中小跨径PC简支T梁桥通行超重车辆的承载能力评定

魏有恩（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路试验检测中心站，福州350004）

中小跨径PC简支T梁桥通行超重车辆的承载能力评定

魏有恩1，2
（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路试验检测中心站，福州350004）

超重车辆因工程建设设备运输需要，不得不通过早期建造的中小跨径桥梁，对桥梁安全运营造成极大的影响。本文结合对某高速铁路关键设备运输线路上中小跨径P C简支T梁桥的承载能力检测评定，判断运输方案的安全合理性，为类似工程提供技术参考。

中小跨径P C简支T梁桥超重车辆承载能力评定

1 引言

PC简支T梁桥结构简单、安装方便等优点，上世纪八九十年代在福建省得到广泛采用[1]。随着“十三·五”国家对高速铁路建设的投入加大，高速铁路建设项目在各地遍地开花。铁路建设中需要的超重型设备运输已经在公路运输中日趋频繁。由于设计荷载等级的限制，特别是早期修建的该种桥梁，原设计荷载等级均不能满足超重车辆通行的需要。加之中小跨径桥梁恒活载比例较小，汽车荷载对桥梁影响较大，实际中出现的超重车辆压垮桥梁的事故，也多为中小跨径桥梁[2]。因此，在超重车辆运输前对运输路线上的中小跨径PC简支T梁桥进行承载能力评定显得格外重要[3]。本文结合福建省某高速铁路施工现场关键设备运输，对某座中小跨径PC简支T梁桥承载能力评定的案例，介绍中小跨径PC简支T梁桥通行超重车辆的承载能力评定方法。

2 桥梁承载能力评定常用方法

2.1 等代荷载法

等代荷载法就是在同一跨径用同一种影响线分别计算出大件运输车辆和标准车的等代荷载，将两者进行比较，以判别大件运输车辆能否安全通过桥梁或桥梁是否需要进行加固。该方法只是粗略地判断了超重车辆能否安全过桥，很少采用。

2.2 实际荷载验算法

实际荷载验算法是利用大件运输车辆产生的最大内力效应与标准荷载在最不利内力组合作用下产生的内力效应进行比较判别[2]。该方法没有考虑旧桥的实际承载能力，没有考虑混凝土、钢筋材质的退化状态，会导致产生错误的判断，致使超重车辆对桥梁产生大的损伤或垮塌。

2.3 荷载试验法

荷载试验法是对桥梁进行荷载试验后，建立桥梁结构的实际工作模型，通过理论与实测对比结果确定桥梁的实际承载能力。

无论多么高新的结构分析技术都不能取代用于评估公路大桥性能的现场测试。当桥梁结构承受工作荷载时，记录下应变测试结果，根据测试结果工程师就能更好地了解桥梁的真实结构响应。本文选用荷载试验方法进行超重车辆通行承载能力的评定。

3 工程概况

某桥于1994年1月建成投入营运，道路等级：二级公路，设计荷载为汽-20级，上跨漳龙铁路线。桥梁全长67.95m，桥面净宽0.5m混凝土护栏+9.5m车行道+0.5m混凝土护栏=10.50m，跨中横断面如图1所示。上部结构为3孔20m装配式钢筋混凝土T形梁，为三跨一联T型梁结构，结构简支、桥面连续。T梁高1.50m，肋宽0.18～0.35m，翼板厚0.15～0.20m，翼缘宽1.60m（边梁1.89m）。桥墩为双柱式墩身，桥台采用桩柱式桥台，浆砌片石护坡，桩基础。上部结构建造材料采用30#混凝土，受力钢筋采用Ⅱ级钢筋，构造钢筋采用Ⅰ级钢筋。

图1 某桥跨中横断面示意

现因高速铁路施工，需要运输100t的重型设备，加之运输车辆总重125t从此桥梁通行。现场勘查发现该中桥路边设置了禁止载重30t、轴重13t的标志。为保证物资运输安全以及桥下通行铁路线的安全，需对该桥实际承载能力进行评定，分析运输车辆是否可以安全通行。

图2 桥梁有限元模型图

图3 运输车辆纵向布置图（单位：m）

4 桥梁承载能力评定

4.1 评定思路

基于汽-20级设计荷载，通过现场荷载试验对桥梁实际工作状态进行探明。建立有限元模型，采用自定义的车辆荷载的形式，在模型上添加移动荷载工况，模拟超重车辆过桥状态，并结合现场荷载试验、桥梁技术状况评定以及桥梁材质状况评定的结果，综合评定该桥是否能通行超重车辆。

4.2 有限元模型建立

采用大型有限元通用软件Midas Civil，运用梁格法[4]建立该桥空间有限元模型，梁体结构采用135个节点、220个梁单元、96个板单元模拟，如图2所示，超重车辆轮距参数如图3所示。

4.3 现场荷载试验结果

要实现地震应急业务信息的整合，关键点便是明晰地震应急工作各个业务系统之间的数据流向，数据流向体现在数据接口的概念定义上。地震应急业务信息涉及的数据接口包括PC平台地震应急信息上传服务器接口，服务端推送地震应急信息至移动平台、PC平台接口及PC端审核管理地震应急信息接口。该系统中对数据传输的实时性与安全性要求较高，采用Socket加密的数据传输接口。

现场以设计活载产生的该项目最不利效应值等效换算，以汽-20级设计荷载产生的该试验项目的最不利效应值等效换算，确定所需的试验荷载、加载车辆和轮位。该桥的静载试验荷载效率ηq满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）基本荷载试验规定的要求[6]。

4.3.1 桥梁静载试验结果分析

（1）挠度：全桥各测试截面挠度校验系数为0.90~ 0.94，相对残余挠度最大值为8.0%。测试截面挠度校验系数均小于规范[5]规定的1.00，相对残余挠度最大值小于规范[5]规定的20%。

（2）应变：全桥各测试截面应变校验系数为0.79~ 0.88，相对残余应变最大值为11.9%。测试截面应变校验系数均小于规范[5]规定的1.00，相对残余应变最大值小于规范[5]规定的20%。

（3）裂缝：在T梁梁底贯穿的横向跨缝粘贴裂缝传感器，观测在荷载试验工况作用下的裂缝开展情况。在短期加载车辆荷载作用下，监测裂缝缝宽最大增加0.08mm（原始缝宽0.14mm），开展后裂缝宽度为0.22mm。

4.3.2 桥梁动载试验结果分析

（1）自振特性试验：该桥第2跨实测竖向1阶自振频率为6.16Hz，大于理论计算值5.47Hz，阻尼比为1.69%，实测振型与理论计算振型基本一致。

（2）无障碍行车试验：在不同行车速度情况下，换算成标准车列后，实测得第2跨跨中截面的跑车冲击系数为1.06、1.08、1.07，均小于理论冲击系数1.31。

4.4 评定桥梁承载能力

4.4.1 桥梁通行承载能力的评定标准

超重车辆能否安全地通过桥梁，一般根据配筋混凝土桥梁承载能力极限状态[5]，按公式（1）进行计算评定。

式中：γ0为结构重要性系数；S为荷载效应函数；R为抗力效应函数；fd为材料强度设计值；abc为构件混凝土几何参数值；构件钢筋几何参数值；Z2为通过荷载试验方式确定的承载能力检算系数；ξe为承载能力恶化系数；ξc为配筋混凝土结构的截面折减系数；ξs为钢筋的截面折减系数。

4.4.2 桥梁承载能力评定结果

基于该桥的目标荷载（即通行超重车辆荷载），对该桥承载能力极限状态受弯荷载效应基本组合下T梁跨中截面抗弯承载能力进行了检算，结果见表1。该桥抗弯承载力弯矩包络图如图4所示。

图4 最不利荷载组合下主梁抗弯承载力弯矩包络图

表1 T梁跨中截面抗弯承载能力验算

注：修正后的荷载效应按公式r0S计算，修正后的抗力效应按公式RZ2（1-ξe）计算，富余度按公式[RZ2）/r0S-1]×100计算[5]，式中各参数同公式1。

由表1可知，该桥T梁在承载能力极限状态下，结构能够满足正截面抗弯承载力的要求，表明该桥承载能力目前满足的目标荷载通行要求，该超重运输车辆能够安全通行。

5 结论

（1）该桥承载能力能够满足该关键设备安全通行要求；

（2）运梁车需严格遵守交通管制条例，车辆过桥时应居中行驶，按低于10km/h的速度匀速行驶通过，禁止在桥梁范围内加速和刹车，同时桥下铁路线不能有火车通行；

（3）通行过程中需对关键部位以及裂缝开展情况进行实时监测；

（4）通过荷载试验法能够直观获得桥梁基于实际情况的承载能力，考虑因混凝土、钢筋材质的退化状态，避免产生错误的判断，保障超重车辆安全的运输。

[1]游德泉.普通钢筋混凝土简支梁桥T形转箱形截面加固方法研究[J].公路交通技术，2016（4）∶105-109.

[2]张龙龙.常规桥梁大件运输控制荷载研究[D].重庆：重庆交通大学桥梁与隧道工程系，2014.

[3]胡胜来，郑国华，刁荣亭.超重车辆运输中桥梁承载能力的评估[J].工程建设与档案.2015（19）：505，509.

[4]E.C.汉勃力.桥梁上部结构性能[M].郭文辉，译.北京：人民交通出版社，1982.

[5]交通运输部公路科学研究院.JTG/T J21—2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]交通运输部公路科学研究院.JTG/T J21-01-2015，公路桥梁荷载试验规程[S].北京：人民交通出版社，2015.