在役桥梁安全运营评估分析

在役桥梁安全运营评估分析

2013-08-14 02:39:44 字体：大 中 小 打印 收藏

摘 要：文章通过对矿山桥进行现场交通流的实地调查，以概率统计计算为基础，确定出了桥梁验算车辆荷载模型，通过对各种重车模型的组合，建立了密集交通流量下桥梁荷载模式。基于以上模型与荷载模式的建立，对矿山桥进行了安全运营评估分析。研究结果表明：该桥承载潜能较好；该研究可指导其他桥梁安全运营和可靠性分析研究。

关键词：在役桥梁; 安全运营; 超载模型; 桥梁荷载 前言

目前，我国的公路和城市桥梁中，危旧桥所占比例非常高，对在役桥梁急需进行安全评估。特别是随着经济的发展，原有路线所承担的交通量迅猛增长，既有桥梁安全运营分析已成为桥梁研究领域中一个重要的问题。

在复杂交通下，道路荷载以多个参数(如超载率、车重、轴距、行车间距等)影响着产生于桥梁结构中的效应。本文依托工程实例，通过对既有桥梁交通量的统计分析，建立桥梁荷载效应模型，对在役桥梁在复杂交通下的安全运营进行评估分析。 一、项目概况

现有矿山桥位于邢峰线武安境内，该桥为15m+50m+15m双曲拱桥，车道布置为分离式双向四车道，由于东桥年久失修，需拆除重建，往来车辆将并入西桥通行，这将导致西桥交通量猛增，对原有结构产生不良影响，因此需要对新的荷载变化进行分析，根据分析结果采取相应管理措施，确保西桥的运行安全。 二、道路荷载类型及分布特点 （一）车辆荷载模式的确定

邯郸市位于河北南部，是晋冀鲁豫四省交通的咽喉要道，邢峰公路与国道309相接，是煤矿等物资外运的重要通道，交通繁忙且以重车为主，为典型的重载道路。

我们定义货车的实际载重重量与额定载重重量的比值为货车的实载率，若实载率大于1，则认为该车处于超载状态。据河北省的调查资料表明，80%以上的汽车超载运输，超载吨位通常为标准吨位的50%—100%之多。在目前的公路交通中，重型货车的超载现象是普遍的，超载对桥梁结构造成的损伤将是不可逆转的，因此在建立重车荷载模型时必须考虑超载的因素。

重车有牵引车、自卸车、载货车以及搅拌车等多种类型，按照轴数可以分为2-5轴乃至更多。为了简化计算模式，小轿车、客车、小货车等对结构影响较小的车辆在计算中不予考虑。因此，在对本路段进行车辆实载调查时，忽略轴载较小的轻型车辆或其他普通货运车辆，只考虑额定装载质量较大的货运车；根据车辆载重特点和轴型分布特征将车辆分为双轴、三轴、四轴及五轴车等4种类型来调查。

由于各种车型子样的样本量并不是充分大，而且不是严格服从某一种标准分布，所以车重的分布规律不好判断，故分别计算出它们的均值和方差以及上侧分位数的值，作为确定验算荷载的理论依据。经过计算分析，将各种车型车重的上侧分位数值取整后作为超载车辆荷载的标准值。由各轴重与车重的比例关系确定出各自超载车辆荷载的数值，从而建立超载车辆荷载计算的模型。

本次调查在2012年7月30日~8月5日进行，每天选取交通量最大的时间进行连续观测，各轴型车辆实际装载质量及其平均值和最大值见表1所列。

表1车辆超载情况调查表

为了计算的方便，我们引入超载系数的概念，超载系数为车辆实际重量与额定重量的比值，通过本次抽样调查表明，大货车普遍超载严重，超载系数在1.3-1.7之间，其中以两轴车超载系数最大。 （二）密集交通流量下桥梁荷载模式的选择

在对桥梁进行安全运营评估及可靠性分析时，直接应用的是车辆荷载效应而并非车辆荷载。当沿车辆行驶方向上车辆控制效应的影响线长度较长时，一个车队产生的最大荷载效应几乎完全依靠车队的总重，一个随机车辆的单根轴重的影响可以忽略。因此可以将由n辆车组成的车队等效成长为的均布荷载q，作用于桥面上。

通过对该桥梁交通流的统计，此路段最常行驶的车辆为两轴车及三轴车，部分车型实际车重超过标准车加重车。按照最小车距考虑，对重车进行合理的组合并计入超载的影响，将车队荷载等效为均布荷载，超载车重计为集中力，可以得到慢速通行条件下的荷载模型。

考虑到1978年京塘高速公路初步设计提出的重车列形式的概念，本文提出两种桥梁荷载模式。一是选取三轴重车车队作为计算荷载图式中的车辆荷载标准，其中一辆为超载车辆；二是两轴重车车队中插入一辆超载五轴车，后者类似于现行规范标准中的公路一级荷载。车重选取表（1）中实测平均车重与规范中标准车重的较大值，车辆间距仍取15m，加重车前后的间距取10 m。 荷载模式计算式如表（2）所示：

（三）实例分析

为了分析交通流改变对矿山桥（西）的影响以采取相应的措施确保东桥施工期间西桥的安全性、稳定性，采用Midas结构分析软件对结构进行仿真分析。由于边孔跨径较小，且桥墩抗推能力较大，初步计算可知连拱效应较小，因此只进行主跨的模拟计算如图1。

图1 主跨桥梁模型消隐图

利用Midas的影响线功能，将上面建立的荷载模型作用于该桥，模拟在拟定的极端情况下移动荷载所产生的效应，并与设计状态荷载效应进行比较，所得结果如下表3所示：

分析结果表明：1.拱桥具有良好的承载潜力，即使在极端情况下，内力依然不会发生明显的变化，能很好的完成预定功能。

2.由原先的单向行车变为现在的双向行车后，在原始设计荷载条件下，其设计承载力依然满足使用要求。

3.交通流向的改变、交通流密度的改变，不会对该桥的承载力带来大的影响，但是会对桥梁的疲劳、耐久性带来消极影响。 三、结论

1.当前交通运输市场，超载现象严重，超载率普遍在30%以上；重车的类型表明车辆在朝着重型化发展。因此，随着经济的发展，车辆荷载增大是一个必然的趋势。为了避免所设计的桥梁还未完成服役期就出现安全等级不足的情况，对在役桥梁安全运营的研究也是事在必行。

2.通过对该线路超载情况的实地调查，得到了符合当地实际交通情况的验算车辆荷载模型及桥梁荷载模式，可供其他桥梁设计或结构损伤验算时参考。

3.在本桥施工期间，应加强西桥的交通管制措施，限载限速。限制运煤车辆集中通过桥面。在桥头两侧设置引导标示，避免交通拥堵引发车辆满载于桥面。

4.对于复杂交通下的公路桥梁，各车道间的车辆密度可能相互影响，如何考虑各车道间车流的相关性，尚需深入研究。同时，由于既有桥梁已经服役了一段时期，其桥面将会受到不同程度的损伤，行车不畅顺，所以还要考虑冲击荷载的影响。 参考文献：

[1]牛获涛，王庆霖.服役结构荷载估计初探[J]. 西安：西安冶金建筑学院学报，1994，26（4）：331-335. [2]姚继涛，浦聿修.现有结构的荷载概率模型及其统计推断[J]. 西安：西安建筑科技大学学报，1998，30（2）：103-106.

[3]梅刚，秦权，林道锦.公路桥梁车辆荷载的双峰分布概率模型[J].北京：清华大学学报，2003,43（10）：1394-1397.

[4]王荣辉，池春，陈庆中.广州市高架桥疲劳荷载车辆模型研究[J].广州：华南理工大学学报，2004,32（12）:94-96.

[5]王磊，张建仁.基于平衡更新过程的既有桥梁车辆荷载效应模型[J].西安：中国公路学报，2008,21 （5）：50-56.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1q5v.html