桥梁设计中的荷载相关问题的探究及对策研究

桥梁设计中的荷载相关问题的探究及对策研究

赵乐

（天津市政工程设计研究总院有限公司；300392）

摘要：随着行车密度、车辆重载和交通量的越来越大，科学的桥梁设计已成为保证交通运输安全和提高运输效率的重要因素。基于我国桥梁设计现状以及桥梁设计中存在的问题，提出在桥梁设计中应综合考虑车辆活载、可能的冲击力作用效果以及人群荷载，选择标准的荷载规范，争取达到最合适的荷载范围，确保桥梁安全。

关键词：桥梁设计;荷载问题;处理措施

1前言

随着我国经济的迅速发展，公路、桥梁上集装箱运输、载重货物运输、拖挂运输等重型车辆日益增多，大型平板车和矿山运载车等特种工程车也经常出现，这些都对桥梁设计带来高规格的要求。对于桥梁，尤其是大跨径桥梁而言，其设计要结合当地实际情况，在确保技术可行的条件下，进行大量的分析调查，然后制订方案，确保桥梁建设的安全性和可靠性。

2桥梁设计现状

当前，在桥梁设计过程中，大多数的设计者只考虑到了桥梁强度，而忽略了耐久性，偏重于强度极限状态而忽略了使用极限状态，偏重于结构建造而忽略了结构维护。事实上，耐久性只在概念的层面上受到关注。在当前的桥梁设计中并没有明确提出对使用年限的要求，没有专门对耐久性进行设计，即没能在材料及结构措施、设计程序上确保耐久性，也未能明确声明在何种维护、使用条件下，桥梁所应具有的耐久性。通常情况下，结构的使用性能差、使用寿命短以及工程事故频繁发生的不良后果，在一定程度上都和设计者的倾向有关。

3桥梁设计荷载要求

桥梁设计荷载时，最主要的可变活载就是汽车荷载。汽车荷载分为公路Ⅰ级及公路Ⅱ级，由车道荷载及车辆荷载组成，其中车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。通常，桥梁结构的整体计算采用车道荷载，而局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载，车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。

人群荷载在横向应布置在人行道净宽度内，在纵向应施加在可以使主梁产生最不利荷载效应的区段里，当桥梁计算跨径小于或等于50米时，公路桥梁的荷载标准值为30Kn/m2;当桥梁的计算跨径等于或大于150米时，为2.5Kn/m2;当桥梁的计算跨径在50到150米范围时，按线性内插得到人群荷载标准值，对于连续结构的桥梁，以主跨为准，对位于城镇郊区人群密集地区的公路桥，人群荷载标准值取上述规定值的1.5倍，对人行桥，人群荷载标准为3.5Kn/m2。城市的桥梁按照《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98），人行道板还应按4Kn/mm2（公路桥）或1.5kN（铁路桥)的荷载进行检算，人群作用于栏杆上的水平推力按0.75Kn/m考虑，作用于立柱和扶手的竖向力按1.0Kn考虑。所有公路、铁路、水利以及其他的部门在城市里承包建设的涵洞及城市桥梁都应该遵守《城市98荷载标准》。不过，现在城市桥梁方面的设计和以往的公路桥梁方面的设计存在很多不同的地方，《城市98荷载标准》和《公路04通用规范》里将荷载都分为永久作用的荷载、偶然作用的荷载、可变作用的荷载三种。相比而言，城市规范中有关均布荷载比较大、集中的荷载比较小，但由于公路荷载冲击系数提高很明显，最大跨径值基本上都以20米为界限。车辆荷载常用来计算横隔梁、桥台及行车道板等。

桥梁荷载设计中，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。三种状况分别如下：

（1）持久状况

指的就是在桥涵使用的过程中，因为长期承受结构重力和汽车载荷作用的现象等，主要要求的就是对设想结构的某些功能进行改进设计，就是说在承载能力极限的状态下和正常使用的状态下进行设计。

（2）暂时状况

指的就是桥涵在使用的过程中承受临时性作用的状况，对于这个的要求仅仅就在于是在承载力极限的状态下进行设计，必要的时候才可以在正常的状态下进行设计。

（3）偶然状况

指的就是再使用的过程中可能会偶然遭遇到自然灾害的现象，这个时候就不需要在正常使用的状态下进行设计，只需要在承载力极限的状态下进行设计。

3桥梁设计中存在的问题

桥梁在进行荷载设计的过程中，主要存在的问题就是其设计理论和结构构造的体系还不完善。在桥梁设计的过程中，必须要遵守两点原则：其一为在结构分析、构件和连接的设计方面，为了保证结果的安全性，必须要选择合适的并且符合相关规定的可靠性指数或者相关的安全性指标；其二就是在结构方案选择的时候，必须要进行选择合理经济而且科学的结构方案。很多设计人员在桥梁的使用时间和安全方面还存在很多的错误认识。他们往往只是倾向于相关的规范中的所计算好的安全系数数据，而对从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性等结构方面的构成部分以及从设计、施工到使用全过程中容易出现人为的错误，从而使得桥梁结构在设计的过程中就失去了其安全性。而在实际的设计过程中，还会出现不同的问题。结构的耐久性设计问题已经成为了实际的设计过程中最重要的安全性问题。有很多桥梁设计在初期虽然已经满足了设计的相关规范，但是只要时间太长的情况下，就会出现耐久性的问题，从而影响结构的安全性。例如说，桥梁设计人员对图纸的设计中的相关数据计算不准确，使得桥梁表面的受力不均匀；有的桥梁由于结构的整体性和延性都不足，导致其冗余性太小等各种各样的问题，这些问题看似都是一些小的细节问题，但是在实际的应用中，严重的削弱了结构的耐久性，从而影响了桥梁结构的安全性。因此，在进行对桥梁载荷设计研究的时候，必须要综合从其结构、材料等各个角度进行有效地措施，加强桥梁结构设计的耐久性和安全性。

4处理措施

桥梁设计中的载荷问题是一个不可忽视的问题。随着社会的发展，其桥梁设计人员也应该紧跟时代的脚步，不断的更新其设计理念，加强自己的设计技巧和设计的总结，全面保证人民的生命财产安全。

4.1重视设计的耐久性问题

很多的桥梁坍塌事件和损害的情况，其具体的原因都是和桥梁耐久设计的因素息息相关，这也是引起人们对其设计问题的重视。设计上的缺陷问题是直接影响其桥梁耐久性设计的关键性因素。结构的耐久性设计和常规的耐久性设计有着本质性的区别，因此，这就需要将耐久性的研究从定性分析到定量分析开始发展。而国外一些发达的城市桥梁设计就是将提高结构物的耐久性来作为设计桥梁耐久性的原则，对桥梁的结构布局和构造进行具体的考虑，使其结构更加容易维修和检查，以此来保证桥梁的安全使用和使用期限的延长，尽可能的减少维修和检查的奋勇，实现其综合效益。

4.2重视对疲劳损伤的研究

疲劳损伤一直都是桥梁设计过程中的核心问题。由于疲劳损伤而带来的桥梁开裂的事件有很多，因为疲劳断裂而引起的坍塌事件更是数不胜数。对于疲劳损伤的研究不应该仅仅只是局限于结构方面，对于某些关键部位的局部疲劳研究也是很有必要的。虽然结构疲劳损伤的问题已经作为了混凝土结构中的一个问题，但是对其动态性能和疲劳性能的研究和创新应该加强，并且还要做好这一方面的研究，将其研究成果应用到桥梁荷载的设计理念和原则中去。

5总结

桥梁在设计荷载时，应该综合考虑实际需要，因为桥梁设计方案的优劣会影响到桥梁的质量，以及人们生命财产的安全。因此在桥梁设计中，应考虑车辆活载以及可能的冲击力作用效果，以及人群荷载，选择标准的荷载规范，对桥梁进行处理，争取达到最合适的荷载范围，在保证安全的前提下，方便人们出行需要。

参考文献

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[2] 城市人行天桥精细化设计的关键问题研究. 闫文华.城市道桥与防洪,2021

[3] 城市桥梁与公路桥梁设计荷载标准对比分析. 郭瑞.科学技术创新,2021

[4] 基于公路桥梁设计中耐久性和安全性的分析. 熊倚奇;李赛.交通建设与管理,2021

[5] 高速公路改扩建桥梁设计关键技术研究. 张德强;刘保.工程技术研究,2021