一、公路、桥梁的设汁计算车辆荷载标准
我国现有公路和桥梁，绝大部分是在建国后修建的，桥梁设计时所采用的部颁车辆荷载标准比较复杂，先后曾经颁布过六个标准。对这些标准分述如下。
1. 《公路工程设计准则》
1951年颁布的《公路工程设计准则》所规定的桥梁车辆荷载设计标准，是借用原苏联1948年制定的标准。它以汽一10级荷载为基准，其他各级荷载的纵向轴距和横向轮距不变，各轴载质量则按荷载等级名称的比例变换。例如，汽一13级荷载是乘以1.3,汽—8级荷载是乘以0.8。
1956年《公路工程设计准则（修订草案）》则增加了汽一18级荷载。设计准则规定，需要时，汽一10级荷载标准应配合按履带长5m，总质量60t的单辆膣带车进行验算；汽一 18级荷载标准应配合按4轴总质量80t的平板拖车进行验算，验算时结构的容许应力提高30%。
2. 《公路桥涵车辆荷载及净空标准暂行规定》
1967年公布施行的《公路桥涵车辆荷载及净空标准暂行规定》是根据我国公路的实况调査结果制定的。本规定桥涵设计荷载标准有汽一26、汽一 15和汽一 10三个等级，其车辆轮距与设计准 则相比较，同轴的横向轮距排列由1.7m改为1.8m，相邻两车之 间的轮距由1.1m改为1.3iru车辆的纵向排列，相邻车辆的轴距也有变化。
这次规定不但车距加大，而且荷载等级名称也以车队中的加重的重量命名。实际上本规定的汽一26级荷载标准轻于设计准则的汽一18级荷载标准。汽一 15级也轻于原准则的汽一10级荷载标准。
3•《公路工程技术标准》
1972年颁布的《公路工程技术标准》(试行），重新规定了公路桥梁设计车辆荷载标准，这个标准分为汽车一20、汽车一 15和汽车一10三个级别。这次荷载等级的名称，又恢复到以车队中的主车质量命名。
1981年交通部批准《公路工程技术标准》m 01—81，作为部颁标准公布施行，该标准增加了汽车一超20级车辆荷载标准，车辆的横向轮距排列和1967年的暂行规定相同。
1988年交通部颁发的《公路工程技术标准》JTJ 01 — 88中所 规定的车辆荷载，汽车一10级其重车辆限值为l〇t，汽车一15级其重车轴限值为13t，汽车一20级其重车轴载质量限值（双联轴双 轮胎）为24t，汽车一超20级其重车轴载质量（双联轴双轮胎）限值为28t。
二、公路、桥梁通行能力分析
为了具体分析现有公路、桥梁对超限运输的通行能力和超限运输车辆对公路、桥梁使用寿命的影响，下面选用三种超限运输车辆的单轴载质量方案，即用单轴载质量13t方案（甲方案）、单轴载 质量12t方案（乙方案），单轴载质量10t方案（丙方案）。三个方案中又各设三个车队来进行研究。
汽车通过桥梁时的纵向排列计算图，其中车队1仿照《公路工 程技术标准》中的汽车一20级荷载，车队2和车队3则仿照汽车—超20级荷载。在二轴车队中，车队1插入一辆三轴车，车队2和 车队3中插人一辆半挂车或全挂车。
全国现有的大、中型公路桥梁中，按汽一13级荷载标准设计 的桥梁很多，约占67%，若把按相近似等级的汽一26级和汽车一15级荷载标准设计的桥梁包括在内，则约为83%(桥长同座数设 例相同）。其中：钢筋混凝土梁式桥占约39%(桥长）和34%(座 数各式拱桥约为61%(挢长）和66%(座数）。各式拱桥的实际通 行能力与设计能力之比，又较之钢筋混凝土梁式桥为大。而拱桥之中，又尤以砖、石、混凝土拱桥的潜在承载能力最大（梁式拱上建筑 的拱桥应视为梁桥）。荷载标准设计的钢筋混凝土梁式桥，是决定现有公路桥梁通过能力的关键。
三、超限运输与路面使用寿命
汽车轴载质量的大小，对路面的使用寿命有着直接的影响。我国现有公路中的高级、次高级路面中，大多数是柔性路面。因此，以这种路面作为超限运输对公路路面寿命的影响的研究，是比较现实的。
我国现行的《公路柔性路面设计规范》(JTJ 014 — 86)规定，路面设计以10 t或6 t的单轴双轮胎为标准轴载，对三、四级公路柔性路面的标准轴载规定为6U因此，现有公路只能满足相应轴载 质量的运输车辆通行的需要。公路路面在有效使用期内（高级公路为20年，二级公路为15年，三级公路为10年，四级公路为5年），由于超限运输车辆的反复作用，路面承受弹性变形的次数（即汽车 行驶次数>大为减少，从而导致早期破坏，使路面使用寿命降低。
用美国各州公路工作者协会(AASHO)的汽车轴载质量与路 面之间破坏关系的“四次方法则”：
在超限运输车辆的作用下，路面的使用寿命大大地缩短了。按干线公路上通过的交通量和车辆构成比例计算，当轴载质量在13 t时，使用期缩短51%;当轴载质量12 t时，使用期缩短36%; 当轴载质量在l〇t时，使用寿命也要缩短19%左右。即使汽车轴 载质量仍为l〇t，由于重型车在交通量中构成比例由6%增加S1J 12%，路面的使用期仍要缩短20%。
山西省公路局和省交通科研所1987〜1989年间在阳泉、盂县、大同、左云等地对超限、超载运煤车辆的调査结果表明:轴载质量6〜7 t的汽车，超限率在21%〜30%的车辆占超载车辆总数的 40%，超载率在31%〜40%的，占35%，超载率最高值达到了 50%; 轴载质量9〜10 t的汽车，超载率7%〜13%的，占超载车总数的 25%，超载率在13%〜19%的，占总数的40%，超载率在19%〜 27%的，占总数的25%,超载率最高值达34%。从上述情况可看出， 许多车辆因超载而超过轴载质量的限值标准，载质量愈小的车辆 超载愈严重。由于运煤车辆普遍地大量超载20%〜40%,导致路面使用初期就已达到疲劳寿命，过早破坏。如云西至店湾段10 km 左右的水泥混凝土路面，1985年建成的公路仅使用一年时间就已 遭到破坏。又如大唐线大同至云岗段13 km水泥混凝土路面，自1983年建成至1988年的六年时间，其损坏程度就已达77%。
1993年，广西壮族自治区公路管理部门对全区境内的公路因超载运输损坏的情况进行了调查，发现被损坏的公路共93条，损坏里程5 071 km里，损失金额达1. 47亿元。
如果要满足由于超限运输车辆轴载质量增大和重型车辆在交通量中的比例增加情况下的使用寿命要求，以保持公路路面设计使用寿命，路面在大修或新建时，都必须加大路面的厚度，其柔性路面应加厚的值。
对于刚性路面，当轴载质童由l〇t增加到13 t，即轴载质量增加30%时，混凝土路面厚度应增加40 mm。
四、现有桥梁的荷载
1. 我国现有桥梁的荷载等级情况
1979年，全国公路路况普査时，除对小型桥梁只按路段内的座数与总长度进行统计外，对每一座大、中型桥梁的修建日期、桥 型、荷载等级、使用材料及当时的技术状况，都逐座磁了记载。依服 原资料中对各座桥的验算荷载和修建年代判断，大致汽车一2〇级和汽一18级为一个等级；汽车一15级和汽一26、汽一13级为一个 等级；汽车一10级和汽一15级、汽一10级为一个等级；暂行规定 中的汽一10和准则中的汽一8为一个等级。
从荷载分类表中可以看出，我国现有干线公路及县公路的大、中桥梁中的钢筋混凝土梁式桥和各式拱桥的设计车辆荷载等级，主要是汽一13级及汽车一 15级，它们占大、中型桥梁总数的 82. 89%(长度）及83. 2%(座数）。设计荷载标准低于汽一13级及汽车一15的桥梁有1 900座，占总数的12.12%(座数）及10.56% (长度）。
这些桥梁的上部构造主要是钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土梁式桥和各式拱桥，占全国干线公路和县公路大、中桥梁总数的94. 11% (座数）及94. 41%(长度）。其中：钢筋混凝土梁式桥占 38. 28% (座数）及33. 08%(长度），各式拱桥占56. 14%(座数）及 61.04%(长度）。
因此，在分析研究超限运输车辆对现有桥梁的影响时，所选定的甲、乙、丙方案的汽车队能否顺利通行干线公路时，按照汽一13 级或汽车一 15级车辆荷载标准设计的桥梁进行验算。
2. 三种轴载质量方案车队的简支梁等代均布荷载
标准车队通过桥梁的力学作用，可用简支梁的跨中弯矩及支 点剪力的等代均布荷载来衡量。作用于桥台的竖向力，可用支点剪力的等代荷载计算。作用于桥墩的竖向力，可用跨径等于左右相邻两个桥墩中心的水平距离或相邻两孔上部结构跨径之和的跨径中点弯矩等代荷载计算。所选用甲、乙、丙三种轴载质量方案的各三 个车队及现行桥梁荷载标准及旧准则汽一 13级共13个汽车荷载标准的简支梁跨径中点弯矩等代均布荷载及支点剪力等代均布荷载。
由于所拟轴载质量方案的汽车轴载质量都没 有超过现行荷载标准中的最大轴载质量，但由于双联轴的轴距较小，使三种方案各三个车队的九个荷载中最轻的丙方案车队1,也 仅在较大跨径（大、中桥）时，才出现荷载作用小于汽一13级荷载的情况。这表明各方案车队对桥梁的力素效应，都比现行桥梁汽车荷载标准大。
3. 车队通过按汽一13级荷载标准设计的钢筋混凝土梁式桥上部结构的情况
前面已经讲到按汽一 13级荷载标准设计的钢筋混凝土梁式桥在全国已有公路桥梁中所占的比例，仅次手同级荷载标准的拱 桥，而它的承载能力储备则不如拱桥大。所以，我们在验算桥梁通过能力时，选用了按汽一13级荷载标准设计的钢筋混凝土梁式
桥。
车队通过桥梁情况，按设计规范规定的二行车靠边行驶(外轮中心距路缘石0. 5 m,二行车相邻的中心距1. 3 m)，它相当于在桥上超车情况；一行车靠边行驶（外轮中心距路缘石l.〇m)是正常运行情况（因桥跨径较小，一跨内仅容一辆车）。
根据验算结果，车队在桥上产生的弯矩及剪力，即使荷载最轻的丙方案，汽车的作用力也远大于汽一 13级荷载的作用。
4. 车辆的水平荷载
我国只有极少数的弯桥，讨论所选定的三种轴载质量方案车 辆的水平力作用时，可不考虑它的离心力。车辆制动力是关系桥梁 支座和下部结构安全的重要因素。制动力的大小与桥孔内的荷载 有直接的关系。旧规范规定设计的制动力为一行车队总重力的20%，现行规范定为一行车队重力的10%，但二者都规定不小于 车队中最重车重力的30%。对于按汽车一超20级荷载标准设计 的桥梁，三种方案各车队产生的制动力都能够适应（仅甲方案车队 3中的重车超过该级设计值的1. 8%)。对于按汽车一20级荷载标准设计的桥梁，只能适应各方案中的第一车队（重车为三轴车）的制动力。最轻的丙方案车队1的制动力为汽车一15级荷载制动力的1.2倍，是汽车一13级荷载制动力的1.42倍。所以甲、乙、丙三种方案中全挂列车的重力依次为汽一13级荷载中重车重力的3. 3、3. 〇、2. 6倍（以上制动力的大小都是按车队中重车重力的30%计算的）。
根据力学原理，制动力为即制动力的大小与车重W及车速p的平方成正比，与刹车距 离s成反比(g为重力加速度）。而制动距离与司机的反应时间和车辆制动装置的性能以及路面情况有关，一般规定为常数。所以当重车增加时，若要求制动力不增加，则必须相应降低车速。
5. 桥梁支座及桥梁下部结构的受力情况
为了适应温度变化时桥梁上部结构的自由伸缩，梁式桥的支162座分为固定支座与活动支座。设计规范规定固定支座应能承担荷载长度内的全部制动力，又规定跨距大于20 m的梁式桥的活动支座必须采用滚动支座、摆动支座或其他摩阻极小的支座。若制动力较原设计标准增加甚多，都将降低固定支座的穿钉和锚固钢筋的安全度。
影响下部结构承载能力的因素很多，主要有地质和水文情况以及隐蔽部分的工程质量等等。如果缺乏这些资料，对桥梁下部结构的实际承载能力是很难估计的。一般情况下，建于天然地基上的重力式桥台和桥墩，因为车辆竖向荷载与桥梁本身重量相比甚小，如果使用多年后没有出现不良现象，可以认为有相当大的车辆竖向荷载超载潜力。至于柔性排架式桥墩和桥台和柱式桥墩，其车辆竖向荷载在总竖向荷载中所占比例也只有20%〜40%(跨径愈小，比例愈大）。这类下部结构如果使用多年后，没有出现不良现 象，也可以认为有一定的车辆竖向荷载超载潜力。
重力式桥台本身重量较大，且有较大的土压力，制动力在水平荷载中的比例较小，所以有相当大的超载潜力。
制动力是桥墩的顺桥方向水平力，由于超限运输车辆总质量增加，使制动力增大，将使桥墩的安全度大为降低。建于天然地基上的重力式桥墩，如地基强度较大，使原设计的基础宽度减小，有可能因制动力的增加，使桥墩的倾覆稳定性得不到安全保证。柱式桥墩标准图中的圆柱截面，按极限状态理论抽样核算的结果，无论 是按汽一13级荷载标准设计的，还是按汽车一 15级荷载标准设计 的，受制动力控制的强度限值都仅有30%左右的富余，除丙方案 中的车队1外，都远小于其他方案车队制动力增加的倍数。考虑到最不利情况的可能出现，规范规定设固定_支座的桥墩应能承担荷 载长度内的全部制动力。一般简支梁桥的墩上都是设一排固定支 座和一排活动支座。最后的研究成果认为，即使活动支座采用弧形滑动或钢支座，它的摩阻力也能够将制动力通过上部结构传递到相邻桥墩。
6. 结论
根据上面的分析研究，可以得出下述结论：
(1) 所拟甲、乙、丙三个轴载质量方案中，只有单轴载质量lot 的二轴汽车可以顺利通过按汽_13级，汽车一15级荷载标准设计的钢筋混凝土梁式桥及各式拱桥。
(2) 当单轴载质量限值为10t的桥梁，采用三轴汽车、半挂及全挂列车通过时，需要限制通行（即有条件地通行）或降低汽车列车总质量后通行。
(3) 汽车轴载质量在12t或13t时，各类汽车均不能通行于公路上按汽一13级（汽车一15级）荷载标准设计的各式桥梁。
(4) 如果要保证最大轴载质量为10t的双轴汽车能顺利通行各种公路，则必须对低于按汽一13级（汽车一 15级）荷载标准设计修建的各式桥梁进行改建、加固。
对于桥梁技术状况评定为三类的桥梁，通过超限运输车辆时，必须加固后通行。
7. 几种重型汽车通过已建成桥梁的荷载情况
1) 按汽车一20级和汽车一15级荷载设计的梁式桥上部结构
交通部第二公路勘察设计院选择了以下几种梁式桥上部结构，对某些重型汽车的通过情况做了计算。
(1) 标准图JT/GQB 73,跨径为5m、6m的钢筋混凝土 实心板桥；
(2) 标准图JT/GQB 001—73,跨径为8m、13m的预应力钢筋 混凝土空心板桥；
(3) 标准图JT/GQB 008—73,跨径为10m、16m、20m的装配 式钢筋混凝土T形梁桥；
(4) 标准图JT/GQB 028—73,跨径25m、30m、40m的预应力 钢筋混凝土 T形梁桥；
(5) 跨径50m的洛阳黄河公路大桥预应力钢筋混凝土 T形梁 桥。
板桥横向由9块板组成，T梁桥横向由5片梁组成。
2) 按汽一 13(汽车一 15)级荷载设计的梁式桥上部结构
汽车一15桥梁通过各种车辆能力表是标准图JT/QS 0015 — 65,跨径5m、6m、8m的实心矩形板桥和标准图JT/QS 0007 —64, 跨径7. 5〜20m五梁式钢筋混凝土 T形梁桥，选用18种车型进行计算的结果。
五、汽车的总质量增加产生的经济效益与公路投入比较
为了适应国民经济的发展及客货运输日益增长的需要，公路运输部门不断提高运输效率，降低运输成本及能源消耗，以承运更 多的旅客和货物。采用大吨位重型汽车及汽车列车，是提高运效和 降低成本及单位能耗的重要技术途径之一。预计公路运输企业车 辆构成中，重型汽车及汽车列车的比例会不断增加。另外，随着矿山、林区、油田、建设工地的需要，扩大了重型汽车使用范围，使各部门使用的重型汽车数量增加很快。我国重型汽车生产量也由于引进新的生产技术，将会有较大增长。上述情况表明，现在及将来，在公路上行驶的重型载货汽车及汽车列车，不仅数量上有较快的 增长，而且总质量、轴载质量也越来越大。
但是，在提高汽车和汽车列车的总质量和轴载质量时，除了要考虑汽车运输的经济效益外，还必须考虑公路桥梁、路面的使用寿 命和建设、维护费用。只片面追求运输经济效益而不控制车辆轴载 质量和总质量，任其发展，则对公路和桥梁的使用寿命会造成严重的后果，给国家造成很大的经济负担。
以下进行的各项费用比较，其比较期是1983年〜2000年，比较期间为18年。各项费用的基价均以1983年的价格为准，虽然与现实的价格相比差距甚远，但可以从各项费用之间的比较以及由 于轴载质景的增加而加大投资比例中，看出因汽车轴载质量的增加所产生的运输经济效益与社会经济效益之间的关系。
1.增加路面厚度需要加大投资
由于超限运输车辆轴载质量的增大，缩短了路面的正常使用 年限和大修周期，如果要保证超限运输的需要和保持路面的正常使用年限，在公路大修及新建时，必须增加路面厚度。前面已经分 析r所选定的三种不同轴载质董方案与路面使用周期的关系和需要增加的路面厚度。下面就干线公路因超限运输的破坏进行修复 和为了满足超限运输需要同时增加路面厚度•以及新修公路时考 虑超限运输需要而增大路面厚度的工程投资费用及沥青用量进行计算。
现以1983年的干线公路25万km，按修复被破坏路面每公里 修复费用为5万元，沥青用量50 t;新建公路5万km,路面造价每公里30万元；为了满足超限运输需要，恢复和新建路面时，都需增加路面厚度，按每增加1 cm每公里投资1万元，沥青用量每公里 需增加12 t计算。
汽车轴载质量值对公路修建费用的影响很大，目前我国用于公路修建的财力、物力水平，还不能保证干线公路修建的需要。
2. 桥梁加固增加的费用
从1983年公路桥梁通过能力验算结果，以占干线公路及县公 路大中桥梁83%(长度）的梁式桥或拱式桥是按汽一 13(汽车一 15)级荷载标准设计的，当汽车轴载质量为10 t时，则双轴汽车可以通行。三轴汽车、半挂车及全挂列车则需限制（有条件地）通行或降低汽车列车总质量后通行。汽车轴载质量12 t及13 t的各类汽车均不能通行按汽一13级荷载标准设计的桥梁。
为了保证轴载质量10 t的汽车能在各级公路上通行，对低于 汽一13级荷载标准的、占全国大中桥总数12. 21%的钢筋混凝土 梁式桥和拱桥1 900座，14. 36万延米，需要改建，加固提高承载能力。按加固每延米桥梁需0. 5万元计算，仅此一项就需加固费7亿元。若按汽_13级标准进行改建，按每延米1. 0万元计算，其改建费达U亿元。
3. 汽车轴载质量与运输经济效益分析
1)分析条件
为分析汽车轴载质量与运输经济的关系，设以下四个条件作为分析的前提。
(1) 所选定的三种轴载质量方案，甲（13 t)、乙（12 t)、丙 (10 O方案，其轴载质量差就是汽车载质量差。
(2) 在计算运输利润时，三种轴载质量方案车辆的单位运价是相同的。
(3) 使用三种轴载质量的汽车分别运输所给定的货物周转量。
(4) 在比较三种轴载质量汽车运输效益时，设它们的使用条件，管理水平相同。
2)三种轴载质量汽车运输成本
三种轴载质量汽车运输经济效益主要表现是：当三种轴载质量汽车的单位运价相同时，哪种轴载质量汽车的运输成本低，则运输利润就高。只要分别计算出三种轴载质量汽车的单位运输成本，就能求出它们各自的运输利润。
汽车运输成本，由车辆费用和企业管理费用两类构成。三种轴载质量汽车在同一使用条件下，它的运输成本的差别仅与车辆费用有关。车辆费用的构成包括：司机、辅助工工资及附加费，燃料费用，轮胎摊销费及修补费，保修工、料费，大修提成或基金，折旧费、养路费及其他。
3) 三种轴载质量汽车的年运输利润
年运输利润=年货物周转量X(单位运价一单位运输成本）
4)三种轴载质量汽车的购车贷款及利息
为了完成年货物周转量的任务，必须配备一定数量的汽车，其所需车辆总数等于年货物周转总量除以单车年运输货物周转量。
购车所需贷款金额及应支付的利息：
购车贷款金额=所需车辆总数X每辆售价设每辆车售价：甲（13 t轴载质量）7. 5万元 乙（12 t轴载质量）7.0万元丙（10 t轴载质量）6.5万元企业流动资金=购车贷款X20%。
5) 三种轴载质董汽车的营运纯收人
汽车营运纯收人=运输利润一贷款利息
6) 结论
以上对选定的三种轴载质量方案的汽车的经济效益分析表明：
(1) 载货量越大的汽车，运输经济效益越好，原因是运输成本低，所需车辆总数少，占用资金少。
(2) 当汽车轴载质量从10 t(载货量15. 4 t)增加到12 t(载货董18 t)时，其轴载质量增加20%(载货量增加16. 9%),运输效益每年增加21%;当轴载质量从12 t增加到13 t时，轴载质量增加8. 3%(载货量增加13. 3%)，运输经济效益每年增加8%。随着轴载质董值增加，运输效益的增加则变缓。如轴载质量从1〇 t增加到13 t时，年经济效益只增加29%。
4. 公路建设投资费用的增大
从前面对因超限运输而需要公路路面的大修和加厚，桥梁的加固和改建以及带来运输经济效益增加的分析，可以得出这样的结论：
(1) 公路修建费用对超限运输车辆轴载质童的增加十分敏感。当汽车轴载质量增加到13 t时，公路修建每年所需的修建费用比10 t轴载质量时提高70%,其值从每年的28.1亿元，增加到每年的39.1亿元。
(2) 要使轴载质量10 t的双轴汽车能通行设计荷载标准低于汽一 13级的桥梁，就必须对14.36万延米的桥梁进行改建，因此而需增加投资14亿元。
汽车总质量的增加，提高了汽车运输效益。当汽车轴载质量从10 t增加到13 t时，年运输收益从9. 78亿元增加到12. 6亿元，仅增加29%,远远抵不上公路修建费用的增加值。
致于超限运输获得的收益是否能与公路修建费用相抵的问题，目前尚有争议。但事实上超限运输带来的经济收益由运输企业(国营、集体和私人）所得，而公路修建的投资则由公路建设部门承 担。对这个问题，世界上一些国家也是这样认为的，如原联邦德国交通部长在1981年2月的一期“交通通讯”上有节制地说过：“按 专家们分析确定，在私人经济领域中，可得到额外的收益，如可以节省载货汽车的人员和运输费用。然而，要提高公路建筑结构，国家所要支付的额外的费用要比私人收益多得多。
