吴杰良，刘丽思，蔡建刚

(1.浙江省交通规划设计研究院有限公司，浙江 杭州 310006；2.云南交通职业技术学院，云南 昆明 650500)

0 引 言

我国高等级公路设计与施工不断增强，近些年涉外项目也逐渐增多。以英国标准BS5400作为道路桥梁设计规范的工程项目仍在英联邦及其前殖民地国家和地区作为主要的标准在使用。斯里兰卡科伦坡外环高速路项目(The Outer Circular Highway to the City of Colombo)即为其中之一。本文比较中英规范中荷载取值及荷载效应组合的相关规定，并分析产生差异的原因。

1 荷载参数对比

1.1 恒荷载对比

两国规范对于恒载的定义合计计算没有显著区别，在荷载组合系数体现对结构的效应。

1.2 活荷载对比

中国规范和英国规范BS5400-2中对活荷载和人行荷载均有详细规定，表1列出了两国规范在各活载定义和数值的差异。

表1 中国规范和英国规范关于活载的定义对比

1.3 风载对比

中国规范的风荷载规定较为简单，横向风载作用与结构所在的地理位置、周围的地形地貌、地物、结构离地面的高度、结构物自身的形状及断面尺寸有关。除下承式桁架桥外，一般不考虑顺桥向风载；也不考虑竖桥向风载。

英国规范的风荷载考虑横桥向风载、顺桥向风载和竖向风载。横向风载与结构所在地理位置、周围地形地貌、地物、结构物高度、结构物自身形状和断面尺寸以及桥梁上部活载存在与否有关。顺桥向风载与结构物自身形状和断面尺寸有关，竖向风载与桥梁的平面投影面积有关。

1.4 温度荷载对比

对于体系温差，英国规范根据桥梁实际位置所在的气温得到桥梁有效最高和有效最低温度，并根据桥面铺装的厚度和桥面板类型进行修正；中国规范直接将全国划分为严寒、寒冷及温热3种温度类型6个区域，规定了每个温度类型的最低及最高有效温度标准值。从适用性上分析，英国规范更容易为世界其它地区所参照。

对于截面温度梯度，英国规范考虑上部结构类型，将梯度温度分成4组，同时考虑铺装的影响；中国规范的温度梯度分布仅根据上部结构材料分成2组，且没有明确指出钢结构桥梁的温度梯度。故英国规范对温度梯度经常被用于国内项目的设计中。

1.5 荷载组合类型的对比

英国规范和中国规范都将验算组合分成承载能力极限状态和正常使用极限状态。每种荷载组合都应考虑主要作用和次要作用。在英国规范中，根据主要作用的不同将极限状态分类对应5种组合工况：中国规范在每种主要荷载工况下采用同样的计算公式，通过调整组合值系数来考虑主要作用和次要作用中各作用间的关系，通过长短期组合的定义丰富荷载组合的内涵，总体而言，英国规范对组合的规定更为直接，对比结果如表2所示。

表2 中国规范和英国规范关于荷载分项系数的对比

此外，英国规范承载能力极限状态下结构安全系数全取γf3=1.1，中国规范承载能力极限状态下结构重要性系数根据不同的安全等级分成三档：1.1～0.9三档。英国规范的规定更严格。

2 内力计算结果对比

2.1 算例概述

科伦坡外环高速路项目主线高架桥桥标准段采用30 m跨径预应力混凝土简支工字梁结构。上部结构标准4车道单幅桥宽11.65 m，设置7片工字梁，板梁间距1.7 m。单片工字梁构造如图1所示，梁高1.833 m，上翼缘宽1.06 m，下马蹄宽0.711 m，腹板厚0.203 m，每片梁设4道15～12预应力钢绞线，上翼缘两侧各设置有牛腿，其上搁置桥面板现浇模板。单跨桥中设置2道端横梁和2道中横梁。

本文采用符合英国标准SAP CSibridge桥梁设计软件建立上部结构单幅桥空间梁格模型，分别施加英国规范和中国规范的荷载参数，各自得出桥梁内力结果。建立的SAP空间梁格模型如图1所示。

图1 有限元计算模型

2.2 内力单项结果对比

表3列出了采用中国规范和英国规范计算对30 m标准跨桥梁主要单项结果的对比。从结果上可知，两国规范计算的单项值差别较小，主要体现温度梯度作用上。

表3 中国规范与英国规范单项计算结果对比

2.3 内力组合结果对比

内力组合计算结果如图2所示。在承载能力极限状态下，弯矩计算结果中国规范较英国规范大7%，剪力计算结果中国规范较英国规范大26%。其主要原因是中国规范在承载能力极限状态下考虑车辆冲击系数较英国规范大，且在计算剪力时中国规范有考虑20%的增大系数。

图2 计算结果对比图

同理，在正常使用极限状态下，弯矩计算结果英国规范较中国规范大27%，剪力计算结果较中国大12%，由于中国规范在正常使用极限状态下不计冲击系数，同时在长期和短期组合下活载、风载和温度荷载均乘以组合值系数，对最后组合值削减较大。因此，影响两国规范内力计算结果差异的主要因素是组合要求和组合系数。

2.4 挠度结果对比

两国规范对挠度计算的规定也有较大差异，中国规范根据结构静力分析方法进行计算，英国规范按照采用应力曲率计算法进行查表计算，挠度形状与曲率关系表达式1/rx=d2a/dx2，用简化方法求出计算挠度为a=KL2/rx。

对于中国规范， 正常使用极限状态分为短期组合和长期组合，计算挠度按短期效应组合并考虑长期影响。英国规范仅有一种正常使用极限状态。

对计算模型进行比对分析，在车辆活载作用下，实例桥梁按中国规范计算所得的跨中挠度值为14.8 mm，按英国规范计算挠度值为12 mm。应力曲率计算法是一种近似计算方法，用简化计算方法会对梁产生计算偏差。

3 结 论

中国规范和英国规范相比，从规范内容和实例桥梁计算结果上，有以下几点差异。

(1)中英两国规范车辆活载定义各有不同的方法，计算结果差别较小，英国规范在对车辆附加荷载的定义上更详细。根据实例模型计算对比显示，影响计算结果的因素主要是荷载极限状态的组合要求和组合系数。

(2)英国规范对风荷载和温度荷载的定义较中国规范更详细，中国规范规定的梯度温差形式与英国规范的规定差距较大，计算所得的温度内力对结构设计影响也较大。

(3)中国规范采用静力方法计算挠度，英国规范采用应力曲率计算法计算挠度，中国规范的方法更直观准确，英国规范的方法及其表格相较常规桥梁结构使用时较为方便。