高速公路大件运输最大通行能力评估方法

蒋凌杰，毛建平，吴志隆，吴维彬，王正

（广西交通工程检测有限公司，南宁 530011）

1 引言

大件运输车辆通行服务作为高速公路提供特殊社会服务的一项重要内容，大件运输荷载下结构的安全评估是大件运输车辆管理的至关重要一环。大件运输车辆行驶高速公路时，首先应进行桥梁结构承载能力验算，以确保桥梁结构安全。大件运输车辆非设计验算的特种车辆，具有重量的不确定性，未在设计中进行考虑，在通行前需要重新进行验算评估。而高速公路涉及的桥梁多，每次大件运输车辆通行前才开展验算评估，需要耗费大量的时间精力，也势必将极大地影响运营管理决策的效率，带来负面的社会影响，因此，本文提出最大通行能力的验算方法，作为一种先行算法，是在大件运输车辆通行前，对各个路段可以通行的最大荷载进行计算确定，以便大件运输通行需要时第一时间做出是否可以通行或者更换大件运输车辆运输路线的决策，提高管理效率，保障社会效率和经济效益。本文以广西工程实例为背景，介绍大件运输车辆通行路段的最大通行能力评估方法。

2 桥梁抽检原则制定

高速公路桥梁数量多，对每个桥进行验算不仅效率低且造成资源浪费，因此，在对各个路段进行桥梁等构造物的通行能力验算时，应首先选取典型桥梁结构，针对典型的桥梁结构来进行承载能力验算。得出每座桥梁的最大通行荷载，再根据路段上各个桥梁结构的通行荷载计算结果，来综合评估该路段的最大通行能力。典型桥梁选取需要指定明确、科学的抽检原则，应收集在对路段桥梁设计资料，桥梁维修加固及养护资料，桥梁检测评定报告等翔实资料的基础上，综合考虑桥梁设计汽车荷载等级、跨径组合、结构类型、桥面宽度、材料类型、设计单位、桥梁技术状况、通车年份等各种因素，根据上述原则综合选取各个路段的典型桥梁。本文以1 个路段为例，路段桥梁及抽检情况见表1。

表1 验算路段桥梁概况

3 大件运输车辆荷载模型选取方法

大件运输车辆选型根据市场调查和主管部门的相关要求来确定，本项目的验算车辆荷载选取单辆车货质量基本均布于各轴、平均轴荷不超过18 000 kg、轴距1.6 m、每轴线8 个轮的平板车居中布载[1-2]。大件运输车辆轴距及轴载见图1。

图1 大件运输车辆模型（单位：mm）

在进行大件运输车辆通行的桥梁承载能力验算时，按照18 t轴重计算，通过试算确定轴数，以最终确定大件运输车辆总重。

4 验算参数取值研究

验算参数合理取值是验算正确的关键，包括桥梁的荷载参数、材料参数、荷载组合系数等。本文认为在进行大件运输车辆荷载验算时，相关参数应按照以下规定取值[3-5]。

1）材料：按照设计文件取值。

2）荷载：结构计算时，需要考虑实际可能的所有的荷载，包括汽车荷载、温度荷载、收缩徐变。支点沉降等实际可能出现的荷载应进行结构效应的计算分析。大件运输车辆荷载计算式，应按照验算车辆模型取值，并取大件运输单辆通行。

3）冲击系数μ：根据大件运输车辆行驶的要求，大件运输车辆行驶是低速和匀速行驶，因此大件运输车辆行驶时，可不考虑冲击系数。

4）制动力：根据大件运输车辆行驶的要求，大件运输车辆在桥上不允许进行制动，因此大件运输车辆荷载不计制动力。

5）冲击系数：（1）规范规定大件运输沿桥梁中心线行驶，因此，以中梁的结构极限状态控制大件运输荷载。（2）横向分布计算时，支点和跨中分别采用杠杆原理法计算和铰接板梁法、刚接板梁法、刚性横梁法等方法计算，跨中2/4 部分采用跨中计算的横向分布系数，距离支点l/4 处起至支点的区段内用直线内插法。（3）结合实际情况，大件运输车辆在行驶过程中是很难严格的遵循沿桥梁中心线居中行驶，安全起见，进行大件运输车辆横向分布系数分析时，近似地取居中布置及偏移中心线0.5 m 布置两种方式的较大值。

6）荷载组合系数：大件运输车无规范规定其频遇系数，根据相关规范条款说明，对尚未调查的可变作用频遇值仍取标准值。因此，对于大件运输车该系数取1.0。其余参数取同设计汽车荷载取值。

5 结构验算内容研究

采用桥梁博士等有限元分析软件建立桥梁有限元模型进行分析计算，按照桥梁设计荷载等级和设计荷载规范对各个典型桥梁进行验算分析，本文针对梁桥进行验算时，主要验算内容包括以下几方面：

1）承载能力极限状态的抗弯承载能力验算、抗剪承载能力验算；

2）正常使用极限状态的结构抗裂验算、主梁挠度验算；

3）支座承载力验算；

4）结构持久状况应力验算。

6 验算控制标准制定

确定验算内容后，需给定各项验算内容明确的验算标准，在各项指标给定的标准下，通过调整大件运输车辆的轴数来调整车辆总重进行试算，最终确定桥梁通行的最大车辆重量。

根据多个路段验算结果看，主要控制指标是主梁承载能力验算指标。本文认为，进行承载能力极限状态验算的控制标准分为两个层级。

1）层级1：采用组合效应比小于1，即大件运输车辆荷载参与组合的效应值，与设计汽车荷载参与组合的效应值的比值不超过1，作为大件运输车辆试算的控制标准，确保大件运输车辆通行时仍具有设计承载能力的富裕度，保障通行安全，也是作为人们大件运输通行能力的主要控制标准。

2）层级2：效应与抗力比小于1，即大件运输车辆荷载参与组合的效应值，小于结构抗力值。作为大件运输车辆通行能力的补充验算，确保结构承载能力满足规范要求。

其他验算项目及控制指标见表2，按照表2 确定的验算项目及相应控制指标，即可合理计算出每个桥梁的最大通行荷载。

表2 验算路段桥梁概况

7 验算结果

按照以上的验算项目和验算标准，通过计算得到路段每个桥梁的最大通行荷载，取路段上各个抽检桥梁计算得到的通行荷载的最小值作为该路段的最大通行荷载。本文示例的路段的最大通行能力见表3。

表3 最大通行能力计算结果表

8 结语

本文介绍了大件运输车辆通行路段的最大通行能力评估的方法，包括桥梁抽检原则、验算参数取值、验算内容，并重点给出结构验算控制标准，作为桥梁通行能力计算确定的依据。需注意，桥梁通行能力计算是基于车辆按照规范形式的前提下做了计算假定，因此，在大件运输通行时，要严格遵守养护规范的通行要求，包括时速、形式、车辆位置等。在大件运输车辆上高速前还要进行轴重和总重的测定。在进行高速公路大件运输车辆通行审核管理决策时，应结合运输车辆实际情况综合考虑，当实际情况通行车辆轴距轴载对结构安全更加不利时，应重新进行计算评估。