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城市桥涵设计常见荷载处理方法浅析安永宁

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2021年9月上作者：安永宁

[导读] 当前社会经济快速，交通数量以及车辆荷载等越来越大。在公路桥涵设计的总体设计中，中小跨径桥涵占据相当大的比例。

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摘要：当前社会经济快速，交通数量以及车辆荷载等越来越大。在公路桥涵设计的总体设计中，中小跨径桥涵占据相当大的比例。健全中小跨径桥涵的设计，对于桥涵设计使用功能的强化具有十分重要的意义。出于提升交通效率和保障交通安全的考量，对桥涵开展科学化设计具有相当关键的意义。文章站在桥涵设计现状的视角，对桥涵设计过程中存在的问题予以深入剖析，并在此基础上，提出了桥涵设计问题的应对措施，尽最大可能确定最科学的桥涵荷载范畴，保障桥涵设计使用的安全。
关键词：桥涵设计荷载处理
        引言：
        在很长一段时间内，人们理所当然的将所有引发结构反应的因素都叫做“荷载”，这是非常不科学的。以性质为标准，将引发结构反应的因素加以归类：一是作用在结构上的外力，例如自重、机械以及人群等。这些因素是直接在结构上形成力的作用，可以用“荷载”来统称概括；二是并非直接在结构上形成力的作用，而是结构所处的环境因素和自身因素所间接引发的效应，例如地震、温度变化以及混凝土的徐变和收缩等，这类因素只能用“作用”来统称概括。
        1、桥涵设计的荷载标准
        在实际工程设计中，经常存在内容混淆不易区分荷载的现象，需要依照相关要求开展合理的判断。以《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ 11-2011）里的汽车荷载模式为例，城一B、城一A级都选择单一集中荷载加均不荷载方式进行计算，此模式同《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60―2015）里的要求相吻合。然而在实际操作过程中，当桥涵跨径处于20米不衔接的状况时，城一A车道在连续弯梁的荷载计算方面会形成显著影响，具体为计算支点的反力、水平力、扭矩之后的取值。当选择好荷载模式后，应当对荷载执行相应的折算，对确切的城级的荷载标准进行推求。荷载不衔接在分片部位简支梁上的作用较小，但是会对连续弯梁和整体截面形成显著影响。同桥涵上部荷载比值相比，加载的总长度同车道荷载取值呈现出十分紧密的内在关联性，极有可能造成桥涵下部荷载幅值呈现出显著的上升效果，此结果与下部的安全度大于上部的安全度这一原则相符合[1]。
        2、桥涵荷载设计中的常见问题
        2.1耐久性考虑不足
        桥涵运行过程中耐久性不足是我国各类桥涵运行过程中存在较多的问题，以此造成后期维护和改建费用较高，给当地交通设施的正常运行和居民出行安全带来较大的影响。产生这一问题的主要原因是由在施工方案的设计中，对桥涵主体结构的抗压能力计算出现较大误差，对外界环境影响考虑不够周全，以此造成桥涵在实际运行过程中损耗速度不断加快，严重影响了桥涵的设计寿命。
        2.2设计标准低
        处于经济因素方面的考虑，桥涵设计方案中诸多环节无法达到国家强制性标准或者仅能达到最低设计标准，但是对于当地经济增长和交通流量增长的预测严重失衡，使得桥涵使用的期限严重缩减，不得不采取改扩建等措施来弥补前期设计的不足，造成更大的浪费。
        2.3承重能力设计不足
        桥涵在运行过程中能够达到的极限承重力和抗压能力是确保桥涵整体质量的关键环节，承重能力不足会给桥涵的实际使用带来较多方面的后续问题。在通行车辆重力超出桥涵极限承重能力标准的情况下，将会造成极大的安全隐患，对桥涵的部分结构造成损害，减少桥涵的实际使用年限。

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        3、桥涵设计的汽车荷载问题
        在桥涵荷载设计环节，可变荷载当中重要性最高的构成因素即为汽车荷载。汽车荷载涵盖车辆荷载和车道荷载两部分，可以被划分成公路Ⅰ级和公路Ⅱ级两类，其中车道荷载涵盖均布荷载和集中荷载两部分。车道荷载是在桥涵结构整体性计算过程中发挥作用的，例如主桁架、主梁以及主拱等结构的计算。在此过程中，有一个重要原则：车道荷载和车辆荷载二者共同形成效果绝不能叠加。集中荷载的标准值单纯的对相应影响线的峰值具有某种作用，而车道荷载的均布荷载标准值需要在同号影响线上布满，让结构尽可能暴露出最不利效应点。在确定横向布置的车道荷载数值以及车辆荷载的最大车道数值时，一定要严格依照设计规定的要求，确保设计数值必须不超过规定所限制的车道数界限。当出现超过2道横向车道数量的问题时，需要将布置车道数计算后的数值乘以横向折减系数，如果最终数值小于2道车辆的计算结果，则最终应选择2车道[2]。除此之外，需要将纵向折减在长跨桥涵上形成的汽车荷载纳入考量。当连续结构为多跨时，需要以最大跨径在整个结构上形成的汽车荷载加纵向折减后的结果进行计算。
        4、桥涵设计的人群荷载
        桥涵设计当中的人群荷载，应当在人行道净宽度内做横向布置，而纵向需要施加在区段里的可以让主梁形成最不利荷载效应的点。人行桥涵的专用人群荷载标准值为3.5kN/m2。依据桥涵计算跨径实际取值的不同，人群荷载标准值也会随之变化，应当依照现实状况因事而定。
        5、车道荷载集中力取值的问题分析
        冲击作用会对桥涵荷载形成巨大作用，桥涵结构、桥涵的跨度、桥涵的线路以及车辆类型等因素，都会在冲击力数值方面形成相当显著的影响。在冲击力涵盖竖向荷载时，需要将静荷载乘以冲击系数的结果作为最终取值。一般来说，桥涵跨中位置的周边是动位移最大的地方，但是对桥涵的振动频率并不会形成过于明显的影响。桥面的起伏是引发桥涵出现震动的内在因素，当桥面状况每况愈下，就增加了桥涵的震动幅度。当桥面情况越来越差时，桥涵的动力系数呈现出非线性增加现象，且表现出显著的幅度增加。所以，当计算冲击力时，切不可仅仅套用公式得出数据，而需要将全部因素纳入考虑，综合分析之后予以计算，继而得到准确的、切实的方案效果。
        6、针对桥涵设计中的荷载问题进行应对
        首先，绝大多数的城市都是跨度小于50米的中小型跨度桥，荷载呈现出连续性，应当依照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60―2015）的具体要求，即依据荷载5～50 m跨度的内插开展荷载计算。其次，出于方便计算的考量，应当选择集中荷载组合及均布荷载模式进行荷载计算，这是荷载设计的最优性选择。
        再次，依照桥涵方案的特殊性要求，在设计环节需要依照桥涵属性的特殊差异确定最适合的规范加以执行。
        7、结语
        在公路桥涵的所有方案计划中，中小跨径桥涵的方案数占据相当显著的比例。不断优化中小跨径桥涵的方案计划，对于桥涵设计使用功能的强化具有十分重要的意义。在确定桥涵的荷载数值时，需要以现实需求为基础，对各方面因素进行综合考量。在实际操作过程中，对潜在冲击作用和车辆荷载予以全面的考量，并将人群荷载纳入整体因素考量体系，依照工程的具体情况展现，方案设计工作者需要对设计过程中的重点难点加以有效分析、正确认识以及科学应对，确定匹配的、合适的荷载规范。在开展桥涵设计的整个环节中，需要依据科学的规范开展，尽最大可能的确定最科学的荷载范畴，保障桥涵工程切实做到“结构安全、使用舒适、经济合理、施工方便、易于养护维修、与环境协调”的整体性功能。
参考文献：
[1]周锐.山区公路中小跨径桥涵设计问题探讨[J].工程建设与设计,2020,445(23):105-107.
[2]王清龙.桥涵设计荷载及组合形式研究[J].交通世界,2020,535(13):96-97.