既有独柱墩桥梁交通流量及工程应用

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摘要：独柱墩桥梁在偏载及重载车辆作用下，易产生横向失稳现象。对于既有独柱墩桥梁，如何运用科学手段进行抗倾覆评估，是桥梁管养人员需要关注的问题。文中提出了一种基于交通流量分析对既有独柱墩桥梁进行运营安全评估的方法，可与理论计算相结合，从桥梁实际运营状况出发，对桥梁进行科学管养。

关键词：独柱墩；交通流量分析；稳定性

1引言

独柱墩桥梁因具有桥下空间较大、基础及桥墩施工方便、造型美观等优点，曾一度在城市桥梁中广泛应用。但由于其单支承的结构特点，梁体在重载车辆的偏载作用下，会产生扭转，进而发生倾覆问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）［1］对梁桥的抗倾覆验算进行了全面细致的说明，其倾覆破坏过程主要表现为两种特征状态：一是单向受压支座脱空，二是抗扭支承失效。而对于单支座或横向间距较小的双支座单墩桥梁，其抗倾覆力矩主要由梁体自身的恒载提供。当桥梁上通行重载车辆且重载车辆处于偏载行驶状态时，梁体在偏心荷载作用下会产生扭转力矩［2-3］，若桥梁自身的恒载无法抵抗这一扭转力矩，那么会产生支座脱空甚至梁体倾覆事故，造成恶劣的社会影响。对于新建桥梁而言，设计人员应尽量避免使用独柱墩桥梁，当无法避免时，应保证桥梁具备一定的横向抗倾覆能力；而对于既有墩柱墩桥梁，管养人员应重点关注，通过采取科学的评估手段，对既有独柱墩桥梁的横向抗倾覆能力进行摸底，并结合一定的维修加固手段和相应的警示措施，来保障桥梁运营安全。本文从交通流量分析［4］的角度，提出了一种对既有独柱墩桥梁运营状态的摸查方法。

2交通流量分析

交通流量分析可以采用人工计数法或视频监控法，通过N×24h不间断的对桥梁进行双向交通流量观测，掌握桥梁的整体交通流量情况以及重载车辆交通流量情况。主要从交通流量的时间分布性、交通流量的方向不均匀性、交通流量构成三个方面，对桥梁的交通流量进行分析。条件允许的情况下，还可配合车辆称重系统，对桥梁通行车辆的载重情况进行准确掌握。在交通流量分析中，可按大型货车、大型客车、小货车、小客车对通行车辆进行分类，并根据标准车辆换算系数进行标准车辆换算。各车辆的换算系数见表1。将统计出的车辆通行情况进行标准车辆换算，即可进行相应的交通流量分析。

3交通流量分析在独柱墩桥梁中的应用

对某独柱墩桥梁进行24h不间断的交通流量观测，通行车辆按车型进行分类，并进行标准车辆换算。

3.1交通流量的时间分布情况

可以看出，该独柱墩桥梁的交通流量情况主要有以下特点：自00:00时起，双向交通流量呈现逐渐增大趋势，至08:00~10:00时，双向车流量均达到第一个峰值，即早高峰；自10:00时后，双向车流量呈缓慢下降趋势，直至18:00~21:00时，再次达到第二个峰值，即晚高峰；自21:00时后，双向车流量缓慢下降，回归至较低水平。整体而言，基本符合白日车流量较多、夜晚车流量较少，存在早、晚流量高峰且晚高峰流量较大的分布特点。

3.2交通流量的方向不均匀性

方向不均匀性可以反映出道路路段上双向交通量的大小差别，其中方向不均匀系数可以按以下公式计算：方向不均匀系数=较大交通量方向上的交通量/双向交通量按车辆换算系数进行标准车辆换算后，分析该独柱墩桥梁交通流量的方向不均匀性，见表2。可以看出，该独柱墩桥梁的交通流量方向不均匀系数主要有以下特点：在观测时间内，全天的交通流量方向不均匀系数基本在0.50~0.65范围内，且在东西两个方向上轮流体现。表明双向车流量存在轻微不平衡性。

3.3交通流量构成分析

可以看出，该独柱墩桥梁的交通流量构成情况主要有以下特点：交通流量主要由小客车构成，其中小客车占比约为55%~60%；其次由大型货车构成，占比约为30%；大型客车和小货车在占比较小，均为10%以下。

3.4大型货车交通流量分析

对于独柱墩桥梁，需要优先关注重载及偏载情况。而大型货车普遍载重量大，且可能伴随超载现象，因此有必要对大型货车进行交通流量分析，重点关注大型货车的时间分布特性和方向不均匀性。具体分析方法不再赘述，以下仅列出分析结果。（1）时间分布特点。该独柱墩桥梁在01:00~05:00时间段，大型货车车流量处于较低水平；自05:00时起，大型货车车流量出现增长态势，其中在08:00~11:00时，东往西方向峰值点达到128辆/小时，西往东方向峰值点达到110辆/h；在达到峰值后，大型货车车流量呈缓慢波动，并于15:00~17:00时达到第二个峰值点，东往西、西往东方向分别为111辆/小时、75辆/小时；随后大型货车流量继续波动，于22:00~24:00达到第三个峰值点，东往西、西往东方向分别为77辆/h、80辆/h。（2）方向不均匀特点。该独柱墩桥梁每小时的大型货车交通流量方向不均匀系数基本在0.51~0.64范围内，主要表现为东往西较大，与整体交通流量的方向不均匀性分析结果不一致。表明双向大型货车车流量存在轻微不平衡性，但由于大型货车在整体交通流量中占比约为30%，这种不平衡性未能在整体交通流量中直接反应出来。

4总结

通过交通流量分析，能够更好的掌握独柱墩桥梁的实际通行情况。当大货车通行量占比较大，且存在较为突出的方向不均匀特点时，应当尤其引起桥梁管养人员的关注。管养人员可以采取竖立警示牌的方式提醒通行车辆注意，如严禁大型货车连续通行、提醒通行车辆靠中行驶等等。从交通流量分析的角度，形成既有独柱墩桥梁的运营状况评估体系，有助于更好的辅助桥梁管养部门科学化、高效化做好桥梁的养护维修工作，保障桥梁运营期安全。

参考文献

［1］中交公路规划设计院有限公司.JTG3362-2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.人民交通出版社，2018.

［2］彭卫兵，徐文涛，陈光军，等.独柱墩梁桥抗倾覆承载力计算方法［J］.中国公路学报，2015，28（03）：66-72.

［3］鲁圣弟，熊文，丁旭东，等.桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响［J］.公路交通科技，2017，34（05）：95-101.

［4］崔杰，丁广德，熊宪英，等.天津市交通流量调查和分析［J］.城市环境与城市生态，2003（06）：86-88.

作者：高聪 单位：广东省建筑科学研究院集团股份有限公司