车与普通车辆混合通行桥梁的现象，并基于有限元计算软件计算对比了大件车混行作用下与大件车单独作用下桥梁响应大小，验证了大件车评估中考虑车辆混行的必要性。最终，基于大件运输车辆通行安全评估方法，建立了大件车混行下两阶段快速评估方法，可为大件运输车辆管理与审批工作提供技术参考。