武 建，汪永蘭

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司)

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特載車輛過(guò)橋加固措施及安全性評(píng)估

武 建，汪永蘭

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司)

總結(jié)了特載車輛過(guò)橋的加固措施，對(duì)改變結(jié)構(gòu)體系法加固方法進(jìn)行了實(shí)橋介紹，最后對(duì)加固后橋梁的安全性評(píng)價(jià)、配車要求、過(guò)橋管理等提出了技術(shù)建議。

大件運(yùn)輸；特載車輛；加固；安全性評(píng)估

1 特載車輛過(guò)橋的加固措施

1.1 改變結(jié)構(gòu)體系法

改變結(jié)構(gòu)體系加固法通常是采用一定的技術(shù)措施改變?cè)袠蛄航Y(jié)構(gòu)的受力體系，降低控制截面內(nèi)力，改善橋梁的受力性能，提高橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的一種加固方法。常用的技術(shù)措施有：將單孔簡(jiǎn)支梁通過(guò)加中間支撐改為連續(xù)梁，將多孔簡(jiǎn)支梁梁端相連改為連續(xù)梁，將帶掛梁的懸臂梁橋改為連續(xù)剛構(gòu)橋，將中、下承式拱改變?yōu)楣?斜拉組合體系，將連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋改變?yōu)榘Ｋ崩瓨?。這種加固方法可與增大截面法、粘鋼板發(fā)等綜合使用，加固效果較好且對(duì)交通影響較小。但由于對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力改變較大，對(duì)加固的橋梁需進(jìn)行全面的方案制定及比選。例如較為常用的將單孔簡(jiǎn)支梁通過(guò)加中間支撐改為連續(xù)梁的方案，由于主梁跨中截面由正彎矩截面變?yōu)樨?fù)彎矩截面，而跨中截面上緣配筋往往較弱，需作為結(jié)構(gòu)計(jì)算的重點(diǎn)。

1.2 增大截面加固法

(1)加厚橋面板加固法

該方法是將原有橋面鋪裝拆除，在原橋面板上澆筑鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，以提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎剛度和承載能力。這種方法由于增加了較多恒載，對(duì)基礎(chǔ)的承載能力要求較高，需要對(duì)下部結(jié)構(gòu)及地基的承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，必要時(shí)需進(jìn)行地基的處理。

(2)增焊主筋加固法

當(dāng)梁的主筋應(yīng)力超過(guò)容許范圍，而又受到橋下凈空限制時(shí)，可采用只增焊主筋的方法進(jìn)行加固。因增加的鋼筋一般無(wú)法穿過(guò)支座錨固，需將新增鋼筋焊接在原主筋上。

(3)增大梁腋法等

增大梁腋法是將梁的下翼緣加寬加高，擴(kuò)大梁的斷面，在新增斷面中增設(shè)主筋。

增大截面法具有施工工藝成熟，提高承載力效果佳，加固費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。為了使新增加的截面和原截面盡可能共同參與受力，加固實(shí)施前應(yīng)采取措施卸除全部活載及部分恒載。采用增大截面加固法時(shí)，新老混凝土交界面除了進(jìn)行鑿毛處理外，還應(yīng)采取涂刷界面膠、種植剪力銷等措施，已保證新老混凝土共同受力。

1.3 體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法是通過(guò)增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力索對(duì)既有結(jié)構(gòu)主動(dòng)施加外力以改善原結(jié)構(gòu)的受力狀況，屬于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的一種。此方法可以改變?cè)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低其應(yīng)力水平，也可以使常規(guī)的被動(dòng)加固結(jié)構(gòu)中所具有的應(yīng)力滯后現(xiàn)象得以消除，使后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好地協(xié)同工作，從而顯著提高結(jié)構(gòu)總體的承載能力。體外預(yù)應(yīng)力加固法具有施工方便、恒載增加小、體外索可檢測(cè)可補(bǔ)張等有點(diǎn)，適用于采用一般方法無(wú)法加固或加固效果不理想的大跨徑橋梁加固。

1.4 粘貼碳纖維布或鋼板加固法

該方法是用粘結(jié)劑將碳纖維布或鋼板等片材牢固地粘貼于需要加固的橋梁結(jié)構(gòu)表面，并采取適當(dāng)?shù)腻^固措施，使其與原結(jié)構(gòu)共同受力，以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。該方法施工方便、所占空間小、加固施工周期短、對(duì)橋上交通影響較小。

2 特載車輛過(guò)橋的安全性評(píng)估

2.1 安全性評(píng)估的流程

特載車輛過(guò)橋的安全性評(píng)估流程為：首先收集相關(guān)技術(shù)資料；然后進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能測(cè)試、外觀缺陷檢查及材質(zhì)與耐久性參數(shù)檢測(cè)；最后進(jìn)行特載車輛過(guò)橋的安全性評(píng)估并提出加固措施及建議。

2.2 安全性評(píng)估的計(jì)算方法

(1)等效荷載評(píng)估法

橋梁結(jié)構(gòu)控制截面的最大內(nèi)力可通過(guò)該截面內(nèi)力影響線最不利加載求得，將橋梁需要通行的特殊荷載與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載或經(jīng)過(guò)驗(yàn)算的可通行特載相比較，便可初步對(duì)超重車輛過(guò)橋的可行性進(jìn)行判定。由于特載車輛型號(hào)繁多、性能各異，若對(duì)每種車輛作用下的橋梁控制截面的受力情況進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算比較厚后再作出判別，在時(shí)間和精力上都難以保證。因此，等效荷載評(píng)估方法對(duì)運(yùn)輸設(shè)備車輛的選擇及橋梁加固方案的初步制定具有較好的實(shí)用性。

(2)實(shí)際荷載檢算法

運(yùn)輸車輛、過(guò)橋方案及加固方案確定后，需要對(duì)超載車輛過(guò)橋的安全性進(jìn)行全面的檢算。安全性計(jì)算的主要構(gòu)件包括上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件、下部結(jié)構(gòu)墩臺(tái)及基礎(chǔ)。由于超載車過(guò)橋時(shí)要求不變速、不制動(dòng)且限速5 km/h，所以計(jì)算時(shí)不計(jì)沖擊震動(dòng)的影響。

要驗(yàn)算判定橋梁能否通過(guò)超重車，須按超重車的縱向不利位置算出結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的內(nèi)力最大值，并考慮橋梁橫向分布的影響，即乘以橫向分布系數(shù)。然后再與規(guī)范限值進(jìn)行比較，如小于限值，則證明可安全通過(guò)超重車輛；反之需重新確定運(yùn)輸車輛及橋梁加固方案。

由于多數(shù)橋梁都經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，構(gòu)件材質(zhì)可能存在不同程度的劣化。在安全性計(jì)算前還應(yīng)進(jìn)行橋梁缺損狀況檢查評(píng)估，以得到橋梁各構(gòu)件的實(shí)際狀態(tài)參數(shù)。

2.3 安全性評(píng)估實(shí)例

(1)橋梁概況

某橋梁全長(zhǎng)44.04 m，跨徑布置為3×13 m，上部結(jié)構(gòu)采用13 m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，橋梁全寬49 m，凈寬43 m。下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩臺(tái)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩柱直徑φ1.0 m，樁基直徑φ1.2 m。支座為GYZ型板式橡膠支座，橋面設(shè)雙向橫坡1.5%，橋面鋪裝10 cm混凝土現(xiàn)澆層和9 cm瀝青混凝土。設(shè)計(jì)荷載為：公路-I級(jí)；地震基本烈度：Ⅶ度。

為了通過(guò)重約1 300 t的重車，采用在通過(guò)重車的一幅橋增加橋墩的加固方式，將原13 m跨度簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)換為(4.0+5.0+4.0)m三跨連續(xù)梁，新增橋墩采用樁柱式墩，墩柱為直徑100 cm的鋼筋混凝土柱，柱頂與120 cm×110 cm的鋼筋混凝土蓋梁連接，樁基采用直徑120 cm的鋼筋混凝土樁。

(2)大件車輛荷載及過(guò)橋方案

①大件車輛荷載

本橋擬通過(guò)重車為4縱列23軸索埃勒平板重車，每個(gè)軸縱向間距均為1.5 m，車貨總重1 299.1 t。裝載設(shè)備后一般情況下每軸是均布載荷，特殊情況下最大壓差為10 bar，按照此情況計(jì)算，4縱列23軸線分三點(diǎn)支撐，前面4縱列8軸線為一點(diǎn)，后面4縱列15軸線為兩點(diǎn)，其中2縱列15軸線為一點(diǎn)，每一點(diǎn)軸載荷均布，前一點(diǎn)與后兩點(diǎn)壓差為10 bar，經(jīng)計(jì)算前點(diǎn)4縱列軸載為54.35 t，橫向每個(gè)輪胎載荷為3.4 t，后兩點(diǎn)4縱列軸載為57.01 t，橫向每個(gè)輪胎載荷為3.56 t。安全性評(píng)估計(jì)算時(shí)，偏安全所有軸重均取57.01 t。

②過(guò)橋方案

超重車輛過(guò)橋時(shí)盡可能從橋梁中心線附近通過(guò)，以避免由于橋梁局部受力過(guò)大而產(chǎn)生局部破壞或傾覆。本次大件車輛通行區(qū)域?yàn)?#～16#板所對(duì)應(yīng)的橋面區(qū)域(板梁沿車輛前進(jìn)方向由左至右依次編號(hào)為1#～25#板)。車輛過(guò)橋時(shí)，沿限定區(qū)域的中心線，以不大于5 km/h的速度勻速行進(jìn)，不得在橋上停留、變速、制動(dòng)。大件車輛通行期間，禁止其他車輛和行人通行。

③安全性評(píng)估結(jié)果

a 橫向分布計(jì)算

采用鉸接板法計(jì)算得到各板梁的橫向荷載影響線，結(jié)合大件車輛的車輪橫向布置，計(jì)算得到大件車輛荷載橫向分布系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，在預(yù)定車輛過(guò)橋方案的車輛荷載作用下，橫向分布系數(shù)跨中截面及支點(diǎn)截面最大值分別為0.088 8和0.186 1，位于12#梁。選12#梁進(jìn)行驗(yàn)算，橫向分布系數(shù)偏安全沿縱橋向均取0.186 1。

b 橋梁結(jié)構(gòu)建模

采用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件建立12#板梁的單梁模型，進(jìn)行加載分析。板梁共劃分為26個(gè)單元，27個(gè)節(jié)點(diǎn)。本橋在增設(shè)橋墩加固后，受力體系發(fā)生變化，由一孔13 m簡(jiǎn)支梁變?yōu)?4 m+5 m+4 m)三跨連續(xù)梁。模擬計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)受力按兩階段考慮，上部結(jié)構(gòu)在恒載作用下為原結(jié)構(gòu)受力模式，大件車輛荷載作用下，新增橋墩開始受力采用連續(xù)梁受力模式。

c 承載力驗(yàn)算

板梁承載能力極限狀態(tài)組合下，跨中截面最大彎矩效應(yīng)值為624.1 kN·m，跨中截面抗力為808.5 kN·m，主梁抗彎承載能力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，特載車輛可以安全通過(guò)橋梁。

3 特載車輛過(guò)橋的應(yīng)急預(yù)案

(1)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生異常情況應(yīng)急預(yù)案

大件車輛通過(guò)橋梁及涵洞時(shí)，應(yīng)安排專人在橋下對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)有較大的變形或結(jié)構(gòu)損壞等異常情況時(shí)應(yīng)立即停止運(yùn)輸，待查明原因確保安全后再通過(guò)橋涵。

(2)橋梁引道路基局部沉降應(yīng)急預(yù)案

由于橋梁引道路基可能存在局部缺陷，在運(yùn)輸過(guò)程中路基可能出現(xiàn)局部沉降從而影響貨物及車輛的安全，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)停止運(yùn)輸，在路基沉陷部位臨時(shí)鋪設(shè)鋼板，以確保車輛安全通過(guò)。

(3)車輛突發(fā)故障應(yīng)急預(yù)案

在運(yùn)輸前，應(yīng)對(duì)特種車輛進(jìn)行全面檢查，并通知維修人員及備用車輛待命。如在過(guò)橋途中輛出現(xiàn)故障，立即安排維修技術(shù)人員進(jìn)行維修。如確定無(wú)法維修，及時(shí)調(diào)用備用車輛進(jìn)行運(yùn)輸。

(4)設(shè)備松動(dòng)應(yīng)急預(yù)案

運(yùn)輸過(guò)程中，因客觀原因?qū)е吕υ蓜?dòng)的情況下，由隨從的質(zhì)量監(jiān)控人員及專家認(rèn)真分析松動(dòng)的原因，重新制定切實(shí)可行的加固方案，對(duì)大件設(shè)備進(jìn)行重新加固。

4 結(jié) 論

(1)特重車輛過(guò)橋時(shí)應(yīng)對(duì)橋梁采取臨時(shí)的加固措施并進(jìn)行全面的安全性評(píng)估，以減小特重車輛對(duì)橋梁的損傷，確保橋梁安全。

(2)為了盡量減小重車對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，建議使用軸數(shù)相對(duì)較多、軸距相對(duì)較大(軸線荷載較小)的掛車進(jìn)行運(yùn)輸；盡量選擇橫向車輪較多的配車，且車輪的橫向間距宜均勻布置。

(3)特重車輛過(guò)橋前應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定全面的應(yīng)急預(yù)案，過(guò)橋過(guò)程中加強(qiáng)全過(guò)程的管控，確保車輛順利過(guò)橋。

[1] 顧勇軍.特載車過(guò)橋的可靠度評(píng)估及對(duì)策研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[2] 公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范(JTG H11-2004)[S].人民交通出版社.

[3] 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)[S].人民交通出版社.

[4] 范立礎(chǔ).橋梁工程(上、下冊(cè))(橋梁工程專用)第二版[M].北京:人民交通出版社，1993.

2015-04-18

武建(1982.-)，男，河北張家口人，工程師，研究方向：橋梁工程。

U445.1

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1008-3383(2015)11-0118-02