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摘 要：汽车荷载主要控制指标应采用加载总量，结合实际条件计算相应数值，根据重载交通进行确定。为不断降低独柱支撑匝道桥倾覆事故，本文比较国内外有关汽车荷载规范，研究分析桥梁倾覆事故中有关汽车荷载问题，重载交通线路汽车荷载计算不具有较大的桥梁倾覆效应，达不到相应安全度，随着不断增长的桥梁联长，降低了安全度。
关键词：独柱支撑匝道桥；抗倾覆；交通荷载
1. 前言
国内近年来发生数次桥梁倾覆事故，导致十分严重的经济损失和社会负面影响，车辆超载、超都是最终的事故调查结论，多次发生此类安全事故应引起交通运输管理人员的思考。规范对车道或车辆荷载的规定都是虚拟荷载，主要是利用调查测定实际车辆通行状态，并基于此归纳统计车辆的通行作用效应，主要有汽车荷载等级、计算图式及其标准值等有关内容制定规范标准。
匝道主要是指连接高速公路立交上、中道及下道部位的单车道单方向转弯道路，作为设置互通式立体交叉道路或高度不同道路及平行道路的连接车道。其曲线元主要由直线段、圆曲线段和缓和曲线段等结构组成。为避免直行车辆干扰匝道转入车辆，一些交流道在设计中加入集散道，使交织路段交通通行量得到缓解。独柱支撑匝道桥主要是指采用单独柱结构支撑的匝道桥梁，因采用单支点在横桥向对独柱墩进行支撑，受汽车偏载作用的影响，十分不利于结构横向抗倾覆的稳定性。匝道桥能够使交通拥堵得到明显缓解，交通畅通率得到显著提高。立交匝道可有效节约平面匝道占用路面50%，不足之处是其施工造价远高于平面匝道。
目前应用的规范中主要结合汽车荷载对结构弯矩、剪力效应统计归纳后进行计算，有待于深入验算桥梁倾覆效应的适用性。而随时代不断发展，车辆实际通行类别及排列方式也产生一定程度的变化。为有效避免再次产生倾覆事故及为改造加固桥梁及设计桥梁提供重要参考依据，深入研究桥梁抗倾覆验算汽车荷载具有十分重要的現实意义。
2. 国内外汽车荷载的有关规范比较
针对汽车荷载在不同国家规范中存在的差异，国内外学者都进行过较深入地研究，但目前还只依赖于对不同规范中汽车荷载及其产生的弯矩、剪力效应的比较分析，没有深入探讨其倾覆效应。结合有关地区调查统计联独柱支撑匝道桥梁的情况，分析其中4个代表性明显的预应力混凝土桥梁结构的倾覆效应。模型1：26米+36米+26米直线桥；模型2：31.5米+43米+43米+31.5米直线桥；模型3：26米+36米+26米曲线桥（90米曲线半径）；模型4：31.5米+43米+43米+31.5米曲线桥（90米曲线半径）。4座模型桥梁都具有9米宽，3.4米边支撑间距，采用盆式橡胶支座作为中支撑。针对独柱支撑匝道桥梁最不利的工况就是在最大偏心位置时主梁单车道满载作用，结合桥梁上部结构产生倾覆的基本原因，可明确梁端倾覆力矩为比较各规范汽车荷载倾覆效应，各规范汽车荷载在最不利工况下产生的梁端倾覆力矩情况为：美国AASHTO规范在各类汽车荷载中产生的倾覆效应最小，依次为公路04规范，最大的是英国BS5400规范，其中除英国BS5400规范外，其余三种规范不具有较大差距（不超过10%），英国BS5400规范相当于其余规范两倍；独柱支撑匝道桥梁如形式相同，直线桥梁在抗倾覆方面更不利；在各规范中汽车荷载作用对于不同结构产生的倾覆效应之间具有基本一致的比值；独柱支撑匝道桥梁结构在倾覆效应方面与作用汽车荷载总量之间具有比较相近的比例关系，与荷载作用模式的关系也不明显，所以对设计的控制可应用汽车单车道线荷载集度。
3. 独柱支撑桥梁倾覆事故荷载的相关分析
在汽车荷载作用下，国内近年来产生的独柱支撑桥梁倾覆事故数起，经深入调查分析，事故原因都是由严重超载而导致，现针对典型案例对有关汽车荷载情况分别进行分析。
3.1 津晋高速公路匝道桥事故
公路中一收费站800米外匝道桥在2011年7月15日突然发生坍塌事故，导致5辆载货车从桥面坠落， 6人死亡，7人受伤。109 米长度的互通式立交A匝道桥发生坍塌，桥梁达8.6米宽，路面7.6米宽，箱梁1.4米高。事故主要是因5辆大货车超载导致，总重5030千牛顿，对线荷载集度折算为46.15千牛/米。
3.2 某高架城市立交桥事故
2011年8月25日某市交通局例行检查超载运输车辆，造成桥梁沿曲线外侧依次停放一些超载车辆，进而导致主梁结构产生侧倾。及时对车辆进行疏导后，主梁恢复变形。结合有关调查资料，有7辆车处于倾覆段主梁135米范围内，每辆车重约920千牛，汽车共重约6440千牛，对线荷载集度折算为47.7千牛/米。
3.3 浙江上虞立交桥事故
2011年2月21日浙江省某公路匝道突然发生坍塌事故。桥梁现场造成140米长度的坍塌，有3辆货车侧翻在匝道上，造成2人轻伤。事故产生原因主要是3辆大货车因超载导致，总重约4900千牛，对线荷载集度折算为40.8千牛/米。
分析以上3起事故可发现，40—50千牛/米的汽车荷载线集度易导致桥梁倾覆事故，相当于公路04规范3-4倍的车道荷载，所以在重载公路上，独柱支撑匝道桥梁应汽车荷载的公路04规范标准提高。
4. 重载交通荷载及倾覆效应的相关分析
荷载模式进行纵向布置，结合公路04规范的荷载模式对车道荷载的确定方法，按照均布力基数q=10.8千牛/米，结合实测数据对剪力效应值计算集中力进行计算。该重载交通荷载模式分别加载模型1、模型2，分析模型桥梁端倾覆力矩。针对重载交通线路而言，在验算桥梁倾覆时公路04规范的汽车荷载达不到较高标准，随着增长的结构联长，将降低其安全度；对车道荷载模式修正能够使重载交通线路存在的结构弯、剪问题得到妥善解决，但无法对结构的倾覆效应准确模拟；针对联长在80—160米之间的结构，对车队荷载模式修正，对其线荷载集度折算约为49千牛/米，相对于独柱支撑匝道桥产生倾覆事故的实际荷载差别不大，可对重载交通效应进行客观准确地模拟。
5. 结语
综上所述，桥梁倾覆破坏属于一种瞬时行为，与“脆性”破坏结构相类似，难以防范并具有较大的经济损失，同时会导致十分不利的社会负面影响，对于从业人员应引起足够的重视程度。本研究得出以下三个结论：一是在对独柱支撑匝道桥梁倾覆效应进行计算时，可采用加载总量作为控制汽车荷载的主要指标，应结合实际条件确定具体数值以及产生重载交通的程度进行确定；二是对于重载交通线路而言，根据有关规范汽车荷载计算不具有较大的桥梁倾覆效应，也不具有较高的安全度，安全度与桥梁联长之间具有负相关关系；三是在施工及使用过程中，桥梁应将产生最不利倾覆的工况有效避免。
参考文献：
[1]黄国勇，兰长青.墩梁固结独柱墩桥梁抗倾覆分析及加固设计方法[J]，公路交通科技，2014.15
[2]吴腾，葛耀君，熊洁.现行国内外公路桥梁汽车荷载及其响应的比较[J]，结构工程师，2016.11
[3]李文生，郝峻峰.中外桥梁设计规范汽车荷载比较[J]，上海公路，2015.16
[4]阮怀圣，马润平.美国公路桥梁设计规范中关于设计汽车荷载的研究[J]，世界桥梁，2015.7
[5]苏武.BS 5400与中国公路设计规范中的荷载及荷载组合[J]，铁道工程学报，2015.12
关键词：独柱支撑匝道桥；抗倾覆；交通荷载
1. 前言
国内近年来发生数次桥梁倾覆事故，导致十分严重的经济损失和社会负面影响，车辆超载、超都是最终的事故调查结论，多次发生此类安全事故应引起交通运输管理人员的思考。规范对车道或车辆荷载的规定都是虚拟荷载，主要是利用调查测定实际车辆通行状态，并基于此归纳统计车辆的通行作用效应，主要有汽车荷载等级、计算图式及其标准值等有关内容制定规范标准。
匝道主要是指连接高速公路立交上、中道及下道部位的单车道单方向转弯道路，作为设置互通式立体交叉道路或高度不同道路及平行道路的连接车道。其曲线元主要由直线段、圆曲线段和缓和曲线段等结构组成。为避免直行车辆干扰匝道转入车辆，一些交流道在设计中加入集散道，使交织路段交通通行量得到缓解。独柱支撑匝道桥主要是指采用单独柱结构支撑的匝道桥梁，因采用单支点在横桥向对独柱墩进行支撑，受汽车偏载作用的影响，十分不利于结构横向抗倾覆的稳定性。匝道桥能够使交通拥堵得到明显缓解，交通畅通率得到显著提高。立交匝道可有效节约平面匝道占用路面50%，不足之处是其施工造价远高于平面匝道。
目前应用的规范中主要结合汽车荷载对结构弯矩、剪力效应统计归纳后进行计算，有待于深入验算桥梁倾覆效应的适用性。而随时代不断发展，车辆实际通行类别及排列方式也产生一定程度的变化。为有效避免再次产生倾覆事故及为改造加固桥梁及设计桥梁提供重要参考依据，深入研究桥梁抗倾覆验算汽车荷载具有十分重要的現实意义。
2. 国内外汽车荷载的有关规范比较
针对汽车荷载在不同国家规范中存在的差异，国内外学者都进行过较深入地研究，但目前还只依赖于对不同规范中汽车荷载及其产生的弯矩、剪力效应的比较分析，没有深入探讨其倾覆效应。结合有关地区调查统计联独柱支撑匝道桥梁的情况，分析其中4个代表性明显的预应力混凝土桥梁结构的倾覆效应。模型1：26米+36米+26米直线桥；模型2：31.5米+43米+43米+31.5米直线桥；模型3：26米+36米+26米曲线桥（90米曲线半径）；模型4：31.5米+43米+43米+31.5米曲线桥（90米曲线半径）。4座模型桥梁都具有9米宽，3.4米边支撑间距，采用盆式橡胶支座作为中支撑。针对独柱支撑匝道桥梁最不利的工况就是在最大偏心位置时主梁单车道满载作用，结合桥梁上部结构产生倾覆的基本原因，可明确梁端倾覆力矩为比较各规范汽车荷载倾覆效应，各规范汽车荷载在最不利工况下产生的梁端倾覆力矩情况为：美国AASHTO规范在各类汽车荷载中产生的倾覆效应最小，依次为公路04规范，最大的是英国BS5400规范，其中除英国BS5400规范外，其余三种规范不具有较大差距（不超过10%），英国BS5400规范相当于其余规范两倍；独柱支撑匝道桥梁如形式相同，直线桥梁在抗倾覆方面更不利；在各规范中汽车荷载作用对于不同结构产生的倾覆效应之间具有基本一致的比值；独柱支撑匝道桥梁结构在倾覆效应方面与作用汽车荷载总量之间具有比较相近的比例关系，与荷载作用模式的关系也不明显，所以对设计的控制可应用汽车单车道线荷载集度。
3. 独柱支撑桥梁倾覆事故荷载的相关分析
在汽车荷载作用下，国内近年来产生的独柱支撑桥梁倾覆事故数起，经深入调查分析，事故原因都是由严重超载而导致，现针对典型案例对有关汽车荷载情况分别进行分析。
3.1 津晋高速公路匝道桥事故
公路中一收费站800米外匝道桥在2011年7月15日突然发生坍塌事故，导致5辆载货车从桥面坠落， 6人死亡，7人受伤。109 米长度的互通式立交A匝道桥发生坍塌，桥梁达8.6米宽，路面7.6米宽，箱梁1.4米高。事故主要是因5辆大货车超载导致，总重5030千牛顿，对线荷载集度折算为46.15千牛/米。
3.2 某高架城市立交桥事故
2011年8月25日某市交通局例行检查超载运输车辆，造成桥梁沿曲线外侧依次停放一些超载车辆，进而导致主梁结构产生侧倾。及时对车辆进行疏导后，主梁恢复变形。结合有关调查资料，有7辆车处于倾覆段主梁135米范围内，每辆车重约920千牛，汽车共重约6440千牛，对线荷载集度折算为47.7千牛/米。
3.3 浙江上虞立交桥事故
2011年2月21日浙江省某公路匝道突然发生坍塌事故。桥梁现场造成140米长度的坍塌，有3辆货车侧翻在匝道上，造成2人轻伤。事故产生原因主要是3辆大货车因超载导致，总重约4900千牛，对线荷载集度折算为40.8千牛/米。
分析以上3起事故可发现，40—50千牛/米的汽车荷载线集度易导致桥梁倾覆事故，相当于公路04规范3-4倍的车道荷载，所以在重载公路上，独柱支撑匝道桥梁应汽车荷载的公路04规范标准提高。
4. 重载交通荷载及倾覆效应的相关分析
荷载模式进行纵向布置，结合公路04规范的荷载模式对车道荷载的确定方法，按照均布力基数q=10.8千牛/米，结合实测数据对剪力效应值计算集中力进行计算。该重载交通荷载模式分别加载模型1、模型2，分析模型桥梁端倾覆力矩。针对重载交通线路而言，在验算桥梁倾覆时公路04规范的汽车荷载达不到较高标准，随着增长的结构联长，将降低其安全度；对车道荷载模式修正能够使重载交通线路存在的结构弯、剪问题得到妥善解决，但无法对结构的倾覆效应准确模拟；针对联长在80—160米之间的结构，对车队荷载模式修正，对其线荷载集度折算约为49千牛/米，相对于独柱支撑匝道桥产生倾覆事故的实际荷载差别不大，可对重载交通效应进行客观准确地模拟。
5. 结语
综上所述，桥梁倾覆破坏属于一种瞬时行为，与“脆性”破坏结构相类似，难以防范并具有较大的经济损失，同时会导致十分不利的社会负面影响，对于从业人员应引起足够的重视程度。本研究得出以下三个结论：一是在对独柱支撑匝道桥梁倾覆效应进行计算时，可采用加载总量作为控制汽车荷载的主要指标，应结合实际条件确定具体数值以及产生重载交通的程度进行确定；二是对于重载交通线路而言，根据有关规范汽车荷载计算不具有较大的桥梁倾覆效应，也不具有较高的安全度，安全度与桥梁联长之间具有负相关关系；三是在施工及使用过程中，桥梁应将产生最不利倾覆的工况有效避免。
参考文献：
[1]黄国勇，兰长青.墩梁固结独柱墩桥梁抗倾覆分析及加固设计方法[J]，公路交通科技，2014.15
[2]吴腾，葛耀君，熊洁.现行国内外公路桥梁汽车荷载及其响应的比较[J]，结构工程师，2016.11
[3]李文生，郝峻峰.中外桥梁设计规范汽车荷载比较[J]，上海公路，2015.16
[4]阮怀圣，马润平.美国公路桥梁设计规范中关于设计汽车荷载的研究[J]，世界桥梁，2015.7
[5]苏武.BS 5400与中国公路设计规范中的荷载及荷载组合[J]，铁道工程学报，2015.12