新建公路桥梁上跨高速铁路汽车荷载研究
１０４桥梁结构
城市道桥与防洪
２０１４年８月第８期
新建公路桥梁十跨高速铁路汽车荷载研究
乔晋姿
（中铁上海设计院集团有限公司，上海市２０００７０）
摘
要：对我国现行公路、城市桥梁规范及美国、英国桥梁规范中汽车荷载效应的对比分析，结合我国常见的超载现象及治超政
策规定，确定了新建公路上跨高速铁路桥梁的汽车荷载标准，并进行了经济技术分析，完善了高速铁路技术标准。关键词：公路桥梁；高速铁路；汽车荷载中图分类号：Ｕ４４１＋．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９—７７１６（２０１４）０８—０１０４—０３
０背景
为进一步贯彻落实党中央、国务院对“７．２３”甬
２汽车荷载
对于汽车荷载取值，我国公路、城市桥梁规范不尽相同，且与国外规范存在较大差异。
２．１我国公路汽车荷载
公路桥涵设计通用规范（ＪＴＧＤ６０—２００４）规定：公路汽车荷载分为公路一Ｉ级和公路一Ⅱ级，包括车道荷载和车辆荷载，两者作用不得叠加。其中公路一Ｉ级车道荷载均布荷载标准值ｑｋ＝１０．５ｋＮ／ｍ；集中荷载标准值，当桥梁计算跨径小于或等于５时Ｐｋ＝１８０ｋＮ，当桥梁计算跨径等于或大于５０时Ｐ。＝３６０ｋＮ；其余Ｐｋ值采用直线内插。计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘１．２的系数。
车辆荷载总重５５０ｋＮ，车长１５１ＴＩ，车宽２．５
１ＴＩ
温线列车追尾特大事故作出的重要指示精神，２０１１年７月铁道部提出了对高速铁路技术标准进行梳理的要求，建设司委托我院开展了“新建公路桥梁上跨高速铁路防护安全技术标准”课题研究
及纳规工作。
１概述
１．１上跨高速铁路立交桥现状
１ＴＩ
截止２０１１年底，全国各铁路范围内上跨铁路的立交桥共计５３１８座，其中的上跨桥已达７８４座。结合课题研究，对７８４座上跨桥进行了深入调查，并进行了分类统计。以建设标准区分，公路Ｉ级、ＩＩ级、城市道路分别占１０．６％、２３．０％、９．２％，共４２．９％。以主跨区分，跨径Ｌ＜２０１ＴＩ的小桥占全部上跨桥的４６．９％；跨径２０～３０１ＴＩ、３０～１ＴＩ的中桥分别占全部上跨桥的３２．７％和５．９％。以结构类型区分，空心板梁约４８％、简支箱
４０
ｉｎ，
纵向轴距３
ｍ＋１．４ｍ＋７ｍ＋１．４
１ＴＩ，横向轮距１．８
１ＴＩ。
２．２我国城市桥梁汽车荷载
城市桥梁设计规范（ＣＪＪ１１－２０１１）规定：城市桥梁汽车荷载分为城一Ａ级和城一Ｂ级，包括车道荷载和车辆荷载，两者作用不得叠加。其中城一Ａ级车道荷载同公路一Ｉ级。
车辆荷载总重７００ｋＮ，车长１８１ＴＩ，车宽２．５
ｉｎ，１１３。
梁约２４％。
总的来看，基本遵循了与高铁同期建设的原则，但设计标准多、结构类型杂、防护措施参差不齐。
１．２我国汽车超载现状纵向轴距３．６ｍ＋１．２ｍ＋６ｍ＋７．２１ＴＩ，横向轮距１．８２．３美国公路规范（ＡＡＳＨＴＯ）汽车荷载
美国汽车活载为货车荷载（或双轴汽车荷载）
与车道荷载的组合。车道荷载为９．３ｋＮ／ｍ的均布
根据交通部公路科学研究所对山西、河北、河南三省的调研，几乎所有干线公路均存在汽车车辆超载的现象，且超载程度十分严重，已经达到了额定承载的２～３倍。超载现象的出现，不但反映了汽车运输的无序性，从另一个侧面也反映了大宗货物运输的需求。因超载酿成桥梁垮塌事故时有发生，如若发生在高速铁路上，后果不堪设想。
收稿日期：２０１４—０４—０２
作者简介：乔晋姿（１９８２一），女，山西太谷人，工程师，从事桥梁与隧道工程设计工作。
荷载，不考虑冲击系数。货车荷载设计值前轴重３５ｋＮ，后两轴重１４５ｋＮ，纵向轴距４．３１ＴＩ和４．３～９．０１ＴＩ。双轴汽车荷载为一对１１０ｋＮ的车轮荷载，纵向轮距１．２１ＴＩ，横向轮距１．８
设计时采用以下三种情况中最大者：（１）双轴
１ＴＩ。
汽车荷载效应与设计车道荷载效应的叠加；（２）一辆货车荷载效应与设计车道荷载效应的叠加；（３）两辆货车与另一辆货车后轴最小问距为１５１ＴＩ时荷载效应的９０％与设计车道荷载效应的９０％叠加，此时每辆货车的后轮轴距取４．３
１ＴＩ。
２０１４年８月第８期
２．４英国规范（ＢＳ５４００）汽车荷载
城市道桥与防洪
桥梁结构１０５
超５５ｔ限载条件下汽车荷载效应计算分析，实际
汽车活载包括ＨＡ和ＨＢ两种，ＨＡ荷载代表
英国常规汽车荷载，ＨＢ为特殊单元荷载。
ＨＡ荷载包括布荷载（ＵＤＬ）加一个集中荷载
（ＫＥＬ）。当荷载长度Ｌ≤３０ｍ时，ＵＤＬ＝３０
９
ｋＮ／ｍ：
当Ｌ＞３０ｍ时，ＵＤＬ＝１５１（１／Ｌ）０’４７５ｋＮ／ｍ，但不小于
车流与公路一Ｉ级的简支梁最大正弯矩荷载效应比值分别为１．０６～１．１５、０．９～１．２１、０．８２～１．０５。由此可见，即使在治超政策规定的限制标准内，一般运行状态车队（实际车流）在中小跨径桥梁中所产生的荷载效应最大达到了公路一Ｉ级荷载效应的１２１％。
ｋＮ／ｍ。集中荷载ＫＥＬ＝１２０
ｋＮ。
ＨＢ荷载为特殊车辆荷载，为４个轴１６个车轮的车载。一个单位的ＨＢ荷载为每个轮重２．５ｋＮ，每个轴重４Ｘ２．５＝１０ｋＮ。ＨＢ荷载最小为２５个单位，如有确切的依据时可增加到４５个单位。车辆总宽度为３．５ｍ，总长度按最不利效应分别取１０ｍ、１５ｍ、２０ｍ、２５ｍ或３０ｍ，其对应的两内轴间隔分
别取６
ｍ、１１ｍ、１６ｍ、２１
４上跨桥设计汽车荷载标准提高系数
通过对我国现行公路、市政桥梁规范及美国、英国桥梁规范中汽车荷载效应的综合对比分析，结合我国常见的超载现象及治超政策规定，上跨
桥的汽车荷载标准可在现行规范规定的基础上，
提高３０％作为基本的提高系数，理由如下：（１）我国桥梁的设计荷载均低于美英等发达国家，采用１．３的提高系数也仅与英国基本持平。从长远的发展观点来看，我国的标准应逐渐向国际
水平靠近。
（２）按照现行治超政策规定，拟合车流产生的
ｍ或２６
ｍ。
整体计算中ＢＳ５４００选用单独的ＨＡ荷载、ＨＡ荷载与ＨＢ荷载组合两种情况进行分析计算。
２．５各规范汽车荷载比较
（１）我国公路桥梁和城市桥梁均采用相同的车道荷载规定；公路桥梁车辆荷载重力标准值５５０ｋＮ，城一Ａ级车辆荷载７００ｋＮ，城一Ａ级最大轴重及总重均大于公路桥梁车辆荷载。
（２）美国规范活载取值高出我国规范活载２０％
左右。
桥梁荷载效应已超出公路一Ｉ级荷载效应的２１％，考虑到适当的安全储备，在设计时采用１．３的提高系数，略偏安全。
（３）采用该值与国内对现行规范中关于“汽车荷载”修改的呼声相一致。例如，《河南省高速公路设计技术要求》规定：高速公路和特大桥梁、特殊桥梁的车道荷载均布荷载标准值ｑ。、集中荷载标准值Ｐ。和车辆荷载按公路一Ｉ级的１．３倍设计。
（４）针对跨径２０～４０ｍ简支箱梁，取桥面净宽
７
（３）英国ＢＳ５４００中ＨＡ荷载与我国公路规范车道荷载相似，ＨＢ荷载与我国公路规范车辆荷载相
似；ＢＳ５４００中ＨＡ和ＨＢ荷载可同时进行组合，而
我国公路规范的车道荷载和车辆荷载的作用不叠加。而且ＢＳ５４００中汽车荷载的分项系数取值标准高于ＪＴＧＤ６０。对于常用跨径桥梁而言，按ＢＳ５４００比按ＪＴＧＤ６０规范取值上，同等跨度其效应高出
３０％以匕。
ｍ，双向２车道，当公路一Ｉ级荷载提高１．３倍
后，荷载效应增大５％～１４％。
５技术经济分析
为了从宏观上了解上跨桥提高汽车活载系数后经济性方面的差别，以交通部４０ｍ装配式简支
小箱梁（桥面宽１３ｍ，单向３车道）和合蚌客专五
３我国治超现状
对于汽车超载，我国制定了系列治理超载政策及处罚措施。
３．１治超政策
交通部、公安部等七部委联合下发（交公路发
［２００４］２１９号）文件中对２轴、３轴、４轴、５轴、６轴
湖大道上跨立交桥主跨２５ｍ＋３５ｍ＋２５ｍ连续梁（桥面宽２４ｍ，单向４车道）为例，按不同安全等级、汽车荷载取值，通过对梁高、预应力调整等措施满足同等可靠度情况下，进行了分析。
５．１经济性分析
调整前后经济指标见表１、表２。
由表１可以看出，对于４０ｍ小箱梁，当梁高
及以上限超载率的限值分别为１７．６％、１５．４％、８．１％、１６．３％、１２．２％，其中最大超载率达到１７．６％。
计重收费政策各地大同小异，其中对超限装载小于３０％的部分按基本费率收取；超限装载大于３０％的部分按基本费率的１～６倍收取。收费政策从另外一个侧面反应出３０％以下的超载是常见现象。
３．２治超条件限制下汽车荷载效应
不变，结构重要性系数由１．０提高到１．１、汽车活载提高系数由１．０提高到１．３时，仅通过预应力调整
时，结构不满足规范要求，需同时调整梁高和预应力。当梁高由２．２５增加至２．４ｍ，预应力钢筋增加时，混凝土量增加４．２％，预应力钢筋增加１４．３％。
根据广深高速、１０７国道和虎门大桥东引桥治
１０６桥梁结构
表１交通部４０ｍ装配式简支小箱梁经济指标
（桥面宽１３ｍ）
城市道桥与防洪
表５
２５ｍ＋３５ｍ＋２５
２０１４年８月第８期
ｍ连续箱梁正截面抗弯承载力
可靠度指标（预应力调整）
中心点法
验算点法
序号篇雾瓣
１
２．３
４
１．１
１．３
１
１
。值
磊鍪
４．０１Ｅ一１４２．９９Ｅ一１２
。值
７．４７
磊攀
４．０１Ｅ一１４２．９９Ｅ一１２
７．４７
６．８８６．８８
（１）以４０１３１简支小箱梁中梁为例
表２合蚌五湖大道（２５＋３５＋２５）ｍ连续梁经济指标
（桥面宽２４ｍ）
当梁高由２．２５１３１增加至２．４ｍ、预应力调整
后、重要性系数和活载不提高时，中梁可靠指标Ｂ为６．７２；当重要性系数提高到１．１、活载提高到１．３时，中梁可靠指标｜３为６．１５；降幅为８．４８％，大于规范允许值４．７，结构可靠度满足规范要求。
（２）以２５
ｍ＋３５ｍ＋２５
１３１连续箱梁为例
当重要性系数提高到１．１、活载提高到１．３且
由表２可以看出，对于２５
ｍ＋３５ｍ＋２５
１３１连续
预应力调整后，可靠度指标ｐ从７．４７下降到６．８８，降幅为７．９０％，大于规范允许值４．７，结构可
靠度满足规范要求。
箱梁，当梁高不变，结构重要性系统由１．０提高到
１．１、汽车活载提高系数由１．０提高到１．３时，预应
力钢筋增加７．２％。５．２可靠度分析
６研究结论
（１）新建公路（城市道路）上跨高速铁路立交桥主跨及相邻两边跨桥梁结构汽车荷载采用相应标准设计荷载的１．３倍。位于城市人口稠密、交通繁忙或超载严重的地区，汽车设计荷载可根据实
际情况进一步提高。
可靠指标ｐ值是衡量结构可靠度的数值指标，ｐ值越大，失效概率Ｐ，越小，结构越可靠。工程上结构可靠度分析的实用方法有中心点法和验
算点法。
表３为《公路工程结构可靠性设计统一标准》（ＧＢ５０１５３—２００８）规定的最低可靠度指标。参照上述４０１３１简支小箱梁和２５ｍ＋３５ｍ＋２５１３１连续箱梁计算结果，进行可靠度研究，结果见表４～表５。
表３公路桥梁设计规范的目标可靠指标
安全等级
破坏类
珏ｇ
（２）结构重要性系数由１．０提高到１．１、汽车活载提高系数由１．０提高到１．３时，混凝土或预应力增加比例较小，工程量稍有增加即可保证足够的安全度，投资增加有限，但对上跨桥承载能力的提高却极为明显。
（３）研究结果“汽车荷载采用相应标准设计荷载的１．３倍。位于城市人口稠密、交通繁忙或超载严重的地区，汽车设计荷载可根据实际情况进一步提高。”已纳入《高速铁路设计规范（试行）》
（ＴＢｌ０６２１—２００９）和《新建时速２００～２５０ｋｍ客运
一级二级三级
可靠指标失效概率可靠指标失效概率可靠指标失效概率
延性脆性表４
４０
４．７５．２
１．３１．０
Ｘ
１０１０。７
４．２４．７
１．３
Ｘ
１０
６
３．７４．２
１．１
Ｘ
１０４
５
ｘ
１．３×１０１．３×１０
ｍ简支小箱梁正截面抗弯承载力可靠度指标（预应力调整）
中心点法
验算点法
专线铁路设计暂规（２００ｋｍ部分）》（铁建设【２００５】１４０号）两规范修编计划。
参考文献
序号篇梁嚣襟
ｐ值
磊鍪
ｐ值
磊攀
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