中外桥梁设计规范汽车荷载比较.doc

中外桥梁设计规范汽车荷载比较 一一 李文生，都峻峰 （山西远方路桥（集团）有限公司；同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司） 摘要：桥梁结构在其寿命周期内所经历的最主要的活载是汽车荷载。近几十年经济的快速增长，使得交通状况发生了显著的变化，交通量、车辆载重量等均有显著的提高；国内外经济交流的愈趋频繁，对于桥梁设计者而言，有必要了解各国的规范。为此针对、等规范，通过车道划分、荷载标准值、折减系数、冲击系数、布载方式等方面对汽车荷载进行了分析比较。发现在跨径小于时，规范的荷载值最高；在跨径以下规范的荷载值最低，在 到跨径最小；当将荷载标准值外推至跨径以上时，最高，最低。 关键词： 汽车荷载；车道荷载；横向折减系数；冲击系数 引言 （美国国家公路与运输协会规范）、（加拿大标准委员会规范），比较了桥梁荷载绝对值（不乘系数）、乘系数桥梁荷载，将、（）外推至 桥梁是辅助交通对象（汽车、人群、动物等）跨越障碍的工具。不同区域内桥梁所需服务的主导交通对象不尽相同。随着桥梁设计的精细化以及区域化的发展，在桥梁设计、评估过程中需要对不同区域的交通荷载进行深入研究，以便获得与桥梁需求相适应的汽车 加载长 本文将着重介绍公路桥涵设计通用规范（ 荷载。但由于实际的交通荷载具有很强的随机性，要）（简称）、（）、进行区域化研究难度相当大，为此现行各国规范的划（）、（欧洲规范）的汽车荷载各项规分区域相对较广，几乎是以最高级别行政区域为基准的，在其使用区域内做出统一规定，以适应该使用区域内的桥梁需求。 文献介绍了英国规范第二部分有关荷载及荷载组合的规定，为国内桥梁设计人员从事国外桥梁设计提供了荷载选择上的方便。文献针对大跨径桥梁将英国与美国规范中的交通荷载进行了比较，文献所涉及的交通荷载包括（美国土木工程协会）委员会推荐的由等提出的荷载、英国运输部标准、（英国规范）、 名义车道划分 在桥梁结构设计中，汽车荷载的取值同桥梁宽度密切相关，特别是设计车道数。由于各国道路安全、汽车工业发展等水平的差异，各国规范对名义车道的规定不尽相同。首先从名义车道的划分着手研究各国规范。表列出了各国规范对名义车道划分的规定。 单位： ￥ 定，包括名义车道划分、车道荷载、车辆荷载、冲击系数、折减系数、布载方式，全面比较当前典型桥梁设计规范，为桥梁设计人员参与设计国外桥梁提供帮助。 表名义车道 车道数 单向行驶 双向行驶 车道数为的整数部分。对于车道宽度小于的，按实际车道数计 宽为的名义车道数（）剩余车道宽为 注：）（）表示取整；“一”表示未对该项作规定，下同。 ）为桥面宽度（）收稿日期： 上冯么魄 万方数据 一一碰一 车道荷载与车辆荷载 荷载是由均布荷载和一个集中荷载（或是一个单轴均布荷载等于；对于荷载加载长度大于 桥梁承担的交通荷载是由多个交通实体（汽车、 荷载）组成。在荷载长度小于等于的情况下， 人、动物等）组成的交通实体队列所产生的荷载，若以实际汽车荷载进行加载，对于设计人员来说是一项极为繁琐的工作，特别是在寻找最不利荷载效应的荷载于汽车荷载布置的规定，在设计中以线性均布荷载和调整性的集中荷载来描述汽车荷载，并根据不同设计 的情况，均布荷载值按叫（），但不 得超过；名义集中荷载为每名义车道。车辆荷载有四个车轴，每单位轴重为 ， 分布时。为此，在年颁布中，废除了之前关 前两轴和后两轴轴距为，中间两轴的轴距为 、 、 中取一个，应该取使设 阶段规定：整体计算中采用车道荷载的形式，在局部计范对于汽车荷载标准值的规定，并将其转化为等效均布荷载进行比较，以便直观地比较各国荷载值的取值 计目标处于最不利状态的轴距。并且对于多车道加载，规定了三种加载方式。 欧洲相关条文 算中采用车辆荷载。本节将着重介绍各国桥梁设计规 标准荷载包括双轴车辆荷载和均布车道荷载。双 情况。 我国相关条文 公路桥涵设计时，汽车荷载分为公路一级和公路一级两个等级，由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。公路一级车道荷载的均布荷载标准值为，集中荷载按计算跨径选取。计算跨径小于或等于时，一 ；计算跨径大于或等于时，一 ， 介于两者间的按直线内插。车辆荷载采用一种单车，相当于原规范汽车一超加重车，总重为，车长为，车宽为，纵向间距为 ，横向轮距为。 美国相关条文 汽车活载加载时采用设计车道荷载、设计车辆荷载两种方式，而设计车辆荷载又分为卡车荷载和双轴荷载两种形式。设计车辆荷载和设计车道荷载要根据情况进行叠加，以得到最大的荷载效应。车道荷载为均布荷载，标准值为，在横向均匀分布在宽的范围内。车道荷载不考虑冲击系数。设计卡车荷载有个轴，前轴轴重 ，后 两个轴轴重均为 。轴距为和 ，后两轴轴距应该根据计算情况取最不利的轴 距。双轴荷载则由两个集中荷载组成，大小为 ，间距为。在设计时，应该取均布荷 载卡车荷载，以及均布荷载双轴荷载这两种组合形式中的最大值作为设计活载。英国相关条文 标准的公路荷载分为和两个级别。 万方数据 轴车辆荷载轴重用。表示，其中代表车道序号，即对于不同车道。值不同；均布荷载用。表示，其中也是代表车道序号。与其它规范不同的是，均布荷载的单位是，而不是。双轴车辆的加载位置应为车辆中心线与车道中心线重合，而均布荷载则是全车道满布加载。 多车道横向折减 在公路桥梁活载效应计算过程中，通常将空间结构分析转化为平面杆系结构以达到简化计算的目的。对结构上所计算截面的某项荷载效应的影响线按最不利位置进行加载。为了考虑多个加载车道同时处于最不利荷载状况的可能性，通过多车道横向折减系数来予以考虑。、规范均采用这样的方式，如表所列。而、对于横向多车道折减问题则采用了给定布载方式的形式。规定荷载作用于两个名义车道，其余车道作用的荷载，并依据荷载参与组合的形式规定了三种布载方式：（）仅有一个车道最不利位置作用有时；（）两个车道作用，在作用范围外加载荷载；（）两个车道作用有，且外侧车道仅作用的荷载。的荷载分布模型共有种，在此仅介绍用于整体计算的荷载模型一。其首先将车道根据作用的最不利等级划分为四级，并给予编号、。其中为最不利车，次之，为除此之外的车道。不同等级的车道荷载等级不同，如表及图。此外，为了讨论各国规范在考虑汽车荷载横向分布上存在的差异，以典型用于整体计算的荷载模型模型一为基准，比较多车道横向折减系数。对于和，其各种计算工况多车道横向 上冯么冶 一一一 折减系数完全相同，对于则选用布载形式，得到如表的分析结果。 表横向折减系数 规范名称 图车道编号与布载（注：为车道宽度） 冲击系数 车辆以一定的速度通过桥梁结构时，由于各种因 表欧洲规范荷载标准值表 素的影响，必然对桥梁产生冲击作用，通常用冲击系数要包括桥面的粗糙度、车辆的动力特性、桥梁的动力特 车道序号 双轴荷载轴重 均布荷载似?一 来加以考虑。研究表明，影响车辆动力效应的因素主 性、车辆运行速度以及车辆数量等。然而由于影响动 力效应的因素的测定以及分析模型的不确定性，各国 对于冲击系数的考虑差异较大（见表），甚至有些规范没有规定冲击系数，如、。 表动力荷载允许值 其它车道 编号 项目（，为结构基频） 冲击系数“ 项目 当，时当，时 桥面板连接所有极限状态 ，一 当 其它方面 时 所有其它极限状态 疲劳和断裂极限状态 注：为冲击系数； 应用分析 文献选取了种 、 。 桥面宽为。首先利用有限元软件建立结构的有 的标准跨径桥梁为研究对象，除跨径结构的横断面为板梁，其他跨径结构的横断面为梁，比较了结构在、日本、澳大利亚等规范汽车荷载作用下，结构的等效荷载以及荷载作用产生的挠度、弯矩、剪力等响应。比较结果表明各国规范在汽车荷载的差异较大；同时由荷载引起的响应计算结果差异也较大。鉴于文献仅对中小跨径桥梁汽车荷载及其效应作了比较，本研究将依据适用于大跨径桥梁的特点。以某大跨径斜拉桥为背景，将、等典型国际规范进行跨径外推（因、规范规定其适用。于中小跨径桥梁），将外推后的汽车荷载同所规定荷载所产生的荷载效应进行比较。 某大跨度斜拉桥在最不利汽车荷载作用下的主梁、主塔、拉索响应计算为例，该桥跨径布置为 限元模型，并计算主缆缆力的影响线，再将前文所比较 的、汽车荷载与影响面相结合，计算得到关键构件的典型荷载效应，包括拉索的轴力、主梁的轴力、剪力，主塔的轴力、剪力、弯矩，如图图所示。从计算结果可以发现，各国汽车荷载在同一构件上产生的轴力、剪力、弯矩存在较大差异；对于不同荷载效应各国规范的规律性不同。从数据上看，荷载作用产生的主梁轴力最大，最小；对主塔的轴力各规范所产生的效应较为接近，略大，居中；对拉索的索力，的荷载效应最小，其余三个规范较为接近，其中最大、居中。计算结果与文献计算结构响应处于中等水平相吻合，显见将适用范围为 的、和推广至大于跨径的桥梁仍然适用。 上踢么绦 万方数据 一一一 。 譬 、 一” ？盘 ， 二： 船（ 壬一采 心国 繇力 幕 一 。螫 飞 钐 憋矽 黔叁，？ 潮心衫 、 么旷一 哥 瓜 礴？淫、代 一 影 、 单元号单元号 图关键构件轴力（依次为主粱、主塔、拉索） 八 ， “ ： 委， 暴 瓜 左 飞 飞￥ 一影 给 心 ，暴 。 一 ： ：僦裂 风烈 矿 心缪 弘 单元号 单元号 图关键构件剪力（依次为主梁、主塔） ” 。 帖 。 ， 、 十一。，。） 爪心 飞 、 一。 罨 采 心； 瓢 ，辞 、 、 罨霹一帖 ； 暴 夕 人 挝 飞沿一 矿 奄 弋 譬 ， 一 盎 ， 酬 、 单元号 一 ： 一哟 ? 筠 单元号 单元号 图关键构件弯矩（主塔塔根） 结语 本文以（公路桥涵设计通用规范）、 、三部规范荷载取值相当接近，而荷载取值相对较大。产生这种差别的原因笔者认为是在我国属于通用规范，活荷载取值未针对不同跨径的桥梁进行分界。 （）、（）（）为基础，介绍了以上几部规范中的汽车荷载，并进行了横向比较。 （）就各国规范的荷载取值而言，对于跨径以下的桥梁，荷载取值较大，相对偏于安全，荷载取值较小（特别是对跨径在以内的桥梁），相对偏于不安全，而、荷载取值介于之间；对于跨径大于以上的桥梁， （）就各国规范的汽车荷载作用下结构响应而言，同一荷载效应不同构件的响应规律不同；不同荷载效应同一构件的响应规律不同。产生这种差别的原因笔者认为是由于结构非线性效应、超静定结构构件响应关系的复杂性造成的。不过 （下转） 万方数据 上够么姥 一一 “已完工程价款结算单”和“已完工程结算表”及有关凭证，按合同付款原则，签字确认后按月结算。结算审计阶段的投资控制 但是由于在项目实施过程各个阶段中采用了全面的投资控制方法，到目前为止，投资控制工作满足了工程开展的要求，基本上实现了投资、进度、质量三者的统一。参考文献： 目前，嘉闵高架的竣工结算工作正在有序开展，竣工结算阶段是项目实施阶段投资控制的最后阶段，竣工结算阶段对工程造价控制的关键就是坚持按合同原则办事，主要是抓好以下几个方面： （）对结算内容的审查。 郝小果，强计中，陆凡，等项目实施阶段的投资控制 城市建设与商业网点，（） 谭必楚道路交通项目在实施阶段的投资控制中国市 政工程，（） （）对工程结算编制依据进行控制。 秦世光探讨工程建设项目实施阶段的投资控制建设 监理，（） （）认真审核工程结算，编制出符合实际情况的 李晓涛浅议工程实施阶段的投资控制中国资源综合 利用，（） 工程结算审价报告。结语 臧忠英加强施工图设计阶段工程投资的控制上海公 路，（） 虽然目前嘉闵高架工程竣工结算工作尚未结束， （上接）所产生的结构响应在所研究的各国规范中处于中间位置，因而笔者认为在现阶段采用所规定荷载进行大跨径结构设计仍然是可取的。 工大学， 鲍卫岗加快公路桥梁结构设计标准更新速度口中国公 路，（）： 鲍卫岗，宁