浙江大学学报(工学版)

浙江大学学报(工学版), 2025, 59(5): 1092-1102 doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2025.05.022

土木工程、交通工程

不封闭交通下大件车通行中小跨径桥梁安全评估

王俊峰,, 刘博, 院素静, 王涛,, 韩万水

1. 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055

2. 江西省交通投资集团有限责任公司，江西 南昌 330108

3. 陕西省公路桥梁与隧道重点实验室，陕西 西安 710064

4. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064

Safety evaluation of special-purpose vehicle crossing small and medium span bridge under unclosed traffic condition

WANG Junfeng,, LIU Bo, YUAN Sujing, WANG Tao,, HAN Wanshui

1. College of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China

2. Jiangxi Provincial Communications Investment Group Limited Company, Nanchang 330108, China

3. Shaanxi Provincial Key Laboratory of Highway Bridge and Tunnel, Xi’an 710064, China

4. Highway College, Chang’an University, Xi’an 710064, China

通讯作者: 王涛，男，副教授，博士. orcid.org/0009-0005-5712-1799. E-mail: wtbridge@chd.edu.cn

收稿日期: 2024-03-17  

基金资助: 陕西省交通运输厅科研资助项目(23-34K)；陕西省自然科学基础研究计划一般项目-青年项目(2024JC-YBQN-0587)；陕西省公路桥梁与隧道重点实验室（长安大学）开放基金资助项目(QLYSD2024K11).

Received: 2024-03-17  

Fund supported: 陕西省交通运输厅科研资助项目(23-34K)；陕西省自然科学基础研究计划一般项目-青年项目(2024JC-YBQN-0587)；陕西省公路桥梁与隧道重点实验室（长安大学）开放基金资助项目(QLYSD2024K11).

作者简介 About authors

王俊峰（1995—），男，讲师，博士，从事在役混凝土桥梁性能评估的研究.orcid.org/0000-0003-4146-8892.E-mail：JunfengWang@xauat.edu.cn , E-mail：JunfengWang@xauat.edu.cn

摘要

针对当前大件车通行验算时常忽略与社会车辆混合通行的情形，完善大件车通行公路桥梁评估体系，开展不封闭交通条件下大件车过桥响应分析及多层次安全评估. 针对某省超重大件车荷载数据(包括载重及尺寸信息)进行统计分析，提出大件车代表车型. 给出不封闭交通时大件车通行桥面荷载的组成形式，提出四层次安全评估方法. 以17座典型中小跨径桥梁(双向四车道)为例，对大件车混合通行桥梁荷载效应进行分析，提出不同层次下可混合通行大件车的轴数限值. 研究发现，大件车可以划分为平板式与凹梁式2种类型，根据轴距分布及加载模式，可以进一步划分为5种结构车型、3种计算车型. 随着安全评估层次的降低，大件车混行荷载效应逐渐降低，满足混合通行条件的大件车数量增多，安全保障措施要求逐渐提高. 大件车混合通行时桥面中心附近的主梁荷载效应最大，应予以重点关注. 仅有较少车货总重较低的大件车可以混合通行跨径小于10 m的RC空心板桥，桥梁技术状况等级为2类以上的PC梁桥可以满足绝大多数大件车混合通行的要求.

关键词： 桥梁工程 ; 大件车运输车辆 ; 不封闭交通 ; 多层次安全评估 ; 荷载效应 ; 通行建议

Abstract

An evaluation system for special-purpose vehicles (SPV) passage on highway bridges was improved in order to address the commonly overlooked scenario of parallel traffic flow between SPV and regular vehicles during bridge load assessments. The response analysis and multi-level safety evaluation of SPV crossing bridge under unclosed traffic conditions were conducted. Statistical analysis was conducted on the load data of SPV (including weight and dimension information) from a specific province, leading to the identification of representative vehicle types. The composition of bridge loads for SPVs during non-closure traffic was determined, and a four-level safety assessment methodology was developed. The effects of parallel traffic by SPVs on bridge loads were analyzed by using 17 typical medium and small span bridges (bi-directional and four lane) as examples, and axle number limits for parallel traffic at different levels were proposed. The research findings show that SPVs can be classified into flatbed and concave types, further divided into five structural types and three calculation models based on axle spacing distribution and loading patterns. The effects of parallel traffic by SPVs gradually decrease as the safety assessment level decreases, allowing for an increased number of vehicles to travel in parallel while requiring enhanced safety measures. The maximum load effect on the main beam near the center of the bridge deck should receive particular attention during parallel traffic by SPVs. Only a limited number of low-quality oversized vehicles can travel in parallel on RC hollow slab bridges with spans less than 10 m, while PC beam bridges with a condition rating of class II or above can meet the majority of requirements for parallel traffic by oversized vehicles.

Keywords： bridge engineering ; special-purpose vehicle ; open traffic ; multi-level safety assessment ; load effect ; traffic proposal

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本文引用格式

王俊峰, 刘博, 院素静, 王涛, 韩万水. 不封闭交通下大件车通行中小跨径桥梁安全评估. 浙江大学学报(工学版)[J], 2025, 59(5): 1092-1102 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2025.05.022

WANG Junfeng, LIU Bo, YUAN Sujing, WANG Tao, HAN Wanshui. Safety evaluation of special-purpose vehicle crossing small and medium span bridge under unclosed traffic condition. Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2025, 59(5): 1092-1102 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2025.05.022

大件运输车辆(以下简称“大件车”)是用于大体积不可拆卸货物长距离运输的超限运输车辆. 近年来，由于各地区经济发展的带动作用，大件车在公路运输中出现的频率日渐升高[1]. 与常规货运车辆相比，大件车的几何尺寸大，整体装载质量高，承载货物具有特殊性，在车辆过桥过程中往往对桥梁结构产生较大的结构响应，从而对桥梁结构的安全性、适用性及耐久性构成威胁[2-4]. 大件车在申请上路通行前，需要进行严格的许可审批.

科学、快速的大件车通行公路桥梁安全评价方法一直是国内外学者的研究热点. 国外的研究人员率先借助可靠度理论建立适用于大件车的荷载及抗力系数评估方法(LRFR)[5]，提出通过大件车荷载效应与设计汽车荷载效应的比值进行大件车通行公路桥梁快速评估的方法[6-7]，该方法被广泛用于大件车通行公路桥梁安全评估及智能验算系统的建立[8-9]. 该方法未考虑公路桥梁承载能力的极限状态，在实际应用时给桥梁管养人员带来了不小的困扰. 张龙龙等[10-11]研究桥梁技术状况等级对大件车过桥评估的影响，对现有桥梁的承载能力进行折减. 李浩恒[12]以活载效应比较法为基础，考虑桥梁结构承载能力折减，采用逐级加载的方式得到不同轴数下大件车安全过桥的控制轴载. 李智斌[13]以满足裂缝宽度要求和桥梁承载能力2项指标作为大件车载控制的依据，提出既有桥梁大件运输的荷载控制标准. Han等[14-16]在考虑桥梁安全性的基础上，将耐久性评估纳入大件车通行评估体系，建立大件车通行公路桥梁的系统性的安全评估方法.

以上学者均将大件车作为特殊荷载单独考虑进行计算，未考虑社会车辆并行的情况. 刘航等[17]对比11轴、质量为176 t的大件车单独行驶与加入普通车辆混合行驶2种工况下16 m空心板桥的受力性能，发现混合行驶时产生的荷载效应较大，对于超过两车道或者安全储备不足的桥梁，要按照实际情况对混行方案进行评估.

综上可以看出，国内外研究人员针对大件车辆通行公路桥梁的快速评估方法进行研究，但大部分研究均将大件车通行假定为单车行驶，大多数验算机构采取或默认了这一验算原则. 2021年新修订后的《桥涵养护规范》规定，当超重车辆过桥时，不得有其他车辆同时过桥[18]. 现实情况表明，大件车行驶速度缓慢，通行时间较长，对于交通繁忙的路段，长时间的交通管制将耗费大量的人力物力资源，严重阻碍市民正常出行及公路运输. 大部分城市道路及高速公路不具备交通管制的条件，或未按实际通行建议执行交通管制，造成大量大件车与社会车辆混合通行的情况出现，给沿线桥梁的安全造成极大的隐患.

针对当前大件车通行公路桥梁验算工作面临的重大问题，本文开展不封闭交通条件下大件车过桥的安全评估研究. 基于国内某省大件车的统计数据，分析大件车的荷载及几何尺寸特性，提出代表车型. 根据大件车车货总宽确定桥面车辆荷载分布形式，提出大件车与社会车辆混合通行公路桥梁的多层次安全评估方法. 以17座典型中小跨径桥梁(双向四车道)为例，分析不同评估层次下的混合车辆荷载效应及评估结论.

1. 大件运输车辆荷载特性分析

1.1. 总体数据情况

从定义上讲，大件车作为运输大型不可解体物品的超限运输车辆，一般为超长、超宽、超重车辆，因此，大件车的范围非常广，小到30 t的2轴货车，大到600 t的重型货车. 大件运输车辆受到特别关注，是因为部分超重大件车的存在，引起了桥梁工程师对公路桥梁安全性的担忧. 将车货总质量大于80 t的大件运输车辆定义为超重大件车，选取我国某省一年内申请审批的大件运输车辆荷载数据进行分析.

图1给出大件车车货总质量VG的分布情况. 可以看出，大部分车辆的总重集中于80~120 t，100 t附近的大件车数量最多. 原因可能如下：我国大件车种类分级标准中大于100 t的车辆为3类大件运输，在通行审批方面更加严格，因此，承运人一般将车货总质量控制在100 t以下. 大于100 t的大件车年通行数量Vnum占比超过5%，最大车货总质量大于480 t，总体荷载水平较高. 图2给出不同轴数Vaxle大件车通行数量的分布情况. 可以看出，车辆轴数主要集中于6~12轴，占比超过90%. 大于12轴的车辆数量较少，但年通行量超过300，最高轴数为22轴，出现频次较低，但不容忽视.

图 1

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图 1   车货总重分布

Fig.1   Total redistribution of truck and cargo


图 2

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图 2   不同轴数大件车的年通行量

Fig.2   Annual traffic volume of SPV with different axe


车货总尺寸是影响大件车可通行性的重要因素. 图3给出大件车总体外轮廓尺寸的分布特征. 图中，FR为相对频率，VL为车货总长，VB为车货总宽，VH为车货总高. 从图3可见，大件运输车辆总长为7~100 m，车宽为1.6~6.8 m，车高为2.9~5.5 m，大件车行驶时一般占据1、2个车道.

图 3

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图 3   大件车车货总尺寸的分布

Fig.3   Distribution of total size of SPVs and goods


为了进一步分析大件运输车辆的荷载分布，对车辆的横向车轮间距及纵向轴间距进行统计分析. 大件车的横向车轮布置分为单线式及双线式2种形式，一般来说，牵引车多用单线式，便于转向，拖挂车的车轮采用双线式布置，更好地分担压力. 最常见的尺寸形式如图4(a)所示[19]，后续的加载分析采用同一尺寸.

图 4

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图 4   车辆横向、纵向车轮间距的分布

Fig.4   Distribution of transverse and longitudinal wheel spacing


根据车轮的纵向位置及作用，将纵向间距分为d1~d5 5部分，如图4(b)所示. 图中，d1为转向轴距；d2为驱动车轴的轴距；d3为控制轴距1，主要由车辆结构及货物尺寸决定；d4为控制轴距2，主要由运输货物的尺寸决定；d5为拖挂车轴距. 对d1~d5进行数理统计分析，明确各轴距的分布特征，基于此确定代表性车辆轴距的组成形式，统计结果如图5所示.

图 5

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图 5   大件运输车辆轴距分布

Fig.5   Wheelbase distribution of SPVs


从图5可以看出，各轴距样本的分布范围较广，较符合单峰分布特征. 转向轴距主要分布在2~5 m，峰值为3.25 m. 驱动轴距主要分布在1.0~2.0 m，峰值为1.45 m，一般为双联轴. 控制轴距1主要分布于6~14 m，峰值为8.13 m. 通过对提交审批的大件运输车辆进行勘察发现，存在控制轴距小于6 m的车型. 为了确保车型划分的准确性，对小于6 m的轴距部分进行局部统计分析，峰值为3.10 m. 控制轴距2主要分布在5~35 m，峰值为8.25 m，分布范围较广，主要由于运输货物的长度范围较广，一般的罐体长度约为5 m，而一些大型构件如机翼、火车、发电风叶等，长度可能达到30~40 m. 拖挂车轴距主要集中于1.0~1.6 m，峰值为1.25 m.

1.2. 车型划分

根据所运输货物种类的不同，大件运输车辆的结构形式存在差异. 从大件运输车辆的市场调查结果可知，根据外观轮廓，可以将大件车分为平板型及凹梁型[14,16,20]. 结合纵向轴距的分布特征，进一步对2种车型进行细分，共划分为5种代表性车型. 为了便于计算分析，选取各轴距分布的峰值作为代表性车辆的轴距，如表1所示. 其中，代表车型的横向轮距分布与图4(a)保持一致，即牵引车横向车轮均为单线式，挂车部分均为双线式布置. 在所获取的大件运输车辆实测数据中，未见详细的轴重分布数据. 根据实际勘察及对总质量数据进行分析可知，为了追求更大的运输效率及经济效益，大件运输车辆的各轴载接近或等于轴载限值，由于液压平衡装置的存在，大件车挂车部分轴载的离散性较小. 单线轴限载为10 t，双线轴限载为18 t.

表 1   大件车的代表车型

Tab.1  Represent model of SPV

类别图示轴距分布/m
平板Ⅰ型
平板Ⅱ型
平板Ⅲ型
凹梁Ⅰ型
凹梁Ⅱ型

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从表1可知，虽然不同车型的结构有所不同，但从轴载分布方面来讲，可以同属一种力学加载形式. 从计算分析的角度，可以将上述车型进行整合，对数量占比进行统计分析，结果如表2所示. 其中，牵引车横向车轮分布可以参照图4(a)，双纵列横向车轮分布可以参照图4(b). 平板Ⅲ型与凹梁Ⅱ型车辆的占比Vprop最大，超过了98%，因为此轴距分布更适于大型构件的安置及拖挂车轴载的平衡，更利于大件车的组装.

表 2   大件车代表车型的计算模型

Tab.2  Calculation model of representative SPVs

车型分类代表车型牵引车轴数挂车轴数挂车横向轮胎数d1/md2/md3/md4/md5/mVprop/%
RV-1平板Ⅰ型、凹梁Ⅰ型32×（3~8）牵引车: 2×4
拖挂车: 2×8		3.251.453.108.251.300.19
RV-2平板Ⅱ型33~193.251.453.10—1.251.78
RV-3平板Ⅲ型、凹梁Ⅱ型33~193.251.458.13—1.2598.0

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2. 不封闭交通条件下的大件车通行桥面荷载组成

不封闭交通时，大件车应按交通规则占用相应的车道行驶，其余未占用车道原则上由社会车辆占用[21]. 大件车车质量大、行驶速度慢，一般占用慢车道行驶. 以双向四车道(超车道+慢车道+应急车道)为例，考虑以下3种混合车辆布载形式. 1) 当大件车车货总宽小于单车道宽时，考虑最不利的布载形式，如图6(a)所示. 2) 当大件车车货总宽小于单车道宽时，忽略应急车道布载，如图6(b)所示. 3)当大件车车货总宽大于单车道宽时，大件车占据慢车道与应急车道行驶，如图6(c)所示. 对于双向六车道或八车道，采用如图6所示的混行方式，即大件车占据最外侧车道，当车货总宽大于单车道宽时，沿最外侧车道和应急车道中线行驶.

图 6

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图 6   大件车桥面荷载的组成形式(双向四车道)

Fig.6   Composition of bridge deck load with SPVs (four-lane divided highway)


社会车辆荷载包含以下2种荷载形式. 1) 规范规定的设计汽车荷载：桥梁设计时采用的汽车荷载. 对于公路桥梁而言，常用的荷载形式包括汽车-20级、汽车-超20级、公路-Ⅰ级、公路-Ⅱ级等. 2) 实际车流荷载：根据桥址处的车辆荷载调查结果，生成相应的随机车流荷载. 2种荷载形式的量值不同，标准汽车的荷载量值大，安全系数高，但会导致大量的大件车无法满足混合通行的条件. 实际车流荷载一般小于标准汽车荷载，但更加符合实际的交通状况，缺点是风险等级有所提高. 随机车流的模拟方法有多种，本文建议采取基于参数相关性的MC抽样模拟方法，详细的模拟流程见文献[21, 22]. 当缺乏有效数据样本时，可以参照李扬海等[23]基于全国车辆荷载数据得到的车辆荷载效应统计值，一般运行状态与密集运行状态下车辆荷载效应与设计汽车荷载效应的比值的均值分别为0.719、0.826.

3. 多层次安全评估方法

安全评估的目的不是限制大件车的正常通行，而是综合拟通行桥梁的状况及管制成本因素，选择最佳的通行方式. 根据大件车通行桥面荷载的组成形式，提出多层次安全评估方法，主要包括多层次评估流程及验算方法.

1) 多层次评估流程.

a) 第1层次：以标准汽车荷载模拟社会车辆荷载，考虑应急车道加载进行并行验算.

b)第2层次：以实际的车流荷载模拟社会车辆荷载，考虑应急车道加载进行并行验算.

c)第3层次：在第1层次的基础上，应急车道不布载.

d) 第4层次：在第2层次的基础上，应急车道不布载. 若大件车车货总宽大于3.75 m时，默认大件车临时占据应急车道，则无论何种层次评估，应急车道均不布载.

4个层次的评估内容主要对大件车混合车辆荷载的组成进行了不同程度的改变. 随着评估层次水平的降低，荷载总体水平呈下降趋势，安全冗余度不断降低，但整体荷载布置更加贴近实际的车流运行状况. 当由标准汽车荷载向实际车流荷载过渡时，所需的模拟成本大大增加. 为了保障大件运输车辆的通行安全，当前2个层次给出不予通行的结论时，即使第3、第4层次满足要求，也需要对该桥梁进行重点监测，在条件允许的情况下，还应对车流量和超载车辆进行控制. 在实际操作时，应按照评估层次的顺序依次进行，当前一层次给出不予混合通行的结论时，根据大件车运输货物等级、桥梁技术状况、通行保障措施实施成本(线路调整、车辆改造、桥梁加固等)及桥梁监测的难度，选择是否进入下一层次评估.

2) 两阶段验算方法.

a)第1阶段：荷载效应的比较. 基于大件车荷载总体效应与设计汽车荷载效应的比值，快速评定桥梁结构承载能力是否满足大件运输要求，按下式计算：

$ {S_{\mathrm{T}}} \leqslant {\eta _1}{S_{{\mathrm{QK}}}} . $

式中：ST为大件车荷载的总体效应值，指大件车通行公路桥梁时桥面所有车辆荷载(包括并行车辆及护送车辆)共同作用下的桥梁响应值；SQK为设计汽车荷载效应值；${\eta _1} $为第1层次评估系数，一般可取为1.4/1.1.

b) 第2阶段：承载能力极限状态的验算. 当待评估大件车未通过第1层次安全评估时，对未通过第1层次验算的桥梁进行承载能力极限状态的验算：

$ {\gamma _0}{S_{\mathrm{T}}} \leqslant R\left( {{f_{\mathrm{d}}},{\xi _{\mathrm{c}}}{a_{{\mathrm{dc}}}},{\xi _{\mathrm{s}}}{a_{{\mathrm{ds}}}}} \right){Z_1}\left( {1 - {\xi _{\mathrm{e}}}} \right) . $

式中：$\gamma_0 $为结构重要性系数，R为抗力效应函数，fd为材料强度设计值，adc为构件混凝土的几何参数值，ads为构件钢筋的几何参数值，Z1为承载能力检算系数，ξe为承载能力恶化系数，ξc为配筋混凝土结构的截面折减系数，ξs为钢筋的截面折减系数.

为了方便计算，将式(3)中的系数简化为桥梁抗力综合折减系数${{Z'_1}} $，即$Z'_1 $=Z1(1−ξe)ξcξs，则式(2)可以进一步简化为

$ {\gamma _0}{S_{\mathrm{T}}} \leqslant R{Z'_1} . $

《公路桥梁承载能力检测评定规程》给出不同桥梁技术状况等级所对应的各项参数的取值范围[11,24]，代入计算可得$Z'_1 $的取值范围，如表3所示.

表 3   桥梁承载能力的折减系数

Tab.3  Reduction coefficient of bridge bearing capacity

桥梁技术
状况等级		Z1
(抗弯构件)		ξeξcξsZ1'
1类1.150~0.061.000.98~1.001.13~1.15
2类1.100.02~0.080.980.95~0.981.00~1.04
3类1.000.05~0.120.930.90~0.950.80~0.88

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4. 混合车辆荷载通行的典型中小跨径桥梁响应计算分析及评估

4.1. 典型中小跨径桥梁

大件车过桥评估应重点关注设计活恒载比例较高、对活载较敏感的中小跨径桥梁[25]. 基于交通运输部于2008年颁布的公路桥梁通用图[26]，选取空心板、T梁及小箱梁3种最常用的截面类型，包括简支梁及连续梁、钢筋混凝土(RC)及预应力混凝土(PC)，计算跨径为6~40 m，基本涵盖了绝大多数的中小跨径桥梁. 桥梁的基本信息如表4所示[14-15]，桥梁横断面的布置图如图7所示.

表 4   典型中小跨径桥梁的基本信息

Tab.4  Basic information of typical small and medium span bridge

桥梁类型代号跨径组成/m截面抗力/(kN·m)
跨中支点
钢筋混凝土简支空心板RCS-61×6312.0—
RCS-81×8420.3—
预应力混凝土简支空心板RCS-101×10615.6—
PCS-101×101 118.4—
PCS-131×131 632.8—
PCS-161×162 229.0—
PCS-201×203 333.5—
预应力混凝土简支T梁PCT-201×205 734.0—
PCT-251×258 912.6—
PCT-301×309 924.3—
PCT-351×3513 695.4—
PCT-401×4023 897.6—
预应力混凝土连续小箱梁PCB-204×206 345.47 073.5
PCB-254×258 463.48 527.3
PCB-304×3011 160.510 547.4
PCB-354×3514 550.313 326.9
PCB-404×4018 975.116 433.0

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图 7

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图 7   典型中小跨径桥梁的横断面布置

Fig.7   Cross section layout of typical small and medium span bridge


采用有限元分析软件ANSYS建立桥梁结构的梁格模型，空心板模型各主梁间的铰缝通过耦合节点平动位移、释放转动位移来模拟，简支T梁桥与连续小箱梁桥各主梁间的现浇湿接缝按主梁翼缘板处理. 考虑到桥面铺装对中小跨径梁桥主梁惯性矩的影响，将混凝土铺装层考虑为截面顶板的一部分，忽略沥青铺装层的影响. 边界约束采用简支梁桥的一般约束. 采用上述方法建立桥梁有限元模型的准确性在文献[25,27]的研究中得到验证.

4.2. 响应计算结果的分析

根据大件运输车辆荷载数据的统计结果可知，拖挂车轴载限制与横向轮胎布置方式有关，一般包括10 t与18 t 2种. 为了使运输效率最大化，承运人一般选择轴载限制为18 t的布置方式. 除此之外，拖挂车轴载为10 t的大件车对桥梁产生的荷载效应较小，甚至低于一般的6轴货运车辆. 综合考虑实际情况及安全冗余度，在计算评估时均固定大件车的拖挂车轴载为18 t. 此外，为了便于后续分析，当用实际车流荷载模拟社会车辆荷载时，采用李扬海模型，简化随机车流荷载的模拟过程. 以RV-3车型为例，当拖挂车车轴数为19时，分析在4种评估层次下(荷载等级：公路-I级)22轴RV-3大件车在4种典型桥梁(RCS-10、PCS-20、PCT-40、PCB-40)上通行时的荷载效应分布规律. 为了便于比较，将荷载效应换算为混行荷载效应与设计汽车荷载效应之比，即ST/SQK.

借助自主研发的大件运输车辆通行桥梁动力分析系统[14,28]，可以实现大件车单车与实际车流混行的桥梁内力响应求解. 对于与设计汽车荷载混行的情况，可以通过叠加设计汽车作用下的桥梁响应，得到混行车辆的总体响应.

图8~11分别给出4种评估层次下大件车在RC空心板桥、PC空心板桥、PCT梁桥及PC箱梁桥上通行时各主梁的荷载效应分布情况，其中设计汽车荷载为《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）所规定的公路-Ⅰ级汽车荷载. 可以看出，在桥梁横截面方向，各主梁荷载效应呈先增大后减小的趋势，最大值一般出现在桥面中心附近的主梁；随着混行工况中设计汽车荷载的递减，各主梁的荷载效应相应呈递减趋势.

图 8

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图 8   大件车混行工况下的RCS-10荷载效应分布

Fig.8   Load effect distribution of RCS-10 under mixed driving condition of SPVs


图 9

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图 9   大件车混行工况下的PCS-20荷载效应分布

Fig.9   Load effect distribution of PCS-20 under mixed driving condition of SPVs


图 10

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图 10   大件车混行工况下的PCT-40荷载效应分布

Fig.10   Load effect distribution of PCT-40 under mixed driving condition of SPVs


图 11

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图 11   大件车混行工况下的PCB-40荷载效应分布

Fig.11   Load effect distribution of PCB-40 under mixed driving condition of SPVs


分析22轴RV-3大件车在4种混行层次下通过上述中小跨径桥梁的内力极值分布情况，如图12所示，4种层次下的桥梁混行荷载效应均大于设计汽车荷载效应，在最不利工况下达到2倍设计汽车荷载效应. 对于正弯矩及支点剪力而言，随着跨径的增大，混行效应与设计汽车荷载之比基本上呈单调增长. 对于箱梁桥而言，桥梁总长远大于车辆总长，荷载效应比的变化幅度较小. 对于负弯矩而言，随着跨径的增长，荷载效应比逐渐减小.

图 12

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图 12   桥梁响应极值

Fig.12   Extreme value of bridge response


4.3. 多层次安全评估的结论

依据多层次评估理念，计算得到各评估层次(设计汽车荷载为公路-Ⅰ级)下满足通行条件的大件车车辆轴数，如表5~7所示. 表中，给出的数值为拖挂车车轴数目，“A1-A2_1-A2_2-A3-A4_1-A4_2”结果形式分别对应层次1~层次4下可通行的最大拖挂车车轴数，0表示该层次下没有满足通行条件的大件车，1表示所有大件车均可通行，NONE表示所有层次下均没有满足通行条件的大件车，ALL表示所有层次下所有大件车均可通行.

表 5   RV-1车型允许混合通行的最大拖车轴数

Tab.5  Maximum number of trailer axle allowed in parallel for RV-1 model

桥型第1阶段第2阶段
1类桥2类桥3类桥
RCS-60-0-0-5-1-10-3-1-1-1-10-0-0-1-1-1NONE
RCS-80-0-0-4-1-10-0-0-4-1-10-0-0-0-3-4NONE
RCS-100-0-0-4-6-10-0-0-4-6-10-0-0-0-0-3NONE
PCS-100-0-0-5-1-1ALLALL0-0-3-1-1-1
PCS-130-0-0-4-7-1ALL5-1-1-1-1-10-0-0-0-0-4
PCS-160-0-0-4-6-7ALL0-5-6-1-1-1NONE
PCS-200-0-0-4-5-77-1-1-1-1-10-4-5-6-1-1NONE
PCT-206-7-1-1-1-1ALLALL0-4-5-7-1-1
PCT-256-1-1-1-1-1ALLALL6-1-1-1-1-1
PCT-303-1-1-1-1-1ALL0-4-6-7-1-1NONE
PCT-353-7-1-1-1-1ALL0-6-7-7-7-1NONE
PCT-400-7-7-1-1-1ALLALL4-1-1-1-1-1
PCB-200-4-5-6-1-1ALLALLALL
PCB-250-4-5-5-6-1ALLALLALL
PCB-300-3-3-4-5-5ALLALLALL
PCB-350-0-0-3-4-5ALLALLALL
PCB-400-0-0-0-4-4ALLALLALL

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表 6   RV-2车型允许混合通行的最大拖车轴数

Tab.6  Maximum number of trailer axle allowed in parallel for RV-2 model

桥型第1阶段第2阶段
1类桥2类桥3类桥
RCS-60-0-0-5-1-10-3-1-1-1-10-0-0-1-1-1NONE
RCS-10-0-0-4-1-10-0-0-4-1-10-0-0-0-3-4NONE
RCS-100-0-0-4-6-10-0-0-4-6-10-0-0-0-0-3NONE
PCS-100-0-0-5-1-1ALLALL0-0-3-1-1-1
PCS-130-0-0-4-7-1ALL5-1-1-1-1-10-0-0-0-0-3
PCS-160-0-0-3-6-71-1-1-1-1-10-4-5-1-1-1NONE
PCS-200-0-0-3-5-66-9-12-1-1-10-3-4-6-1-10NONE
PCT-205-7-9-14-1-1ALLALL0-4-5-7-1-9
PCT-255-1-9-9-9-10ALLALL5-7-9-9-9-10
PCT-304-7-1-9-9-109-11-12-12-13-130-5-6-7-7-1NONE
PCT-355-7-1-1-1-110-11-12-12-13-133-6-7-7-7-1NONE
PCT-405-7-1-1-1-9ALLALL6-1-1-9-9-10
PCB-200-3-4-4-6-7ALLALLALL
PCB-250-3-4-4-5-6ALLALL10-14-1-1-1-1
PCB-300-3-4-4-5-5ALLALL13-17-1-1-1-1
PCB-350-3-3-4-4-5ALLALL12-15-16-17-1-1
PCB-400-3-3-3-4-5ALLALL16-1-1-1-1-1

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表 7   RV-3车型允许混合通行的最大拖车轴数

Tab.7  Maximum number of trailer axle allowed in parallel for RV-3 model

桥型第1阶段第2阶段
1类桥2类桥3类桥
RCS-60-0-0-4-1-10-3-1-1-1-10-0-0-1-1-1NONE
RCS-10-0-0-4-1-10-0-0-4-1-10-0-0-0-3-4NONE
RCS-100-0-0-4-6-10-0-0-4-6-10-0-0-0-0-3NONE
PCS-100-0-0-5-1-1ALLALL0-0-3-1-1-1
PCS-130-0-3-4-7-1ALL5-1-1-1-1-10-0-0-0-3-4
PCS-160-0-3-4-6-71-1-1-1-1-13-5-6-1-1-1NONE
PCS-200-0-3-4-5-77-10-12-1-1-10-4-5-6-1-10NONE
PCT-206-7-9-14-1-1ALLALL3-4-5-7-1-9
PCT-256-1-9-10-10-10ALLALL6-1-9-9-10-10
PCT-305-1-9-9-10-109-12-12-12-13-140-6-7-1-1-1NONE
PCT-355-1-1-1-9-911-12-13-13-13-144-7-1-1-1-1NONE
PCT-405-1-1-9-9-10ALLALL6-9-9-9-10-10
PCB-200-4-5-5-7-1ALLALLALL
PCB-250-4-5-5-6-7ALLALL11-15-1-1-1-1
PCB-300-3-4-4-5-6ALLALL14-18-1-1-1-1
PCB-350-3-4-4-5-6ALLALL13-16-17-18-1-1
PCB-400-3-4-4-5-5ALLALL17-1-1-1-1-1

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从表5~7可得如下结论. 1) 随着验算层次的降低，可以满足通行条件的大件车轴数逐渐增大. 2) 对于RC空心板桥，当应急车道布载时，仅个别车型可以满足混合通行的条件. 3) 对于技术状况等级为1类的预应力混凝土桥梁，当计算跨径大于10 m时，所有大件车基本上均可以混合通行. 对于技术状况等级为3类的桥梁，出现所有并行层次下均无法满足通行的情况，因此在须并行时应避免线路中出现3类桥梁. 4) 对于连续箱梁桥，当桥梁技术状况等级为1类、2类桥梁时，所有层次下各类大件车均可混合通行，对于RV-1车型3类桥梁也可混合通行. 5) RV-2与RV-3车型的可通行标准较接近，说明对于绝大多数桥梁而言，起控制作用的是拖挂车部分，牵引车的影响较小.

5. 结　论

(1) 大件车总重主要集中于80~120 t，100 t附近的车辆数量最多，大于100 t的大件车年通行数量占比超过5%，总体荷载水平较高. 轴数主要为6~12，占比超过90%. 车宽为1.6~6.8 m，部分大件车行驶时将占用2个行车道.

(2) 车辆轴距的统计特征符合单峰分布特征，结合市场调查及轴距统计分布类型，大件车基本可以分为平板式与凹梁式2种车型. 根据运输货物类型的不同，可以进一步划分为5种代表车型，根据力学加载模式可以划分为3种车型.

(3) 对于各主梁混行荷载效应，在桥梁横截面方向，各主梁荷载效应呈现先增大后减小的趋势，最大值一般出现在桥面中心附近的主梁. 随着混行工况中设计汽车荷载水平的递减，各主梁的荷载效应相应呈递减趋势. 对于各桥梁混行荷载效应的极值，随着跨径的增大，正弯矩及支点剪力基本上呈单调增长，箱梁桥的增长幅度较小，负弯矩随着跨径的增长而逐渐减小.

(4) 根据多层次安全评估方法，不同评估层次对应不同的桥面混行荷载，针对本文所依据的17座典型桥梁(双向四车道)进行分析，不同评估层次对应不同的可混合通行大件车的限制轴数. 随着评估层次的降低，可混合通行大件车的轴数逐渐增加. 当应急车道布载时，绝大多数大件车无法并行通过RC空心板桥. 当桥梁的技术状况等级不低于2类时，跨径大于10 m的PC梁桥可以满足绝大多数大件的并行需求. 当桥梁的技术状况等级为3类时，接近半数的桥梁无法满足大件车的并行需求，在实际并行验算时应重点关注.

(5) 本文开展的典型桥梁算例基本上涵盖了中小跨径桥梁的类型，但无法涵盖所有的桥梁类型及车道类型. 对于其他桥型及车道类型，本文得到的结论在实际通行验算时有一定的参考价值，但建议参照本文的多层次验算方法进行专门验算. 后续研究团队将进一步对更多车道类型的更多桥型进行分析，得到更加通用的结论. 对于布置有智能验算系统的大件运输通道，可以内置多层次验算方法，以实现高效并行验算、审批.

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