特载车辆过桥加固措施及安全性评估

2015-03-21汪永兰

黑龙江交通科技 2015年11期

关键词：大件过桥受力

武建，汪永兰

(江苏省交通规划设计院股份有限公司)

特载车辆过桥加固措施及安全性评估

武建，汪永兰

(江苏省交通规划设计院股份有限公司)

总结了特载车辆过桥的加固措施，对改变结构体系法加固方法进行了实桥介绍，最后对加固后桥梁的安全性评价、配车要求、过桥管理等提出了技术建议。

大件运输；特载车辆；加固；安全性评估

1 特载车辆过桥的加固措施

1.1 改变结构体系法

改变结构体系加固法通常是采用一定的技术措施改变原有桥梁结构的受力体系，降低控制截面内力，改善桥梁的受力性能，提高桥梁结构承载能力的一种加固方法。常用的技术措施有：将单孔简支梁通过加中间支撑改为连续梁，将多孔简支梁梁端相连改为连续梁，将带挂梁的悬臂梁桥改为连续刚构桥，将中、下承式拱改变为拱-斜拉组合体系，将连续梁、连续刚构桥改变为埃塔斜拉桥。这种加固方法可与增大截面法、粘钢板发等综合使用，加固效果较好且对交通影响较小。但由于对桥梁结构的整体受力改变较大，对加固的桥梁需进行全面的方案制定及比选。例如较为常用的将单孔简支梁通过加中间支撑改为连续梁的方案，由于主梁跨中截面由正弯矩截面变为负弯矩截面，而跨中截面上缘配筋往往较弱，需作为结构计算的重点。

1.2 增大截面加固法

(1)加厚桥面板加固法

该方法是将原有桥面铺装拆除，在原桥面板上浇筑钢筋混凝土补强层，以提高桥梁结构的抗弯刚度和承载能力。这种方法由于增加了较多恒载，对基础的承载能力要求较高，需要对下部结构及地基的承载能力进行验算，必要时需进行地基的处理。

(2)增焊主筋加固法

当梁的主筋应力超过容许范围，而又受到桥下净空限制时，可采用只增焊主筋的方法进行加固。因增加的钢筋一般无法穿过支座锚固，需将新增钢筋焊接在原主筋上。

(3)增大梁腋法等

增大梁腋法是将梁的下翼缘加宽加高，扩大梁的断面，在新增断面中增设主筋。

增大截面法具有施工工艺成熟，提高承载力效果佳，加固费用低等优点。为了使新增加的截面和原截面尽可能共同参与受力，加固实施前应采取措施卸除全部活载及部分恒载。采用增大截面加固法时，新老混凝土交界面除了进行凿毛处理外，还应采取涂刷界面胶、种植剪力销等措施，已保证新老混凝土共同受力。

1.3 体外预应力加固法

体外预应力加固法是通过增设体外预应力索对既有结构主动施加外力以改善原结构的受力状况，属于无粘结预应力的一种。此方法可以改变原结构内力分布并降低其应力水平，也可以使常规的被动加固结构中所具有的应力滞后现象得以消除，使后加部分与原结构能较好地协同工作，从而显著提高结构总体的承载能力。体外预应力加固法具有施工方便、恒载增加小、体外索可检测可补张等有点，适用于采用一般方法无法加固或加固效果不理想的大跨径桥梁加固。

1.4 粘贴碳纤维布或钢板加固法

该方法是用粘结剂将碳纤维布或钢板等片材牢固地粘贴于需要加固的桥梁结构表面，并采取适当的锚固措施，使其与原结构共同受力，以达到提高结构承载力、延长结构使用寿命的目的。该方法施工方便、所占空间小、加固施工周期短、对桥上交通影响较小。

2 特载车辆过桥的安全性评估

2.1 安全性评估的流程

特载车辆过桥的安全性评估流程为：首先收集相关技术资料；然后进行桥梁结构动力性能测试、外观缺陷检查及材质与耐久性参数检测；最后进行特载车辆过桥的安全性评估并提出加固措施及建议。

2.2 安全性评估的计算方法

(1)等效荷载评估法

桥梁结构控制截面的最大内力可通过该截面内力影响线最不利加载求得，将桥梁需要通行的特殊荷载与设计标准荷载或经过验算的可通行特载相比较，便可初步对超重车辆过桥的可行性进行判定。由于特载车辆型号繁多、性能各异，若对每种车辆作用下的桥梁控制截面的受力情况进行详细计算比较厚后再作出判别，在时间和精力上都难以保证。因此，等效荷载评估方法对运输设备车辆的选择及桥梁加固方案的初步制定具有较好的实用性。

(2)实际荷载检算法

运输车辆、过桥方案及加固方案确定后，需要对超载车辆过桥的安全性进行全面的检算。安全性计算的主要构件包括上部结构主要承重构件、下部结构墩台及基础。由于超载车过桥时要求不变速、不制动且限速5 km/h，所以计算时不计冲击震动的影响。

要验算判定桥梁能否通过超重车，须按超重车的纵向不利位置算出结构各构件的内力最大值，并考虑桥梁横向分布的影响，即乘以横向分布系数。然后再与规范限值进行比较，如小于限值，则证明可安全通过超重车辆；反之需重新确定运输车辆及桥梁加固方案。

由于多数桥梁都经过多年的运营，构件材质可能存在不同程度的劣化。在安全性计算前还应进行桥梁缺损状况检查评估，以得到桥梁各构件的实际状态参数。

2.3 安全性评估实例

(1)桥梁概况

某桥梁全长44.04 m，跨径布置为3×13 m，上部结构采用13 m先张法预应力混凝土空心板梁，桥梁全宽49 m，净宽43 m。下部结构采用桩柱式墩台和钻孔灌注桩基础，墩柱直径φ1.0 m，桩基直径φ1.2 m。支座为GYZ型板式橡胶支座，桥面设双向横坡1.5%，桥面铺装10 cm混凝土现浇层和9 cm沥青混凝土。设计荷载为：公路-I级；地震基本烈度：Ⅶ度。

为了通过重约1 300 t的重车，采用在通过重车的一幅桥增加桥墩的加固方式，将原13 m跨度简支梁转换为(4.0+5.0+4.0)m三跨连续梁，新增桥墩采用桩柱式墩，墩柱为直径100 cm的钢筋混凝土柱，柱顶与120 cm×110 cm的钢筋混凝土盖梁连接，桩基采用直径120 cm的钢筋混凝土桩。

(2)大件车辆荷载及过桥方案

①大件车辆荷载

本桥拟通过重车为4纵列23轴索埃勒平板重车，每个轴纵向间距均为1.5 m，车货总重1 299.1 t。装载设备后一般情况下每轴是均布载荷，特殊情况下最大压差为10 bar，按照此情况计算，4纵列23轴线分三点支撑，前面4纵列8轴线为一点，后面4纵列15轴线为两点，其中2纵列15轴线为一点，每一点轴载荷均布，前一点与后两点压差为10 bar，经计算前点4纵列轴载为54.35 t，横向每个轮胎载荷为3.4 t，后两点4纵列轴载为57.01 t，横向每个轮胎载荷为3.56 t。安全性评估计算时，偏安全所有轴重均取57.01 t。

②过桥方案

超重车辆过桥时尽可能从桥梁中心线附近通过，以避免由于桥梁局部受力过大而产生局部破坏或倾覆。本次大件车辆通行区域为8#～16#板所对应的桥面区域(板梁沿车辆前进方向由左至右依次编号为1#～25#板)。车辆过桥时，沿限定区域的中心线，以不大于5 km/h的速度匀速行进，不得在桥上停留、变速、制动。大件车辆通行期间，禁止其他车辆和行人通行。

③安全性评估结果

a 横向分布计算

采用铰接板法计算得到各板梁的横向荷载影响线，结合大件车辆的车轮横向布置，计算得到大件车辆荷载横向分布系数。计算结果表明，在预定车辆过桥方案的车辆荷载作用下，横向分布系数跨中截面及支点截面最大值分别为0.088 8和0.186 1，位于12#梁。选12#梁进行验算，横向分布系数偏安全沿纵桥向均取0.186 1。

b 桥梁结构建模

采用结构有限元分析软件建立12#板梁的单梁模型，进行加载分析。板梁共划分为26个单元，27个节点。本桥在增设桥墩加固后，受力体系发生变化，由一孔13 m简支梁变为(4 m+5 m+4 m)三跨连续梁。模拟计算时结构受力按两阶段考虑，上部结构在恒载作用下为原结构受力模式，大件车辆荷载作用下，新增桥墩开始受力采用连续梁受力模式。

c 承载力验算

板梁承载能力极限状态组合下，跨中截面最大弯矩效应值为624.1 kN·m，跨中截面抗力为808.5 kN·m，主梁抗弯承载能力验算满足规范要求，特载车辆可以安全通过桥梁。