既有獨柱墩橋梁交通流量及工程應(yīng)用

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摘要：獨柱墩橋梁在偏載及重載車輛作用下，易產(chǎn)生橫向失穩(wěn)現(xiàn)象。對于既有獨柱墩橋梁，如何運用科學(xué)手段進(jìn)行抗傾覆評估，是橋梁管養(yǎng)人員需要關(guān)注的問題。文中提出了一種基于交通流量分析對既有獨柱墩橋梁進(jìn)行運營安全評估的方法，可與理論計算相結(jié)合，從橋梁實際運營狀況出發(fā)，對橋梁進(jìn)行科學(xué)管養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：獨柱墩；交通流量分析；穩(wěn)定性

1引言

獨柱墩橋梁因具有橋下空間較大、基礎(chǔ)及橋墩施工方便、造型美觀等優(yōu)點，曾一度在城市橋梁中廣泛應(yīng)用。但由于其單支承的結(jié)構(gòu)特點，梁體在重載車輛的偏載作用下，會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而發(fā)生傾覆問題。《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362-2018）［1］對梁橋的抗傾覆驗算進(jìn)行了全面細(xì)致的說明，其傾覆破壞過程主要表現(xiàn)為兩種特征狀態(tài)：一是單向受壓支座脫空，二是抗扭支承失效。而對于單支座或橫向間距較小的雙支座單墩橋梁，其抗傾覆力矩主要由梁體自身的恒載提供。當(dāng)橋梁上通行重載車輛且重載車輛處于偏載行駛狀態(tài)時，梁體在偏心荷載作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩［2-3］，若橋梁自身的恒載無法抵抗這一扭轉(zhuǎn)力矩，那么會產(chǎn)生支座脫空甚至梁體傾覆事故，造成惡劣的社會影響。對于新建橋梁而言，設(shè)計人員應(yīng)盡量避免使用獨柱墩橋梁，當(dāng)無法避免時，應(yīng)保證橋梁具備一定的橫向抗傾覆能力；而對于既有墩柱墩橋梁，管養(yǎng)人員應(yīng)重點關(guān)注，通過采取科學(xué)的評估手段，對既有獨柱墩橋梁的橫向抗傾覆能力進(jìn)行摸底，并結(jié)合一定的維修加固手段和相應(yīng)的警示措施，來保障橋梁運營安全。本文從交通流量分析［4］的角度，提出了一種對既有獨柱墩橋梁運營狀態(tài)的摸查方法。

2交通流量分析

交通流量分析可以采用人工計數(shù)法或視頻監(jiān)控法，通過N×24h不間斷的對橋梁進(jìn)行雙向交通流量觀測，掌握橋梁的整體交通流量情況以及重載車輛交通流量情況。主要從交通流量的時間分布性、交通流量的方向不均勻性、交通流量構(gòu)成三個方面，對橋梁的交通流量進(jìn)行分析。條件允許的情況下，還可配合車輛稱重系統(tǒng)，對橋梁通行車輛的載重情況進(jìn)行準(zhǔn)確掌握。在交通流量分析中，可按大型貨車、大型客車、小貨車、小客車對通行車輛進(jìn)行分類，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車輛換算系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車輛換算。各車輛的換算系數(shù)見表1。將統(tǒng)計出的車輛通行情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車輛換算，即可進(jìn)行相應(yīng)的交通流量分析。

3交通流量分析在獨柱墩橋梁中的應(yīng)用

對某獨柱墩橋梁進(jìn)行24h不間斷的交通流量觀測，通行車輛按車型進(jìn)行分類，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車輛換算。

3.1交通流量的時間分布情況

可以看出，該獨柱墩橋梁的交通流量情況主要有以下特點：自00:00時起，雙向交通流量呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，至08:00~10:00時，雙向車流量均達(dá)到第一個峰值，即早高峰；自10:00時后，雙向車流量呈緩慢下降趨勢，直至18:00~21:00時，再次達(dá)到第二個峰值，即晚高峰；自21:00時后，雙向車流量緩慢下降，回歸至較低水平。整體而言，基本符合白日車流量較多、夜晚車流量較少，存在早、晚流量高峰且晚高峰流量較大的分布特點。

3.2交通流量的方向不均勻性

方向不均勻性可以反映出道路路段上雙向交通量的大小差別，其中方向不均勻系數(shù)可以按以下公式計算：方向不均勻系數(shù)=較大交通量方向上的交通量/雙向交通量按車輛換算系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車輛換算后，分析該獨柱墩橋梁交通流量的方向不均勻性，見表2。可以看出，該獨柱墩橋梁的交通流量方向不均勻系數(shù)主要有以下特點：在觀測時間內(nèi)，全天的交通流量方向不均勻系數(shù)基本在0.50~0.65范圍內(nèi)，且在東西兩個方向上輪流體現(xiàn)。表明雙向車流量存在輕微不平衡性。

3.3交通流量構(gòu)成分析

可以看出，該獨柱墩橋梁的交通流量構(gòu)成情況主要有以下特點：交通流量主要由小客車構(gòu)成，其中小客車占比約為55%~60%；其次由大型貨車構(gòu)成，占比約為30%；大型客車和小貨車在占比較小，均為10%以下。

3.4大型貨車交通流量分析

對于獨柱墩橋梁，需要優(yōu)先關(guān)注重載及偏載情況。而大型貨車普遍載重量大，且可能伴隨超載現(xiàn)象，因此有必要對大型貨車進(jìn)行交通流量分析，重點關(guān)注大型貨車的時間分布特性和方向不均勻性。具體分析方法不再贅述，以下僅列出分析結(jié)果。（1）時間分布特點。該獨柱墩橋梁在01:00~05:00時間段，大型貨車車流量處于較低水平；自05:00時起，大型貨車車流量出現(xiàn)增長態(tài)勢，其中在08:00~11:00時，東往西方向峰值點達(dá)到128輛/小時，西往東方向峰值點達(dá)到110輛/h；在達(dá)到峰值后，大型貨車車流量呈緩慢波動，并于15:00~17:00時達(dá)到第二個峰值點，東往西、西往東方向分別為111輛/小時、75輛/小時；隨后大型貨車流量繼續(xù)波動，于22:00~24:00達(dá)到第三個峰值點，東往西、西往東方向分別為77輛/h、80輛/h。（2）方向不均勻特點。該獨柱墩橋梁每小時的大型貨車交通流量方向不均勻系數(shù)基本在0.51~0.64范圍內(nèi)，主要表現(xiàn)為東往西較大，與整體交通流量的方向不均勻性分析結(jié)果不一致。表明雙向大型貨車車流量存在輕微不平衡性，但由于大型貨車在整體交通流量中占比約為30%，這種不平衡性未能在整體交通流量中直接反應(yīng)出來。

4總結(jié)

通過交通流量分析，能夠更好的掌握獨柱墩橋梁的實際通行情況。當(dāng)大貨車通行量占比較大，且存在較為突出的方向不均勻特點時，應(yīng)當(dāng)尤其引起橋梁管養(yǎng)人員的關(guān)注。管養(yǎng)人員可以采取豎立警示牌的方式提醒通行車輛注意，如嚴(yán)禁大型貨車連續(xù)通行、提醒通行車輛靠中行駛等等。從交通流量分析的角度，形成既有獨柱墩橋梁的運營狀況評估體系，有助于更好的輔助橋梁管養(yǎng)部門科學(xué)化、高效化做好橋梁的養(yǎng)護(hù)維修工作，保障橋梁運營期安全。

參考文獻(xiàn)

［1］中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.JTG3362-2018公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.人民交通出版社，2018.

［2］彭衛(wèi)兵，徐文濤，陳光軍，等.獨柱墩梁橋抗傾覆承載力計算方法［J］.中國公路學(xué)報，2015，28（03）：66-72.

［3］魯圣弟，熊文，丁旭東，等.橋型布置對獨柱墩曲線梁橋抗傾覆性能的影響［J］.公路交通科技，2017，34（05）：95-101.

［4］崔杰，丁廣德，熊憲英，等.天津市交通流量調(diào)查和分析［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003（06）：86-88.

作者：高聰 單位：廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司