一、概述

橋梁荷載按其時(shí)間變化的性質(zhì)，分為永久荷載（permanent load）、可變荷載（variable load）和偶然荷載（incident load）。

在以往的橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算中，公路橋梁汽車(chē)活載加載一直沿用1997年交通部發(fā)布實(shí)施的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的荷載標(biāo)準(zhǔn)。1998年，建設(shè)部發(fā)布了《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定城市內(nèi)承建的城市橋梁、高架道路等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵守此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。2004年3月1日，交通部發(fā)布實(shí)施了新的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003），同時(shí)原97年《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》廢止。本文就三種荷載產(chǎn)生的時(shí)代意義、縱向加載之間的同異以及在運(yùn)用程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)荷載的模擬和內(nèi)力結(jié)果的比較三個(gè)方面淺談自己的看法。

（以下97年《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》簡(jiǎn)稱(chēng)“97《公規(guī)》”，98年《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》簡(jiǎn)稱(chēng)“《城規(guī)》”，2004年《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》簡(jiǎn)稱(chēng)“04《公規(guī)》”）

二、三種荷載的時(shí)代意義

97《公規(guī)》汽車(chē)活載來(lái)自原蘇聯(lián)的荷載模式，是一種列車(chē)布置方式，車(chē)型分標(biāo)準(zhǔn)車(chē)（兩軸式）、加重車(chē)（三軸式）和半掛車(chē)（五軸式）三種。97《公規(guī)》的制定是通過(guò)對(duì)實(shí)際車(chē)輛的輪軸數(shù)目、前后軸間距、軸重力等情況的分析、綜合和概括，所規(guī)定出的橋涵設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化荷載，其在形式上仍維持81年所確定標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，97《公規(guī)》所制定的車(chē)輛荷載在橋梁設(shè)計(jì)方面發(fā)揮了極其重要的作用，在《城規(guī)》及04《公規(guī)》出現(xiàn)之前，一直作為城市及公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)。

《城規(guī)》是專(zhuān)門(mén)為城市橋梁制定的荷載標(biāo)準(zhǔn)，選用加拿大安大略省公路橋梁規(guī)范（OHBDC）的荷載規(guī)定為主要參考依據(jù)。從我國(guó)大中城市的橋梁來(lái)看，城市橋梁有著自己的特點(diǎn)：1、車(chē)輛密度大，交通高峰小時(shí)時(shí)，車(chē)輛間距只有3～5m。2、行車(chē)速度較慢，橋面平整度較好，車(chē)輛沖擊力比公路橋梁小。3、城市人口密度大，人群荷載值大于公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，《公規(guī)》車(chē)輛荷載軸重小、車(chē)距大（10～15m ）的特點(diǎn)與我國(guó)現(xiàn)代城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)分布規(guī)律不太相符。因此，實(shí)行《城規(guī)》顯得尤為重要。

為了適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展需要，有利于與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，以便承攬國(guó)際橋梁設(shè)計(jì)任務(wù)，2004年國(guó)家交通部發(fā)布新《公規(guī)》，制定新的公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)。

三、三種荷載的加載方式

97《公規(guī)》汽車(chē)活載分為計(jì)算荷載和驗(yàn)算荷載兩種，其中計(jì)算荷載以汽車(chē)車(chē)隊(duì)表示，驗(yàn)算荷載以履帶車(chē)、平板掛車(chē)表示。計(jì)算荷載的汽車(chē)車(chē)隊(duì)一般以汽車(chē)-20級(jí)、汽車(chē)-超20級(jí)作為常用數(shù)據(jù)，驗(yàn)算荷載一般以?huà)燔?chē)-100和掛車(chē)-120作為常用數(shù)據(jù)，計(jì)算荷載的各等級(jí)汽車(chē)一列車(chē)隊(duì)的縱向排列均為重車(chē)一輛，主車(chē)車(chē)輛數(shù)不限，計(jì)入沖擊力的影響。用驗(yàn)算荷載驗(yàn)算時(shí)，不計(jì)沖擊力、人群荷載和其他非經(jīng)常作用在橋涵上的各種外力，平板掛車(chē)在橋梁全長(zhǎng)內(nèi)用一輛布載。

《城規(guī)》汽車(chē)活載劃分為城-A級(jí)和城-B級(jí)兩個(gè)等級(jí)，根據(jù)橋梁荷載要求選擇相應(yīng)的等級(jí)。同時(shí)汽車(chē)荷載分為車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載兩種，當(dāng)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不得將車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載的作用迭加。城-A及城-B級(jí)車(chē)道荷載按均布荷載加集中荷載計(jì)算，均布荷載和集中荷載的標(biāo)準(zhǔn)按橋梁跨徑確定。城-A級(jí)車(chē)輛荷載采用五軸式貨車(chē)加載，總重700KN；城-B級(jí)車(chē)輛荷載采用三軸式貨車(chē)加載，總重300KN。兩種汽車(chē)的橫斷面尺寸相同。

04《公規(guī)》汽車(chē)活載劃分為公路-Ⅰ級(jí)和公路-Ⅱ級(jí)兩個(gè)等級(jí)，汽車(chē)荷載亦由車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載組成，當(dāng)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不得將車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載的作用迭加。其兩種標(biāo)準(zhǔn)車(chē)道荷載亦按均布荷載加集中荷載計(jì)算，均布荷載和集中荷載的標(biāo)準(zhǔn)按橋梁跨徑確定。公路-Ⅰ級(jí)和公路-Ⅱ級(jí)汽車(chē)荷載采用相同的車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)值，總重550KN。

《城規(guī)》與04《公規(guī)》這兩種汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)均由車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載，橋梁的主梁、主拱和主桁等的計(jì)算采用車(chē)道荷載；橋梁的橫隔梁、行車(chē)道板、橋臺(tái)或擋土墻土壓力的計(jì)算采用車(chē)輛荷載。

四、荷載的模擬轉(zhuǎn)化

在我們?nèi)粘９ぷ髦校Y(jié)構(gòu)計(jì)算多采用計(jì)算程序軟件來(lái)完成，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的軟件多已定義了中各級(jí)的車(chē)隊(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，在活載加載時(shí)，只要選取相應(yīng)的代碼就可以進(jìn)行計(jì)算。但對(duì)于《城規(guī)》與04《公規(guī)》車(chē)道荷載多沒(méi)有定義。這就需要對(duì)相應(yīng)荷載進(jìn)行模擬。

利用計(jì)算程序在活載響應(yīng)參數(shù)信息中“自定義汽車(chē)”或特殊車(chē)列選項(xiàng)可以解決這一問(wèn)題，根據(jù)“車(chē)隊(duì)荷載”中車(chē)隊(duì)縱向排列重車(chē)一輛，主車(chē)車(chē)輛數(shù)不限的特性，對(duì)《城規(guī)》與04《公規(guī)》進(jìn)行模擬，模擬方法為：將后兩種均布荷載加集中荷載的一列車(chē)道汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)中的集中荷載定義為重車(chē)，同時(shí)將重車(chē)的車(chē)軸數(shù)定義為兩車(chē)軸，首軸至尾軸距離定義為0.01米，每軸重為集中荷載的一半。對(duì)于均布荷載，將其定義為主車(chē)，其車(chē)軸數(shù)仍然定義為兩軸，首軸至尾軸距離定義為0.5米，每軸的軸重為相應(yīng)均布載在0.5米范圍內(nèi)的荷載值，重車(chē)首軸至相應(yīng)主車(chē)尾軸與重車(chē)尾軸至相應(yīng)主車(chē)首軸的距離定義為0.5米。

模擬轉(zhuǎn)化圖示

運(yùn)用以上的方法可以將程序中沒(méi)有定義的荷載標(biāo)準(zhǔn)模擬出來(lái)，將新頒布荷載標(biāo)準(zhǔn)與老的荷載標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，彌補(bǔ)程序中的欠缺。

五、荷載結(jié)果的比較與分析

以下通過(guò)連續(xù)結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)兩組典型算例對(duì)新荷載標(biāo)準(zhǔn)模擬帶入同一計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)三種荷載標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的彎矩及剪力結(jié)果進(jìn)行比較，所加活載標(biāo)準(zhǔn)分別為：汽-超20、城-A級(jí)、公路-Ⅰ級(jí)。應(yīng)用計(jì)算程序?yàn)锽SACS 98（同濟(jì)大學(xué)）。

算例1：30+35+35+30m連續(xù)箱梁，橋?qū)?m，按兩車(chē)道加載。計(jì)算結(jié)果如下：

活載效應(yīng)彎矩包絡(luò)圖 活載效應(yīng)剪力包絡(luò)圖

活載內(nèi)力最值列表

支反力數(shù)值表（kn）

比較算例1連續(xù)箱梁計(jì)算結(jié)果:彎矩計(jì)算結(jié)果中，城-A級(jí)活載與公路-Ⅰ級(jí)活載包絡(luò)圖型相似(因其加載型式相似)；在中跨支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)，城-A與公路-Ⅰ級(jí)活載彎矩絕對(duì)值較汽-超20車(chē)載小，偏小大約10%。而在邊跨正彎矩區(qū)，城-A與公路-Ⅰ級(jí)活載彎矩絕對(duì)值比汽-超20車(chē)載大，偏大大約10%。剪力計(jì)算結(jié)果中，城-A與公路-Ⅰ級(jí)活載最大剪力值小于汽-超20活載剪力值，偏小大約10%。支反力計(jì)算結(jié)果中，城-A與公路-Ⅰ級(jí)活載所產(chǎn)生支座反力與汽-超20活載支座反力相近。

算例2：25m 簡(jiǎn)支T梁邊梁，橫向分布系數(shù)0.75。

活載效應(yīng)彎矩包絡(luò)圖 活載效應(yīng)剪力包絡(luò)圖

活載內(nèi)力最值列表

比較算例2簡(jiǎn)支T形梁彎矩計(jì)算結(jié)果:汽-超20活載跨中最大彎矩小于其他兩種荷載，偏小大約10%。三種荷載剪力計(jì)算結(jié)果相近，汽-超20支點(diǎn)剪力較大一點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)三種荷載結(jié)果的比較，我得出幾點(diǎn)總結(jié)：1、三種活載加載型式所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值雖有差異，但內(nèi)力包絡(luò)圖型式基本一致，并且數(shù)值差異均在10%左右（在安全系數(shù)提高范圍之內(nèi)），這就充分體現(xiàn)了《城規(guī)》與04《公規(guī)》制定中的兼容性原則，新的結(jié)構(gòu)加載型式制定后，結(jié)構(gòu)計(jì)算中城市橋梁必須加載按照《城規(guī)》執(zhí)行，公路橋梁加載必須按照04《公規(guī)》執(zhí)行。通過(guò)算例可以看出，對(duì)于以97《公規(guī)》列車(chē)加載型式為標(biāo)準(zhǔn)所計(jì)算的結(jié)構(gòu)仍能滿(mǎn)足車(chē)輛通過(guò)要求，現(xiàn)狀公路橋梁仍可以安全運(yùn)營(yíng)。2、由連梁反力可見(jiàn)：三種活載加載型式的反力很相近，所以新的荷載型式對(duì)基礎(chǔ)不會(huì)產(chǎn)生影響，這同樣體現(xiàn)了兼容性原則。3、模擬出的《城規(guī)》荷載與04《公規(guī)》荷載與荷載自身所體現(xiàn)的原則是一致的，以0.5m為節(jié)段轉(zhuǎn)化成的密布集中力加載在桿系結(jié)構(gòu)與荷載自身均布力型式極接近，有特殊需要可將節(jié)段更加細(xì)化。

六、結(jié)束語(yǔ)

三種荷載標(biāo)準(zhǔn)有各自的特點(diǎn)和加載方式，我對(duì)兩種新荷載的模擬是自己在平時(shí)工作中的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，也方便了我用新荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。希望對(duì)運(yùn)用《城規(guī)》與04《公規(guī)》一定的幫助作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ001-97）

[2] 《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ77-98）

[3] 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）

[4] 橋梁結(jié)構(gòu)分析綜合系統(tǒng)BSACS 98 李國(guó)平