[page]引言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)近年內(nèi)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，車輛種類繁多，各類轎車、客車、貨車、牽引車、特種車、專用汽車、越野車，不計(jì)其數(shù)。使得我國(guó)公路設(shè)計(jì)行業(yè)的荷載標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后，各類公路設(shè)計(jì)規(guī)范中的荷載標(biāo)準(zhǔn)亟待更新。
70年代，在進(jìn)行了大量車輛荷載調(diào)查研究后，歐美、日本等國(guó)，制定出了公路橋梁疲勞設(shè)計(jì)荷載譜或疲勞車輛模型。我國(guó)鐵路行業(yè)在這兩方面都已開(kāi)展了系列研究，取得了一定的成果，并實(shí)施有關(guān)規(guī)范的編制。然而，公路橋梁這方面的研究十分匱乏，至今沒(méi)有公路行業(yè)的橋梁疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范，其中一個(gè)重要原因便是，沒(méi)有制定出適合我國(guó)國(guó)情的疲勞荷載譜。而要推導(dǎo)荷載譜必須基于全國(guó)大面積的交通荷載調(diào)查的基礎(chǔ)上才有可能進(jìn)行。我國(guó)現(xiàn)行的《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025-86）頒布使用至今已達(dá)20余年之久。我國(guó)公路鋼橋規(guī)范有關(guān)疲勞部分與當(dāng)前鋼橋大規(guī)模建設(shè)和發(fā)展并不相稱，不利于鋼橋安全可靠耐久地使用，亟待更新。
汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)五的發(fā)展后，無(wú)論是車型還是輪重、輪距、軸距均發(fā)生了較大變化。2004年底，交通部頒布實(shí)施的《公路橋涵公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG D60—2004，中的車輛荷載已顯得滯后，亟待更新。同樣《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D40—2003和《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D5010—2006，中的車輛荷載也有類似的問(wèn)題，但更新的前提條件是，要有大量的現(xiàn)行交通荷載調(diào)查資料，否則難以實(shí)現(xiàn)。
關(guān)于公路橋梁疲勞荷載譜的研究工作，童樂(lè)為（1994、1997）、Miao 和Chan（2002）王春生（2003）、王榮輝（2004）、王碩（2007）等人，分別對(duì)上海、香港、廣州等地的交通荷載做過(guò)調(diào)查研究，得出了一些選取疲勞車有益的建議。但上述研究也是由于缺少全國(guó)范圍內(nèi)大量的交通荷載調(diào)查的資料，均具有一定的區(qū)域性和局限性，難以代表我國(guó)公路橋梁疲勞荷載標(biāo)準(zhǔn)。
本文堅(jiān)持理論研究與實(shí)際調(diào)研相結(jié)合，充分體現(xiàn)國(guó)情的實(shí)際情況；用實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)說(shuō)話，在實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)開(kāi)展理論研究；有選擇地在全國(guó)高速公路和橋梁上，進(jìn)行現(xiàn)有交通荷載調(diào)查和參數(shù)統(tǒng)計(jì)，然后運(yùn)用均值和方差的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理、統(tǒng)計(jì)，按照各種車輛（軸重、軸距）出現(xiàn)的頻遇值找出中國(guó)各地具有代表性的典型車輛。
1 中國(guó)車輛荷載形式
公路荷載標(biāo)準(zhǔn)制定是否合理，是否適合我國(guó)國(guó)情，取決于所收集基礎(chǔ)資料的深度和廣度，例如公路車輛分類，各類車輛尺寸、質(zhì)量、輪胎及其變化范圍，車輛交通特性等數(shù)據(jù)，以及所收集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法的正確性?？梢?jiàn)收集車輛荷載資料的基礎(chǔ)工作尤為重要。同時(shí)考慮到公路車輛繁多、復(fù)雜，以及對(duì)公路、橋梁損失的影響程度，本次全國(guó)公路交通荷載調(diào)查重點(diǎn)是3噸以上的車輛。
首先要了解國(guó)內(nèi)現(xiàn)有典型公路橋梁上行駛車輛荷載的分類情況以及出現(xiàn)頻率較高的品牌車輛基本參數(shù)和一些技術(shù)指標(biāo)。為了與國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)接軌，依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3833，2001年我國(guó)重新制定了汽車分類的新標(biāo)準(zhǔn)《汽車和掛車類型的術(shù)語(yǔ)和定義》(GB/3730.1-2001)
將汽車分為乘用車和商用車兩大類。通過(guò)在山西、福建、南京、廣東、湖北、河南、遼寧、重慶等地的高速公路（橋梁）收費(fèi)站的車輛荷載調(diào)查。得知在我國(guó)高速公路上出現(xiàn)頻率較高的品牌車輛大致有東風(fēng)、江淮、解放、五十鈴、長(zhǎng)安、福田、江鈴、金杯、奔馳、躍進(jìn)、斯太爾、歐曼重卡、奧龍等品牌。每個(gè)品牌均有眾多車型，經(jīng)分類整理，主要軸型參數(shù)見(jiàn)于表1。
表1 主要軸型參數(shù)
考慮到國(guó)土面積較大，車輛種類繁雜，如果在各省展開(kāi)交通荷載調(diào)查，將導(dǎo)致調(diào)查工作量過(guò)大且無(wú)必要。本次調(diào)查分別在我國(guó)的東北、西北、東南、西南、華南、中原等地區(qū)選取了8個(gè)典型高速公路和橋梁收費(fèi)站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交通荷載調(diào)查，調(diào)查結(jié)果具有較強(qiáng)的代表性，完全可以應(yīng)用于公路行業(yè)各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的荷載研究。
由于研究目的不同，與一般交通部門的調(diào)查內(nèi)容有所不同的是除了在一定時(shí)間段內(nèi)記錄各類車輛的交通量外，還涉及車輛荷重方面的參數(shù)，包括軸距、輪距、輪間隙、軸重、輪重、總重、貨車比例、方向系數(shù)、車道系數(shù)、輪距橫向分布系數(shù)、平均行駛速度、年增長(zhǎng)率。
自全國(guó)實(shí)行公路計(jì)重收費(fèi)以后，各省收費(fèi)站均配置了各種型號(hào)的軸重儀，所以在本次車輛荷載調(diào)查中，軸重均為實(shí)測(cè)值；軸型和軸型組合均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定記錄。軸數(shù)、軸距和輪距一部分采用現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量的方法，在此調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析研究調(diào)查數(shù)據(jù)并分類整理，為簡(jiǎn)化工作內(nèi)容，提高工作效率，另一部分則采用現(xiàn)場(chǎng)人工觀測(cè)記錄，查閱車輛技術(shù)手冊(cè)的方法調(diào)查，并按同類車輛的軸型和軸重，與第一部分調(diào)查結(jié)果比較并修正得出數(shù)據(jù)，具體操作步驟如下：
1) 正式調(diào)查之前，在現(xiàn)場(chǎng)作初步的觀察，了解將出現(xiàn)的車輛類型。根據(jù)觀察結(jié)果和參考一些車輛技術(shù)手冊(cè)中的圖片及數(shù)據(jù)，將出現(xiàn)頻率較高的車輛分類記錄并查閱相關(guān)參數(shù)，作為正式調(diào)查時(shí)分類統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。
2) 選取國(guó)內(nèi)典型高速公路和橋梁收費(fèi)站（安裝有軸重儀的）進(jìn)行車輛荷載調(diào)查。正式調(diào)查時(shí)，由一些具備道路交通專業(yè)知識(shí)、技能和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人員，進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。記錄每輛車輛的品牌，并由各收費(fèi)站信息中心調(diào)出每輛車的軸型和軸重，形成調(diào)查表格。
3) 調(diào)查完成之后，按照軸型和軸數(shù)分類后，按每輛車出現(xiàn)的頻率，采用加權(quán)平均的方法計(jì)算軸距和軸重，由此推導(dǎo)出各地區(qū)典型車輛荷載譜。
[page]2.1 調(diào)查區(qū)域特點(diǎn)
由于中國(guó)國(guó)土面積較大，如果在每個(gè)省份展開(kāi)交通荷載調(diào)查，會(huì)導(dǎo)致調(diào)查工作量過(guò)大且無(wú)必要。本次選取8個(gè)典型地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交通荷載調(diào)查，其調(diào)查范圍覆蓋我國(guó)東北、華北、西北、西南、東南、華中以及中原地區(qū)，與全國(guó)的交通荷載的實(shí)際情況雖有所出入，但具有較強(qiáng)的代表性，完全可以應(yīng)用于公路荷載標(biāo)準(zhǔn)研究。本次交通車輛荷載調(diào)查所選地區(qū)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
1) 山西運(yùn)煤車輛較多，就軸重而言可算全國(guó)車輛荷載的上限，具有較大特點(diǎn)。
2) 南京車輛輕，就軸重而言可算全國(guó)車輛荷載的下限，但流量較大，循環(huán)次數(shù)多，對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大。
3) 武漢地區(qū)為九省通渠，交通流量較大，車輛形式種類繁多，軸重一般，但循環(huán)次數(shù)多，對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大。
4) 河南為我國(guó)中原地區(qū)，軸重和流量均屬于中位，具有一定的全國(guó)代表性。
5) 大連、青島、廈門為沿海地區(qū)，集裝箱車較多，軸重較重，但流量不是太大，也具有沿海地區(qū)車輛的代表性，值得研究。
6) 廣州、江門、深圳等珠三角城市車輛荷載代表著我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)車輛荷載的特性，對(duì)分析我國(guó)現(xiàn)行車輛荷載的全面性具有一定的現(xiàn)時(shí)意義。
7) 重慶地處西南高原山區(qū)（三峽庫(kù)區(qū)），其車輛荷載具有一定的特點(diǎn)，在西南片區(qū)具有較強(qiáng)的代表性，應(yīng)納入本次車倆荷載調(diào)查范圍。
2.2 國(guó)家車輛標(biāo)準(zhǔn)
車輛荷載調(diào)查數(shù)據(jù)繁多，在此不再一一羅列。由于各省之間情況各異，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)各不相同，車輛荷載出入較大。國(guó)內(nèi)有眾多的汽車生產(chǎn)廠家，每個(gè)廠家均有很多不同類別的車輛，每一類別的車輛又有不同的車型，每一個(gè)車型有不同的軸組數(shù)，每一個(gè)軸組數(shù)也有不同類型的軸型組合（軸重和軸距均不相同），再加上不同類型的各種改裝車輛，我國(guó)車輛類型不計(jì)其數(shù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，預(yù)計(jì)日后仍有更多類型車輛將出現(xiàn)在我國(guó)的高速公路和橋梁上。
據(jù)《公路法》以及國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定，在公路上行駛的車輛軸載質(zhì)量應(yīng)當(dāng)符合公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》（國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB1589-2004）及交通部《印發(fā)關(guān)于收費(fèi)公路試行計(jì)重收費(fèi)指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》（交公路發(fā)[2005]492號(hào)）的要求。在實(shí)行計(jì)重收費(fèi)的公路上行駛的載貨類汽車如超過(guò)認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，則被視為已超過(guò)公路的承載能力。當(dāng)車輛各軸對(duì)應(yīng)的軸重認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)之和與該車對(duì)應(yīng)的車貨總重認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)不一致時(shí)，以二者之間的較小值者作為該車對(duì)應(yīng)的公路承載能力認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)
［10～11］。
表2：基本軸型分類
表3：常見(jiàn)軸型組合
2.3 調(diào)查車輛情況分析
雖然我國(guó)對(duì)汽車生產(chǎn)廠家做了一些詳細(xì)的條文規(guī)定，軸重和軸距離散性較大，給本次車輛荷載分析統(tǒng)計(jì)工作帶來(lái)一定的難度。但各省內(nèi)車輛還是有一定特點(diǎn)的，省內(nèi)車輛荷載統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)完全可以收斂。
根據(jù)車輛荷載調(diào)查的情況，首先整理出各省的車輛荷載表，再根據(jù)此表按軸組數(shù)分類，做數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化處理，取現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)率較高的車型作為該類別車輛的代表車型（具有平均意義）。具體計(jì)算時(shí)可拋棄一些離散性較大的數(shù)據(jù)，對(duì)各省車輛荷載進(jìn)行分類歸納、統(tǒng)計(jì)、分析、推導(dǎo)出各省的典型車輛荷載。
3 典型車輛荷載譜推導(dǎo)
首先根據(jù)各省調(diào)查的車輛荷載數(shù)據(jù)，按軸型和軸組數(shù)分類統(tǒng)計(jì)，制定出各省車輛荷載調(diào)查統(tǒng)計(jì)表格；合并相近車型，并將軸重和軸距等基本參數(shù)湊成較為整齊的數(shù)值，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，提取典型車型的基本參數(shù)；然后軸重按照等效疲勞損傷原理，求出每種模型車輛中各個(gè)軸的等效軸重，各個(gè)等效軸重之和即為模型車輛的等效總重，軸距按照同一類中每種車輛出現(xiàn)的相對(duì)頻率作為權(quán)數(shù)，按軸距的加權(quán)平均值求出該類模型車輛的各個(gè)軸距。最終得出各省的典型車輛荷載頻值譜。
3.1 軸重及軸距的數(shù)學(xué)期望值
通過(guò)篩選，找出常見(jiàn)軸型進(jìn)行分類，求取各軸型車輛軸重及軸距的數(shù)學(xué)期望值。
3.2 典型車輛推導(dǎo)
按照上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，基于車輛荷載調(diào)查的基礎(chǔ)資料，便可以分別統(tǒng)計(jì)、推導(dǎo)出各省典型車式樣荷載頻值譜。推導(dǎo)過(guò)程較為繁瑣，各省典型車輛較多，在此不再一一羅列，下面僅列出山西典型車輛荷載形式。
山西省高速公路車輛荷載特點(diǎn)是，貨車較多、客車較少、軸重較大，以重載貨車（6軸）車居多，約占50%左右。軸型統(tǒng)計(jì)共有11，12，112，15，122，115，125，1211，155，129，159，1129合計(jì)12種，其中，122和1211車流量分別僅為5輛和2輛，忽略不計(jì)。針對(duì)另外10種軸型分別統(tǒng)計(jì)分析，得出相應(yīng)的軸重、軸距及頻值見(jiàn)表4～6，表中軸重?cái)?shù)據(jù)單位為KN，軸距數(shù)據(jù)單位為m。
表4：車輛軸重統(tǒng)計(jì)表
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軸型
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軸數(shù)
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軸重1
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軸重2
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軸重3
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軸重4
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軸重5
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軸重6
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11
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2
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30
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50
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12
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50
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140
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112
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3
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50
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50
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160
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15
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50
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110
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110
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115
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4
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55
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55
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140
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140
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125
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40
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120
|
120
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120
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155
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5
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50
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100
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100
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130
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130
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129
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50
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140
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100
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100
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100
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159
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