特殊活载作用下简支梁桥临时支撑的刚度优化

郭凯红

（闻合高速公路建设管理处，山西 运城 044000）

0 引言

在中国经济飞速发展的年代，公路建设发展迅速，公路交通量在不断增加，而车辆重载超速的情况也越来越严重，公路桥梁活载日趋增加，造成一些桥梁负荷增大，存在承载力不足的现象。

许多既有桥梁要经受临时或长期大型特殊荷载的考验，对于经常承受特大型荷载的桥梁必须进行必要的加固补强，而对临时需要通过特大型荷载的桥梁可以通过采取临时加固措施满足活载通过要求。增加支撑是一种较为常见的、临时提高结构安全功能的措施，通过增设支点（柱子或托架等）来减小结构的计算跨径，达到降低结构内力峰值和提高结构承载能力的加固方法[1]，但是当支撑刚度设计不合理时，在支撑点截面会出现较大的负弯矩而使主梁在结构上缘出现承载力不足而破坏的情形，为了避免这类破坏发生，可以通过协调主梁和支撑的刚度使结构内力达到合理状态。本文针对增加支撑加固提出对支撑刚度的优化设计，寻求刚度和强度之间合理的平衡[2]，使加固达到理想效果。

1 理论分析

式中：δ为表示单位力产生的位移；Δ1p为外力在力的方向上产生的位移。求得M表达式：

式中：n为表示支撑刚度与主梁刚度比，即：k支撑/k主梁；k为刚度系数。

图1 计算模型

图2 加载模型

由上面分析可知结构在活载作用下，弹性支撑点截面的内力与支撑刚度相关，可以通过调节主梁与支撑之间的刚度关系使主梁的内力达到比较合理的受力状态。

2 工程实例应用

2.1 理论计算

某桥为一主跨30 m简支T型梁桥，原设计荷载为汽车—20级，现在需通过一特殊挂车活载，挂车车轴共12排，轴距从前往后依次为2.25 m+1.92 m+9×1.5 m，总长 17.67 m，相应的轴重分别为 8.5（t）+17（t）+17（t）+9×25（t），总轴重 267.5 t。为了保证特殊挂车活载能安全地通过桥梁，在桥梁跨中增设临时支撑改善桥梁受力状态。由于原结构处于全截面下缘受拉状态，主要受力钢筋布置在截面下缘，增加支撑后可能出现上缘受拉状态而对结构产生破坏。为了避免这类破坏发生，可以通过协调支撑刚度使主梁内力达到合理的状态。

表1 活载作用下各主要截面内力

上面计算结果可以看出增加支撑能够削减主梁各截面内力值；刚性支撑对正荷载效应削减较大，但同时会出现较大的负效应对结构产生不利；弹性支撑当n=12时，整个主梁在活载作用下始终保持下缘受拉状态，与原结构受力状态一致，并且各截面内力也相应减小，能够满足荷载通过要求。刚性支撑和弹性支撑计算结果表明增加弹性支撑比刚性支撑更加合理。

2.2 试验结果

该桥按照上面理论分析结果，用增加弹性支撑的方式进行临时加固，对加固前后荷载试验检验桥梁的承载能力进行对比。试验采用了两辆东风-30 t（车重+货重）载重车，按双车道进行加载，在各梁跨中截面和1/4截面分别布置了应变片和千分表，采集数据进行分析（如图3所示），桥纵向按最不利位置加载，横向考虑中载和偏载两种情况。加固前后试验结果如图4和图5所示。

图3 千分表和应变片位置

图4 跨中截面加固前后位移

图5 四分点截面加固前后位移

由试验检测结果可以看出增加弹性支撑后跨中界面和四分点截面挠度都相应减小，1/4截面位移减小几乎达到一半左右，跨中截面减少也接近1/4，这与理论计算结果比较吻合，说明支撑刚度选取很合理，加固达到了预期效果。

3 存在问题说明

本文基于车道荷载加均布载和集中力进行理论推导，但车辆并非均匀的线性荷载，所以对于车辆荷载需要进一步按其实际与桥梁结构接触情况进行加载进行推导。

4 结语

a）对于有特殊活载通过的简支结构情况，可以在跨中施加支撑减小截面正弯矩，保证结构的安全。

b）通过协调上部构造和临时支撑的刚度，使得上部构造的内力分布达到较合理状态，而不至于使结构因为施加临时支撑，而产生较大次内力导致破坏。

c）实际工程中施加临时支撑时，原结构已经承受恒载处于变形状态，考虑支撑刚度时需按结构实际受力状态结合原结构配筋情况进行调节，以期使结构内力达到预期的理想效果。