一、概述

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

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

（以下97年《公路工程技術(shù)標準》簡稱“97《公規(guī)》”，98年《城市橋梁設計荷載標準》簡稱“《城規(guī)》”，2004年《公路工程技術(shù)標準》簡稱“04《公規(guī)》”）

二、三種荷載的時代意義

97《公規(guī)》汽車活載來自原蘇聯(lián)的荷載模式，是一種列車布置方式，車型分標準車（兩軸式）、加重車（三軸式）和半掛車（五軸式）三種。97《公規(guī)》的制定是通過對實際車輛的輪軸數(shù)目、前后軸間距、軸重力等情況的分析、綜合和概括，所規(guī)定出的橋涵設計的標準化荷載，其在形式上仍維持81年所確定標準車輛荷載的四個標準，97《公規(guī)》所制定的車輛荷載在橋梁設計方面發(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)設計的荷載標準。

《城規(guī)》是專門為城市橋梁制定的荷載標準，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)。從我國大中城市的橋梁來看，城市橋梁有著自己的特點：1、車輛密度大，交通高峰小時時，車輛間距只有3～5m。2、行車速度較慢，橋面平整度較好，車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準。綜上所述，《公規(guī)》車輛荷載軸重小、車距大（10～15m ）的特點與我國現(xiàn)代城市機動車輛的動態(tài)分布規(guī)律不太相符。因此，實行《城規(guī)》顯得尤為重要。

為了適應我國現(xiàn)代化發(fā)展需要，有利于與國際標準接軌，以便承攬國際橋梁設計任務，2004年國家交通部發(fā)布新《公規(guī)》，制定新的公路橋梁荷載標準。

三、三種荷載的加載方式

97《公規(guī)》汽車活載分為計算荷載和驗算荷載兩種，其中計算荷載以汽車車隊表示，驗算荷載以履帶車、平板掛車表示。計算荷載的汽車車隊一般以汽車-20級、汽車-超20級作為常用數(shù)據(jù)，驗算荷載一般以掛車-100和掛車-120作為常用數(shù)據(jù)，計算荷載的各等級汽車一列車隊的縱向排列均為重車一輛，主車車輛數(shù)不限，計入沖擊力的影響。用驗算荷載驗算時，不計沖擊力、人群荷載和其他非經(jīng)常作用在橋涵上的各種外力，平板掛車在橋梁全長內(nèi)用一輛布載。

《城規(guī)》汽車活載劃分為城-A級和城-B級兩個等級，根據(jù)橋梁荷載要求選擇相應的等級。同時汽車荷載分為車道荷載和車輛荷載兩種，當進行橋梁結(jié)構(gòu)計算時不得將車輛荷載和車道荷載的作用迭加。城-A及城-B級車道荷載按均布荷載加集中荷載計算，均布荷載和集中荷載的標準按橋梁跨徑確定。城-A級車輛荷載采用五軸式貨車加載，總重700KN；城-B級車輛荷載采用三軸式貨車加載，總重300KN。兩種汽車的橫斷面尺寸相同。

04《公規(guī)》汽車活載劃分為公路-Ⅰ級和公路-Ⅱ級兩個等級，汽車荷載亦由車道荷載和車輛荷載組成，當進行橋梁結(jié)構(gòu)計算時不得將車輛荷載和車道荷載的作用迭加。其兩種標準車道荷載亦按均布荷載加集中荷載計算，均布荷載和集中荷載的標準按橋梁跨徑確定。公路-Ⅰ級和公路-Ⅱ級汽車荷載采用相同的車輛標準值，總重550KN。

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

四、荷載的模擬轉(zhuǎn)化

在我們?nèi)粘９ぷ髦校Y(jié)構(gòu)計算多采用計算程序軟件來完成，用于計算結(jié)構(gòu)的軟件多已定義了中各級的車隊荷載標準，在活載加載時，只要選取相應的代碼就可以進行計算。但對于《城規(guī)》與04《公規(guī)》車道荷載多沒有定義。這就需要對相應荷載進行模擬。

利用計算程序在活載響應參數(shù)信息中“自定義汽車”或特殊車列選項可以解決這一問題，根據(jù)“車隊荷載”中車隊縱向排列重車一輛，主車車輛數(shù)不限的特性，對《城規(guī)》與04《公規(guī)》進行模擬，模擬方法為：將后兩種均布荷載加集中荷載的一列車道汽車荷載標準中的集中荷載定義為重車，同時將重車的車軸數(shù)定義為兩車軸，首軸至尾軸距離定義為0.01米，每軸重為集中荷載的一半。對于均布荷載，將其定義為主車，其車軸數(shù)仍然定義為兩軸，首軸至尾軸距離定義為0.5米，每軸的軸重為相應均布載在0.5米范圍內(nèi)的荷載值，重車首軸至相應主車尾軸與重車尾軸至相應主車首軸的距離定義為0.5米。

模擬轉(zhuǎn)化圖示

運用以上的方法可以將程序中沒有定義的荷載標準模擬出來，將新頒布荷載標準與老的荷載標準相結(jié)合，彌補程序中的欠缺。

五、荷載結(jié)果的比較與分析

以下通過連續(xù)結(jié)構(gòu)與簡支結(jié)構(gòu)兩組典型算例對新荷載標準模擬帶入同一計算程序進行計算,并對三種荷載標準所產(chǎn)生的彎矩及剪力結(jié)果進行比較，所加活載標準分別為：汽-超20、城-A級、公路-Ⅰ級。應用計算程序為BSACS 98（同濟大學）。

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

活載效應彎矩包絡圖 活載效應剪力包絡圖

荷載 內(nèi)力	汽-超20		城-A級		公路-Ⅰ級
	Max	Min	Max	Min	Max	Min
彎矩 (kn.m)	5479	-5541	6056	-5019	6156	-5166
剪力 (kn)	1249	-1241	1104	-1097	1126	-1119

活載內(nèi)力最值列表

支點 荷載	1（邊）	2	3	4	5（邊）
汽-超20	2619	7651	6780	7652	2621
城-A級	2565	7498	6647	7499	2558
公路-Ⅰ級	2578	7536	6687	7538	2571

支反力數(shù)值表（kn）

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

算例2：25m 簡支T梁邊梁，橫向分布系數(shù)0.75。

活載效應彎矩包絡圖 活載效應剪力包絡圖

荷載 內(nèi)力	汽-超20	城-A級	公路-Ⅰ級
彎矩 (kn.m)	1850	2112	1939
剪力 (kn)	365.6	346.7	318.7

活載內(nèi)力最值列表

比較算例2簡支T形梁彎矩計算結(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%。三種荷載剪力計算結(jié)果相近，汽-超20支點剪力較大一點。

通過對三種荷載結(jié)果的比較，我得出幾點總結(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。通過算例可以看出，對于以97《公規(guī)》列車加載型式為標準所計算的結(jié)構(gòu)仍能滿足車輛通過要求，現(xiàn)狀公路橋梁仍可以安全運營。2、由連梁反力可見：三種活載加載型式的反力很相近，所以新的荷載型式對基礎(chǔ)不會產(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)段更加細化。

六、結(jié)束語

三種荷載標準有各自的特點和加載方式，我對兩種新荷載的模擬是自己在平時工作中的一點經(jīng)驗，也方便了我用新荷載進行結(jié)構(gòu)計算。希望對運用《城規(guī)》與04《公規(guī)》一定的幫助作用。

參考文獻

[1] 《公路工程技術(shù)標準》（JTJ001-97）

[2] 《城市橋梁設計荷載標準》（CJJ77-98）

[3] 《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2003）

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