天津市市政工程设计研究院 天津市 300392
摘要：特种荷载下既有桥梁的相关验算在公路规范中并无阐述，本文结合实际遇到的案例并参考城市规范，对验算依据及整个验算过程进行了详细的阐述，并得出相关结论。
关键词：特种荷载 运营桥梁 结构验算
一、引言
近年来，随着经济的发展，港口物流等特殊的运输需求，某些道路会接到协助大件运输车辆的相关文件。这些道路均已运营多年，并且设计之初并没有特别考虑特重车辆的通行，因此要对通行桥梁进行特种荷载下的结构验算。
二、结构验算依据
特种荷载主要是指通行次数较少的重特车，因此现行《公路桥涵设计通用规范》及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计桥涵》并没有相关的条文规定。
而在最新版的《城市桥梁设计规范》10.0.4中，对既有桥梁，可根据过桥特重车辆的主要技术指标，按附录A的要求进行验算。
参考规范 《城市桥梁设计规范》 CJJ11-2011 （2019版） 附录A，计算参数如下选取：
1、当采用特种荷载验算时，不计冲击、不同时计入人群荷载和非机动车荷载。
2、按持久状况承载能力极限状态验算时，基本组合中结构重要性系数应为r0=1，相应汽车荷载效应的分项系数rQ1，对特种荷载应取rQ1=1.1。
3、按持久状况承载能力极限状态验算时，荷载效应组合采用标准组合。
1）应力验算
预应力混凝土受弯构件正截面应力：
受压区混凝土最大压应力（扣除全部预应力损失）：
σpc+σkc≤0.6fck
受拉区混凝土最大拉应力（扣除全部预应力损失）：
σpc+σkt≤0.9ftk
受拉区预应力钢筋最大拉应力：
对于钢丝、钢绞线：
σpc+σp≤0.7fpk
斜截面上混凝土的主压应力：
σcp≤0.65fck
斜截面上混凝土的主拉应力：
σtp≤0.9ftk
2）裂缝宽度验算
钢筋混凝土构件和B类预应力混凝土构件，其计算的最大裂缝宽度不应超过下列限值：
钢筋混凝土构件Ⅰ类和Ⅱ类环境0.25mm。
3）挠度验算
钢筋混凝土、预应力混凝土受弯构件在特种荷载作用下的挠度限值可按现行行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362规定的限值提高20%。
钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件按计算的长期挠度值，由汽车荷载频遇组合在粱式桥主梁产生的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。
三、结构验算过程
大件运输车辆需从天津某高速通行，根据车辆运载状态，车货全重155吨，轴载分布为：各轴重量分别为（9.6+10.1+10.3+15.5+15.7+15.7+15.6+15.7+15.7+15.6+15.5）t，总重155t。轴距分别为3.5m-1.45m-3.8m-1.55m-1.55m-1.55m-1.55m-1.55m-1.55m-1.55m，合计19.6m。车辆横向宽度3.6m。
既有高速公路桥梁的设计荷载标准：公路－Ⅰ级。
A 某分离式立交，桥宽17.5米，上部结构为25m预应力简支小箱梁，断面布置见下图，进行特种车辆验算。
根据规范，车辆应居中行驶，行驶速度一般控制在5km/h，按照路中线行驶，偏载系数取0.65。
原桥25m预应力简支小箱梁基本资料：
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断面布置
计算结果详如下：
最大压应力为10MPa<0.6 ×fck=19.440MPa
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最大拉应力为3.2Mpa>0.9 ×ftk= 2.385MPa
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主拉应力为3.2MPa>0.9 ×ftk= 2.385MPa
主压应力为15.8Mpa<0.65 ×fck=21.060MPa
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承载力8319KNm>7885 KNm
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根据以上规定及验算结果可知，25m预应力简支小箱梁梁在155吨超限设备的荷载作用下，不能满足受力要求。建议大件车辆绕行。
B某特大跨河桥，桥宽17.25米，上部结构为50m预应力简支T梁，断面布置见下图，进行特种车辆验算。
原桥50m预应力简支T梁基本资料：
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断面布置
计算结果详如下：
最大压应力为13MPa<0.6 ×fck=19.440MPa
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最大拉应力为2.01Mpa<0.9 ×ftk= 2.385MPa
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主拉应力为2.01MPa<0.9 ×ftk= 2.385MPa
主压应力为13MPa<0.6 ×fck=19.440MPa
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承载力满足
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根据以上规定及验算结果可知，50m预应力简支T梁在155吨超限设备的荷载作用下基本满足受力要求。可容许大件车辆通行。
C某主线小桥，桥宽17.25米，上部结构为10m普通钢筋混凝土简支板梁，断面布置见下图，进行特种车辆进行验算。
原桥10m钢筋混凝土简支板梁基本资料：
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断面布置
计算结果详如下：
裂缝0.19mm<0.25mm
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承载力647 KNm<840 KNm
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根据以上规定及验算结果可知，10m普通钢筋混凝土简支板梁在155吨超限设备的荷载作用下承载力基本满足受力要求。可容许大件车辆通行。
以上三组计算的挠度值均小于规范要求。
四、结语
通过以上三个实例可以得出以下几个结论：
1. 特种荷载通过既有桥梁时必须进行全面的荷载验算。
2. 荷载验算可以参考《公路桥涵设计通用规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计桥涵》及《城市桥梁设计规范》的相关规定。
3. 按持久状况承载能力极限状态验算时，基本组合中结构重要性系数应为r0=1，对特种荷载分项系数应取rQ1=1.1。
4. 普通钢筋混凝土构件，其计算的最大裂缝宽度不应超过下列限值：Ⅰ类和Ⅱ类环境0.25mm。
5. 预应力混凝土受弯构件正截面应力应验算以下内容：受压区混凝土最大压应力（扣除全部预应力损失）；受拉区混凝土最大拉应力（扣除全部预应力损失）；受拉区预应力钢筋最大拉应力；斜截面上混凝土的主压应力；斜截面上混凝土的主拉应力。
6. 除了计算混凝土主拉应力，箍筋设置也需要满足规范要求。
7. 钢筋混凝土、预应力混凝土受弯构件在特种荷载作用下的挠度限值可按现行行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362规定的限值提高20%，即l/500。
8. 大件车通行期间必须严格进行交通管控，严禁其他车辆通行。大件车车辆应居中行驶，行驶速度一般控制在5km/h。
参考文献：
《预应力桥梁在特种荷载作用下的结构效应对比分析》，梁锋，殷晓哥，《科技创新与应用》，2012年04期