既有獨柱墩橋梁交通流量及工程應用

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

關鍵詞：獨柱墩；交通流量分析；穩定性

1引言

獨柱墩橋梁因具有橋下空間較大、基礎及橋墩施工方便、造型美觀等優點，曾一度在城市橋梁中廣泛應用。但由于其單支承的結構特點，梁體在重載車輛的偏載作用下，會產生扭轉，進而發生傾覆問題?！豆蜂摻罨炷良邦A應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）［1］對梁橋的抗傾覆驗算進行了全面細致的說明，其傾覆破壞過程主要表現為兩種特征狀態：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。當橋梁上通行重載車輛且重載車輛處于偏載行駛狀態時，梁體在偏心荷載作用下會產生扭轉力矩［2-3］，若橋梁自身的恒載無法抵抗這一扭轉力矩，那么會產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，設計人員應盡量避免使用獨柱墩橋梁，當無法避免時，應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，管養人員應重點關注，通過采取科學的評估手段，對既有獨柱墩橋梁的橫向抗傾覆能力進行摸底，并結合一定的維修加固手段和相應的警示措施，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法或視頻監控法，通過N×24h不間斷的對橋梁進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、交通流量構成三個方面，對橋梁的交通流量進行分析。條件允許的情況下，還可配合車輛稱重系統，對橋梁通行車輛的載重情況進行準確掌握。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行分類，并根據標準車輛換算系數進行標準車輛換算。各車輛的換算系數見表1。將統計出的車輛通行情況進行標準車輛換算，即可進行相應的交通流量分析。

3交通流量分析在獨柱墩橋梁中的應用

對某獨柱墩橋梁進行24h不間斷的交通流量觀測，通行車輛按車型進行分類，并進行標準車輛換算。

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，雙向交通流量呈現逐漸增大趨勢，至08:00~10:00時，雙向車流量均達到第一個峰值，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可以按以下公式計算：方向不均勻系數=較大交通量方向上的交通量/雙向交通量按車輛換算系數進行標準車輛換算后，分析該獨柱墩橋梁交通流量的方向不均勻性，見表2?？梢钥闯觯摢氈諛蛄旱慕煌髁糠较虿痪鶆蛳禂抵饕幸韵绿攸c：在觀測時間內，全天的交通流量方向不均勻系數基本在0.50~0.65范圍內，且在東西兩個方向上輪流體現。表明雙向車流量存在輕微不平衡性。

3.3交通流量構成分析

可以看出，該獨柱墩橋梁的交通流量構成情況主要有以下特點：交通流量主要由小客車構成，其中小客車占比約為55%~60%；其次由大型貨車構成，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，需要優先關注重載及偏載情況。而大型貨車普遍載重量大，且可能伴隨超載現象，因此有必要對大型貨車進行交通流量分析，重點關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增長態勢，其中在08:00~11:00時，東往西方向峰值點達到128輛/小時，西往東方向峰值點達到110輛/h；在達到峰值后，大型貨車車流量呈緩慢波動，并于15:00~17:00時達到第二個峰值點，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波動，于22:00~24:00達到第三個峰值點，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基本在0.51~0.64范圍內，主要表現為東往西較大，與整體交通流量的方向不均勻性分析結果不一致。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出來。

4總結

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，應當尤其引起橋梁管養人員的關注。管養人員可以采取豎立警示牌的方式提醒通行車輛注意，如嚴禁大型貨車連續通行、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部門科學化、高效化做好橋梁的養護維修工作，保障橋梁運營期安全。

參考文獻

［1］中交公路規劃設計院有限公司.JTG3362-2018公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.人民交通出版社，2018.

［2］彭衛兵，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.天津市交通流量調查和分析［J］.城市環境與城市生態，2003（06）：86-88.

作者：高聰 單位：廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司