重型车辆下桥梁适应性安全检测与评估

李 快，王秋芬，李 季

（丽水经济开发区建设和规划服务中心，浙江丽水 323000）

0 引言

随着经济的发展，桥梁在满足正常交通荷载需要时，有时也要通过超重车辆。超重车辆不同于普通超载车辆，其单辆荷载远远大于普通超载车辆；为保证桥梁的安全，需要对超重车辆通过区域桥梁进行安全检测评估。由于通过桥梁所在路线等级、桥型、设计荷载等级、建设年代均不同，对此类桥梁检测与评估既不同于单座桥梁的评估，也不同于正常设计荷载的普通安全评估。针对超重车辆行驶特点，本文结合实际工程案例，提出适应于重型荷载安全通过的桥梁安全检测与评估及相关注意事项，为类似工程提供依据。

1 适应性安全检测与评估

常规的桥梁安全评估，本质上是结构抗力与荷载作用效应的比较，桥梁的结构抗力主要是根据桥梁的技术状况（例如结构的病害、材料的强度等）进行折减计算，荷载作用效应主要根据桥梁恒载（主要是恒载、附加荷载）和活载组合计算得来。桥梁安全评估的现场检测也是根据上述的要求进行，最终两者进行比较抗力大于作用效应，桥梁承载力就满足要求[1-3]。超重车辆有自身的特点：第一，它的重量远远超过普通超载车辆；第二，它能人为控制车辆有序通过桥梁，例如车速、时间点与持续时间、通过方式（单辆还是多辆）；第三，其总重不变，但单轴的重量可以在一定范围内调整；第四，超重车辆一次性通过，时间短暂，基本上可视为短期的恒载。按规范计算桥梁承载力，许多因素是简化后作为安全储备考虑进去的，因此超重车辆通过桥梁除了常规的检测与计算外，还应从减荷与挖潜两方面进行。

（1）现场检测时除了重点调查桥梁受力结构的病害，以及材料强度、内部钢筋锈蚀程度外，应侧重以下几个方面：

a.桥面纵坡。纵坡大小决定超重车辆刹车产生的水平制动力，特别是注意长距离、大纵坡桥梁需要考虑车辆的水平制动力。

b.桥面的平整度。桥面平整度是影响超重车辆的竖向冲击力大小的重要因素。对于不平整桥面应进行维修，超重车辆以5 km/h通过桥梁时，车辆荷载可不考虑冲击系数。

c.桥面铺装、栏杆结构。桥面铺装整体性，对车辆轴重的扩散作用，整体性防撞栏杆有很大的刚度，特别是中小桥防撞栏杆的高度，几乎等于主梁高度。通常桥梁承载力计算并不考虑桥面连续与扩散作用与防撞栏杆刚度，超重车辆通过桥梁时可作为安全储备考虑进去。

d.桥梁排水设施调查。排水设施的完善性，特别是对于实腹拱拱桥的拱上填料的自重影响很大，同时拱上填料对车轴荷载的扩散作用正常计算基本简化了，因此需要在良好天气通过桥梁。

（2）超重车辆单轴荷载的调整。超重车辆的总重不变，但可以通过调整车上货物的重心一定范围内调整单轴的重量，再通过试算找到作用效应最小的最优的货物重心位置。

（3）计算荷载关于荷载组合及系数的取值问题（例如桥梁安全等级、车辆的冲击系数等）。

2 案例分析

2.1 工程背景

装载风力发电设备超车辆经过某区域6座桥。桥梁全部为拱桥，其中1、3、5号为实腹式拱桥，2、4、6号为空腹式拱桥。桥梁的跨径、桥型汇总如表1。

表1 桥型汇总表

从上述桥梁来看，运输经过的桥梁中4号桥梁跨径最大，且为空腹式拱桥（实腹拱对车辆荷载有扩散作用）。本文以4号桥为例，介绍超重车辆的桥梁安全检测与评估的过程与注意事项。

2.2 技术状态评定

4号桥为石拱桥，通过上部结构进行详细的外观检测。4号桥总体上部结构整体状况良好，主拱圈及腹拱砌缝完好。桥面纵坡不大，为混凝土板块，局部出现坑槽（桥面有一定扩散作用，避免车辆“跳车”需要简单整平），腹拱局部出现渗水（车辆需要几天晴好天气后通过）。栏杆为普通样式，对桥梁的整体刚度不起作用，作为荷载计入。

2.3 汽车荷载的调整

本次通过4号桥梁有两种类型车辆（59 t和84 t），通过试算找到作用效应最小的最优的货物重心位置，如图1～图3所示，并通过桥梁的中轴线。

图1 机舱轮毂加载车辆（59 t）（单位：mm）

图2 风力电机加载车辆（84 t）（单位：mm）

图3 行车布置示意图（单位：mm）

2.4 桥梁评估与承载力评定

将全桥构件简化为梁单元，主拱截面按成拱截面计算内力，拱式拱上建筑考虑联合作用，腹拱圈以上填料，侧墙自重作为荷载加载，横墙与主拱圈采用刚接。无铰拱与横墙连接处采用刚接处理，鉴于运输期间为夏季，温度按整体升温15℃（降温有利，通过桥梁时选择夜间进行）、原设计温度两种情况进行计算。拱脚作铰接处理，桥面伸缩缝释放梁端约束处理，桥面板与拱圈采用弹性连接进行模拟。其余细部按照图纸要求进行处理。桥梁基础位于水面以下，不便于观测，所有计算均未计入桥台基础不均与沉降引起的内力。图4为4号桥模型，表2列出了84 t几种荷载组合及系数取值。图5～图8为最不利荷载组合下弯矩包络图、轴力包络图、轴向应力图和弯曲应力图。表3为4号桥验算结果。

图4 4号桥模型

表2 （84 t）荷载组合表

图5 最不利荷载组合下弯矩包络图(单位：kN·m)

图6 最不利荷载组合下轴力包络图（单位：kN）

图7 最不利荷载组合下轴向应力图（单位：kN）

图8 最不利荷载组合下弯曲应力图(单位：kN·m)

表3 （84t）4号桥验算结果

3 采取的必要措施

为了确保超重车辆施加荷载与理论计算基本一致，在通过桥梁时还需做以下几方面的事项。

（1）禁止桥面会车或急刹车，尽量匀速通过桥梁，车辆过桥时,严格遵循不变速、不制动及限速5 km/h的原则。

（2）为保证桥梁受力安全，超重车过桥时应全封闭桥梁，不得有其他车辆通过，也不得有人群，超重车辆应在凌晨天亮时逐一通过，禁止两辆或多辆车同时上桥。

（3）通过现场观测，4号桥下雨时桥梁拱脚位于水平面以下，由于拱脚大部分为砂浆砌体结构，对构件的承载力影响较大，因此建议运输前确保拱桥水位降至主拱圈拱脚以下，且暴雨天气极易引起水位暴涨，该类天气禁止运输车辆通行。

（4）为保证车辆运输安全，应派专人对桥梁进行观测，一旦发现异常情况，应立即封锁交通。

[1]JTJD62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]JTGT J21—2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[3]杨建宏.超重车辆通过桥梁安全评定系统研究[D].大连：大连理工大学，2003.