汽车荷载等级.docx
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汽车荷载等级
6汽车及人群荷载
6.0.1《标准》（97）中的车辆荷载在形式上为四个等级，即汽车—超20级、挂车—120；汽车—20级、挂车—100；汽车—15级、挂车—80；汽车—10级、履带—50。
同时规定，新建公路桥涵的设计不采用汽车—15级、挂车—80荷载，只是为便于国家统计工作的连续性而保留这一级荷载。
《标准》（97）所规定的以车队为计算荷载图式的车辆荷载标准，是设计公路桥梁及其它构造物所规定的计算荷载。
为了保证桥梁的安全储备和使用寿命，对桥上实际行驶的车辆轴重和总重必须予以严格限制，一般情况下，不允许采用设计的极限值。
因此，设计轴荷载多大，桥上实际行驶车辆的轴荷载也允许多大，这是不对的，车辆设计荷载与车辆轴载、总载限制是两个不同的概念，不可混为一谈。
世界上有一些国家制定了车辆轴载限值标准。
他们在制定设计车辆荷载标准及车辆轴重限值时，除了考虑本国的国民经济发展水平外，同时考虑了采用重型汽车提高轴重限值而获得的运输经济效益与相应增加的公路基本建设投资及原有公路网的补强改造费用之间的合理平衡。
由于提高轴重对公路投资的影响十分惊人，长期以来，各国政府都采用了极其慎重的态度。
表6.0.1-1列出了几个经济较发达国家车辆荷载设计值和允许轴载值，表6.0.1-2列举了一些国家和地区的轴载限值。
表6.0.1-1轴载限值和设计标准值
国别
车辆轴载限值（kN）
设计荷载标准值（kN）
单轴
双联轴
单轴
双联轴
美国
联邦82
各州109
145
181
144
218
日本
100
160
英国
100
203
均布荷载中加入120
德国
100
160
200
400
法国
130
160
200
400
前苏联
100
200
120
240
意大利
120
190
180
280
表6.0.1-2 各国和地区轴载限值
地区
国家
单 轴
（kN）
双 轴
（kN）
地区
国家
单轴
（kN）
双轴
（kN）
美
洲
阿根廷
玻利维亚
巴西
加拿大
智利
哥伦比亚
墨西哥
秘鲁
美国
委内瑞拉
106
80
100
80，100
60．120
82
90
55，110
82．109
85
180
120
170
145，191
210
145
145
180
145，200
145
亚
洲
印度
印度尼西亚
伊朗
伊拉克
日本
韩国
马来西亚
巴基斯坦
菲律宾
沙特阿拉伯
新加坡
泰国
澳大利亚
新西兰
台湾省
香港
125
50，70
130
110
100
100
81
80
80
130
100
91
82，90
82
80
61
147
80，120
200
170
122
145
145
180
200
164
92，164
155
145
102
欧
洲
奥地利
比利时
保加利亚
捷克
丹麦
芬兰
法国
德国
英国
希腊
匈牙利
爱尔兰
意大利
荷兰
挪威
波兰
罗马尼亚
西班牙
瑞典
瑞士
土耳其
南斯拉夫
前苏联
80
130
100
100
80
100
130
100
100
100，130
100
102
120
100
60，100
80
100，75
130
100
100
80
100
100
160
200
115-160
145
160
160
200
180
160
163
190
180
90，160
145
160，120
147
160
140
145
160
180
非
洲
阿尔及利亚
埃及
利比亚
马里
摩洛哥
尼日利亚
索马里
南非
坦桑尼亚
扎伊尔
130
100
100
110
130
100
100
82
80
80
160
160
160
160
160
162
145
120
有
关
组
织
推
荐
泛美公路大会
美国各洲公路
工作者协会
AASHTO
原经互会
欧洲共同体
亚太经社会
80
91
100
110
110
145
155
180
180
180
现行公路桥涵结构设计用车辆荷载标准模式是根据我国建国以后公路上交通荷载的实际情况，经过相当长时期的分析、研究和修正确定的。
经过几十年的修订、完善，其分级逐步完善、科学、合理，基本适应了我国公路桥涵结构发展的需求。
1972年，在修订《标准》时，对原车辆荷载标准进行了一次检查，一方面向用车单位作调查，另一方面对按标准设计的桥梁通过一些重型卡车的能力作了计算比较。
调查及计算分析的结果是：
公路上最常行驶的车辆，解放牌一级总重不超过100kN，改装后的黄河牌和一些越野车总重不超过300kN，这些都不超过或略超过标准车加重车，对较重的车要加以验算。
鉴于车辆总重和轴重日趋增大，轴数也日渐增多，特别是发展大型集装箱运输后，通往集装箱港口码头的公路桥涵需考虑集装箱半挂车能否正常通行，而从一些计算资料可以看出，有些较重的卡车、自卸车、吊车和半挂、全挂车，在按汽车—20级、挂车—100设计的桥梁上还不能自由通行，因此，有必要在原有的车辆荷载标准中，增加一个较高的等级。
《标准》（81）确定，增加荷载等级汽车—超20级时，考虑了1978年京塘高速公路初步设计提出的两重车列形式，一是200kN车队或300kN车队插入一辆550kN半挂车；二是原汽车—20级乘1.5倍，间距不变。
后者虽然便于记忆和计算使用，但实际上并无300kN双轴车和450kN三轴车的车型，因此选定用200kN车队插入一辆550kN半挂车，车辆间距仍取15m，加重车前后的间距取10m。
在缺乏更多资料和科研成果的情况下，标准推荐暂用550kN半挂车插入200kN车队的形式作为新增加的车辆荷载等级标准即汽车—超20级。
为了保证桥涵的安全，对按荷载标准设计的桥梁的极限通过能力进行了计算。
在制方《标准》（72）时曾对三个等级的荷载标准作过验算；制订《标准》（81）时，又检查了各级桥梁的极限通过能力，所用车辆除我国自己生产的车型外，也考虑了进口的车型。
各国生产的普通载重卡车较重的是三轴车，而各国法定的车辆总重及轴重的限制，最大车重300kN左右，极个别超过300kN。
载重更大的车辆则向半挂车发展。
普通卡车有四轴的，其作用不比三轴大。
同吨位卡车大多有长短车身之分，其轴距亦不同。
验算通过能力时，选用了总重超过300kN或轴重超过120kN或重吨位轴距较短的车型。
另外还选用了日渐增多的吊车，其重型四轴车可代表我国生产的双轴转向的四轴卡车。
自卸车选用了载重120kN到320kN的各种车型。
半挂车和全挂车取用载重150kN到500kN的各种车型。
从验算结果看，上述车型通过汽车—15级桥梁的情况大体上比通过汽车—20级桥梁降低一级，即可以与标准车同时以单辆车慢行通过的只能单独通过、可以单独通过的只能单车慢车通过。
同时，又将在按汽车—20级荷载设计的桥梁上不易通过的重型车如Coles（柯尔斯）100t吊车、上海380（320kN自卸车）、汉阳960（500kN半挂车）及汉阳881全挂车等，与550kN半挂插入200kN车队作了比较，如以弯矩控制，跨径30m以下可与550kN半挂车队混行通过，跨径30m以上可单车通过，且都比汽车—20级通过情况为好。
但是它与汽车—20集相比，级差不大，如跨径50m以下单向宽11.7m的简支梁桥、汽车—超20级的弯矩只比汽车—20级增大12%，剪力平均增大17%；对净-7（m）的双车道桥，则分别增大3.4%和5.9%，似乎不足以形成一级，整个车辆荷载标准如何分级有待于进一步的研究。
经过多年的使用发现，有些标准图对汽车—15级与汽车—20级这两种荷载标准采用同一截面尺寸，只是钢筋稍有增加；还有一些则两者是完全一样的。
通过选用已有定型设计的钢筋混凝土装配式板桥和梁桥，分别计算在汽车—15级和汽车—20级两种不同荷载下所需钢筋虽比汽车—20级省1.8%~1.85%，但全桥造价只节省1.1%~5%，平均节省2.3%。
而且许多在按汽车—20级设计的桥梁上能通过的车辆，在按汽车—15级设计的桥梁上就不能安全通过。
也就是说汽车—15级的通行能力比汽车—20级肯定要差，因此，在1997年修订标准时，取消了汽车—15级、挂车—80这一级标准荷载。
但为了国家统计工作的连续性，标准中仍保留了这一级荷载标准。
但在今后的设计中不再采用。
经过几十年的发展事实证明，我国现行的公路桥涵设计用标准车辆荷载模式及其分级基本上是合理的，适应和体现了我国公路建设发展的需求。
但随着我国经济实力的增加和公路交通事业的发展，特别是高速公路、一级公路的快速发展，交通运输物流的迅速发展，对公路桥涵设计用标准车辆荷载的应用提出了更高的要求。
同时，我国现行的标准车辆荷载模式在总体上存在着一些不尽合理之处，如采用车队荷载模式在桥涵结构设计时计算非常繁琐、车队荷载在不同跨径的结构上产生的效应的连贯性不够合理、荷载的级差不容易识别等，同时，采用标准车辆荷载模式容易造成一部分人员认为设计采用的虚拟的标准车辆荷载说明在实际运营中允许如此载质量的车辆随意在相应的公路上行驶等错误的观念。
为此，本次修订时，对公路桥涵结构设计的标准车辆荷载模式及其分级作了调整。
一是改变了目前如汽车—20级之类的称呼，改为公路—Ⅰ级、公路—Ⅱ级；二是明确取消了汽车—15级标准荷载，即在标准中不再保留该级荷载标准；三是在本标准中取消了原汽车—10级标准荷载，尽管我国四级公路的里程有30多万公路，但考虑在设计四级公路的桥涵结构时，应适当提高桥涵构造物的承载能力，为今后道路的改造和提高等级、提高道路的通行能力创造条件，从投资方面来看，在一定范围内适度提高部分四级公路上的桥涵构造物的承载能力，对现阶段及今后公路交通事业的发展是有利的，也是可以接受的，也满足了国防道路的建设需求。
经过如此调整，汽车荷载分为公路—Ⅰ级、公路—Ⅱ级两级，从荷载水平看，公路—Ⅰ级基本相当于原标准的汽车—超20级标准荷载，公路—Ⅱ级基本相当于原标准的汽车—20级标准荷载。
同时，从形式上取消了验算荷载，而将验算荷载的影响通过多种途径间接地反映到汽车荷载模式中。
汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。
车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。
桥梁结构整体计算应采用车道荷载；桥梁局部加载及涵洞、桥台台后汽车引起的土压力和挡土墙上汽车引起的土压力等的计算应采用车辆荷载。
车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。
公路—Ⅰ级、公路—Ⅱ级汽车荷载的标准值是通过“公路桥梁可靠度研究”并经过与原标准的综合比较分析确定的，特别是兼顾了新旧标准间的衔接。
6.0.2《标准》（97）规定，高速公路应采用汽车—超20级标准荷载，一级公路可以根据公路的使用任务、功能和将来发展的需求等情况选用汽车—超20级或汽车—20级标准荷载，二级公路和三级公路原则上应采用汽车—20级标准荷载，四级公路应采用汽车—10级标准荷载。
本次修订时，根据一级公路在公路网中的地位和作用，将一级公路拟采用的汽车荷载标准统一规定为公路—Ⅰ级，而将二、三、四级公路上的桥涵结构的汽车荷载标准统一调整为公路—Ⅱ级，考虑到标准使用的延续性、及一些边远地区交通的实际情况及与原标准汽车—10级标准荷载应用的实际衔接，补充规定了重型车辆少的四级公路的桥梁设计所采用的汽车荷载标准值可为公路—Ⅰ级汽车荷载标准值的0.60倍。
这样，在汽车荷载等级上只有两级，但在四级公路桥梁的处理上做出了局部的微调。
6.0.3本次修订，对汽车荷载模式进行了调整，取消了原标准的计算荷载和验算荷载的说法，同时，而将验算荷载的影响通过多种途径间接地反映到汽车荷载模式中。
表6.0.3举例针对不同的梁、板结构计算了在汽车荷载效应和挂车荷载效应不同荷载效应组合下的荷载效应，计算结果表明，在极大多数情况下，当计算结构的承载能力极限状态时，挂车荷载的效应不起控制作用，这就为取消挂车荷载提供了条件，可以采取多种方式方法将原标准的挂车荷载的作用隐含在新荷载标准中，而不必再规定挂车荷载，从而简化了设计计算。
表6.3标准车队荷载效应与挂车荷载效应的关系
1．简支板（净-7+2*1.0m）
跨径
（m）
位置
汽车—超20级
汽车—20级
备注
恒+汽+人
恒+挂
恒+汽+人
恒+挂
10
跨中M
614.19
550.88
574.76（0.9）
480.0
支点Q
378.9
369.53
296.03（0.71）
322.64
322.64/296.03=1.09
13
跨中M
931.78
933.85
903.11（0.945）
818.34
支点Q
393.19
435.01
340.34（0.8）
383.03
435.01/393.19=1.1
383.03/340.34=1.125
16
跨中M
1461.9
1426.7
1374.4（0.93）
1286.6
支点Q
490.5
537.56
418.3（0.75）
481.0
20
跨中M
2038.7
1927.0
1885.7（0.83）
1744.5
支点Q
536.4
567.9
463.7（0.71）
504.7
567.9/536.4=1.06
504.7/463.7=1.09
注：
括号内数值为汽车—超20级荷载的效应与汽车—20级荷载的效应比值，下同。
2．简支梁（净-7+2*1.0m）
跨径
（m）
位置
汽车—超20级
汽车—20级
备注
恒+汽+人
恒+挂
恒+汽+人
恒+挂
25
跨中M
4857.6
4747.3
4339.6（0.76）
4371.5
支点Q
855.6
753.8
720.3（0.65）
685.8
30
跨中M
6953.9
6665.9
6179.2（0.73）
6058.3
支点Q
1008.1
847.6
861.8（0.65）
793.9
35
跨中M
8922.3
8246.16
7929.1（0.73）
7664.4
支点Q
1101.4
905.8
963.5（0.65）
852.3
40
跨中M
11595
10599
10556（0.71）
9921
支点Q
1242
1029
1104（0.65）
976
45
跨中M
14648
13345
13489（0.73）
12567
支点Q
1393
1156
1267（0.67）
1103
50
跨中M
18068
16239
16756（0.73）
15359
支点Q
1576
1273
1424（0.68）
1222
3．简支板（汽车—超20级，双向四车道高速公路，桥宽度变化）
跨径
（m）
位置
边板
中板
备注
恒+汽
恒+挂
恒+汽
恒+挂
16
跨中M
1509.5
1530.7
1416.2
1444.7
成南线
支点Q
460.9
433.6
437.5
413.6
20
跨中M
2264.1
2201.5
2223.7
2151.1
支点Q
529.5
484.1
521.6
473.9
10
跨中M
531.5
495.7
486.2
461.9
锡宜路
支点Q
243.3
253.9
223.8
240.4
13
跨中M
625.2
817.2
754.1
757.9
支点Q
304.9
294.2
273.1
275.6
16
跨中M
1276.2
1271.2
1172.6
1182.3
支点Q
378.2
359.5
350.4
336.3
20
跨中M
2008.0
1928.4
1845.7
1785.4
支点Q
445.0
413.3
411.6
384.0
在修订本标准前，结合国家标准《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T50283—99）的编制，在开展“公路桥梁可靠度研究”时，对汽车荷载及其荷载效应都作了统计分析。
因为结构设计只需荷载效应,而行驶于桥上的汽车车队荷载以多个参数（车重或轴重、车间距、轴距）影响产生于结构中的效应,它不能被直接引入可靠度分析之中。
所以必须在汽车荷载调查分析基础上,通过对不同桥型、各种跨径的大量计算,求得具有控制作用的各类效应。
汽车车队荷载的调查是通过“公路车辆动态测试仪”进行的。
根据全国交通量调查长期观测的资料,选择了207、328、305、101四条国道干线上相应的山西晋城、江苏扬州、辽宁大洼、河北承德设置了测点。
晋城测点运煤车多,车重大；杨州测点车流多,密度大；大洼测点车型变化多,集装箱和拖挂车占较大比例；承德测点则是车重不大,行车密度也较稀。
这些测点的车辆交通情况各具有特点,在一定程度上反映了我国各级公路的车流状况。
通过各个测点连续五天的测录,获得了6万多辆汽车的相关数据。
此外,还用人工方法测得了300多辆汽车自然堵塞情况。
这些调查数据构成了汽车荷载分析,进而进行汽车荷载效应分析的基础。
汽车的行驶密度对结构设计有着重要的影响。
而公路上实际行车密度随时间（一天内）和季节的变化其差异是很大的。
在汽车荷载统计分析时,不能把所有样本笼统地集合在一起,而应根据实测资料大致地划分汽车的运行状态。
按照现行标准的规定以及目前设计所采用的汽车荷载标准,统计时将汽车荷载分为密集运行和一般运行两种状态。
前者的两辆相随汽车的时间间隔在三秒以下，也包括堵车状态，比拟于现行规范汽车—超20级；后者的两辆相随汽车的时间间隔在三秒及三秒以上,比拟于现行规范的汽车—20级。
从统计学的角度出发,要取得汽车荷载效应的统计资料,理应从实际结构上直接测得。
但是,目前在测试技术上尚存在困难,无法做到。
汽车荷载效应只能根据汽车荷载的实测数据及统计结果通过大量计算确定。
这样,就忽略了结构（空间或平面）、材料（弹性或非弹性）、计算（精确或近似假定）等因素的不定性对荷载效应统计规律的影响。
既然汽车荷载效应要通过计算加以确定,如何选择汽车荷载样本也是一个重要问题。
根据现有调查统计资料有以下三个方案可供选择：
①从汽车荷载统计规律中随机抽取车重和车间距组成各式车队；②在时段内寻找使结构产生最大效应的车队；③经剔除异常值后连续测录的自然车队。
经分析比较后认为,第三方案为最佳方案。
因为它不但更接近于实际车流状况,而且从统计分析结果看,无论是一般运行状态还是密集运行状态均不过多地脱离现行规范规定的汽车荷载标准产生的效应值,这样就可避免在材料用量上与以往设计结果比较波动过大。
汽车荷载效应的可靠性分析采用无量纲参数KSQ=SQ/SQk,其中SQ为根据实测的汽车荷载计算的效应值,分为一般运行状态和密集运行状态；SQk为根据现行规范规定的汽车荷载标准计算的对应于SQ的效应值,一般运行状态时汽车荷载标准采用汽车—20级,密集运行状态时汽车荷载标准采用汽车—超20级。
用K－S检验法或小样本W2检验法进行截口分布的拟合检验，设计基准期100年内的最大值分布根据截口分布选用了两个分布类型：
正态分布和极值Ⅰ型分布。
由汽车荷载效应在设计基准期内的统计参数和概率分布函数可以看出,在任何情况下剪力效应均不起控制作用,汽车荷载标准值应以弯矩效应的概率分布为基础取值。
按照国际惯例,荷载标准值
取保证率为95%的分位值。
则
一般运行状态时：
由正态分布计算得
由极值Ⅰ型分布计算得
密集运行状态时：
由正态分布计算得
由极值Ⅰ型分布计算得
以上各式中,
为由现行规范的汽车荷载标准图式产生的效应值。
一般运行状态时
对应于汽车—20级荷载；密集运行状态时
对应于汽车—超20级荷载。
显而易见,实际调查统计得到的效应标准值
均小于现行规范汽车车队荷载标准值产生的效应值
：
一般运行状态时约小11%；密集运行状态时约小7%。
上述研究成果从一个方面表明，我国原来采用的车辆荷载标准是恰当、合理的，总体上是应了我国公路交通事业发展的需求。
但在确定新汽车荷载标准值时还是根据有关要求总体上对汽车荷载的标准值的规定作了少量的提高。
上述取值原则承担了5%的风险率,若将风险率降到1%,则所得调查统计标准值
一般运行状态和密集运行状态均达到了现行规范的标准值
。
在《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T50283—99）工作的基础上，本标准将车辆荷载标准模式由车队荷载计算模式调整为车道荷载模式。
车道荷载模式由具有一定压力强度的分布力q和集中力P组成。
由于汽车荷载标准值是由设计基准期内汽车荷载效应最大值概率分布的某一分位值确定的。
所以车道荷载q和P值的求得,需要将其施加于各种结构的各种跨径,并使计算效应大致等于这个分位值。
经过反复的计算比较，提出了本《标准》规定的车道荷载的均布荷载q和集中荷载P之值。
由于原车队标准的原因，本《标准》在总体上与原汽车—超20级和汽车—20级标准荷载协调的基础上在局部或细部有些不同程度的差异，总体上，公路—Ⅱ级荷载与汽车—20级荷载产生的荷载效应相当，而公路—Ⅰ级荷载较原汽车—超20级标准荷载产生的荷载效应微有不同程度的提高，平均提高约6~8%。
公路—Ⅱ级车道荷载标准值统一取公路—Ⅰ级标准值的0.75倍。
如此，实际上，经过本次标准修订后，公路桥涵设计用汽车荷载标准值较原标准有不同程度的提高，这也与我国公路上交通量和交通荷载的快速增长在一定程度上是适应的。
同时，如果结合具体的桥涵结构设计规范，如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023--85），总体上对结构承载能力要求的提高幅度还要高一些，这对保证作为生命线工程的桥涵工程结构的安全、耐久是必要的。
6.0.4～6.0.5本《标准》规定：
桥梁局部加载及涵洞、桥台和挡土墙等的计算应采
用车辆荷载。
为便于管理并与原标准合理衔接，标准车辆荷载统一采用原汽车—超20级荷载标准中总重为550kN的重车。
如此，对原汽车—20级标准荷载作用的桥台和挡土墙的承载能力要求约提高140/120=1.167倍，实际工作中需增加的投资极有限但其对提高整个公路工程的通行能力的作用是极为明显的。
车辆荷载的变化对涵洞的设计影响很少，但对桥梁的局部构件的要求提高了。
从近几年桥梁结构的损坏情况看，很多为结构的局部构件的损坏造成整个结构使用出现问题，同时，相关的桥梁结构构件的局部承载能力应逐步趋向于一致，这对今后公路及其桥梁的改造是极为必要的。
为适当兼顾与《标准》（97）汽车—10级标准汽车荷载的合理衔接，标准对重型车辆少的四级公路上的相关构造物设计所采用的汽车荷载规定在公路—Ⅰ级标准汽车荷载的基础上乘以0.60的系数。
6.0.6本《标准》规定，桥面净宽除行车道宽度外，还包括硬路肩、安全带等宽度。
车辆实际行驶时，可能在行车道上，也可能在桥面的其他部位上，因此，要考虑桥面净宽内如何布载的问题。
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