桥上桥装置挠度校核与试验研究

孙宝海，沈兰华，范开英，李 靖

（1.山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛 266100；2.山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

大型超重设施运输给公路运输带来了极大挑战[1]。在大件运输的路线选择时，老旧桥梁和乡镇路桥普遍存在承载能力不足的问题，成为大件运输的瓶颈。

山东电建在印尼电厂项目建设施工，大件运输从码头到现场的道路上很多桥梁年代久远运力不足，部分只能承受民用车辆的通行，面临着核心部件运输困难。

桥上桥装置是一种用于大件运输过程中通过危险路段的有效装置，特别适用于中小跨径桥梁承载能力不足的运输路段。

1 施工方案选取

当桥梁运输受限时，需要根据桥梁原设计承载能力及现场使用状态采取临时性针对措施[2]，传统的加固方案是对原有桥梁进行结构加固，包括增设桥墩支承、减小拱间跨度的方法；也可以采用加固桥面结构、敷设钢梁共同承载的方式。传统加固方式往往施工周期长，社会效益低，而且需要根据桥梁结构形式及参数采取针对性方案，对施工人员的经验和能力都有很高要求。

桥上桥装置作为一种临时性加固方案，可采用在原桥上增设支点分担载荷，利用型钢或者现有装备进行加固，从而有效提高原有桥梁的承载能力，因其施工周期短，经济效益好，被广泛应用于老旧危桥的运输改造。

桥上桥加固有两种使用状态。在已知桥梁承载能力并且现场勘验的情况下，可采用载荷分配方案进行加固。将承担主要载荷分配的新桥架设在原桥跨端部位，同时在原桥面上增设多点柔性支座，在承担重载运输任务时，上层加固桥梁即桥上桥和下层原始桥梁共同承担载荷，充分利用原桥的承载能力，并用连续梁跨接结构提升新桥的容许轴压。为减少原桥的载荷分配比例，支座的设置宜采用枕木支承，且多预留一定的空隙，以免在上层桥梁挠度变化超过预期时，使原始桥梁分担过多的载荷，造成原桥的破坏。

当原始桥梁的承载能力不确定时，桥上桥装置需要承担大部甚至全部的载荷。桥上桥装置和原桥之间要预留足够的空间来 释放运输承载过程中的变形，桥上桥装置由桥梁分载模式转为跨越桥梁模式，依靠桥上桥装置承受所有运输活动载荷。

本项目因为沿途多个桥梁需要加固，且承载能力普遍偏小，能够分载的比例不等，最终对比选择了跨越桥梁承载方案。为适应现场道路桥梁多变工况，该桥上桥装置具有组合式特点，组合单元长度6m，可根据现场实际条件，选择搭设的跨度。整体可实现变跨为32m、26m、20m、14m。该装置共分2 组，每组宽度1.8m，现场安装时保证两组之间最小间隙0.08m，同时保证每组轮距在桥的中心位置。

2 桥上桥装置设计

运输最大件重量约290t，运输车体重量约80t。为降低对桥上桥装置的载荷要求，现场采用多轴线车，最大轴向压力24t，跨度26m 时设计理论载荷要求425t，跨度32m 时载荷310t。

为满足运输车辆坡度要求，两端设置引桥端，桥面最大设计坡度为7%，桥上桥装置总长度64m，桥设计为两侧对称结构，总宽度3.6m，从桥端到中间依次分为引入段、承载段、爬升段、标准段、中间段结构，结构示意如图1 所示。

图1 桥上桥装置示意图

为保障在运输载重的状态下，对原始桥梁桥面不产生破坏，要求桥上桥装置在最大载荷组合下，与原桥面依然保持非接触状态，独立承受运输活动载荷。为此在满足强度设计的基础上，刚度验算是本装置校核的重点。

桥上桥装置结构自重为恒载荷，可按均布载荷考虑。桥体为变截面结构，等效均布载荷按照标准段单位长度重量选取q，自重在跨度l范围内引起的变形fc为

桥梁运输最大件采用18 轴线车进行运输，轴线间距1.5m，轴压载荷24t，为分点集中载荷，载荷分布对跨中对称。按照材料力学简支梁考虑集中载荷作用[3]，依次计算单侧9 点坐标bi处集中载荷挠度值，求和增倍，得出跨中动载荷P引起的变形f1

由此计算得出桥上桥装置在载荷组合下的总变形f为

经计算，理论变形量为155mm。为满足桥上桥使用，变形应小于桥上桥装置跨中悬空预留值h，即f＜h，此预留值应包括桥梁制作时的拱度。

为保障设计的精确性，用有限元分析软件计算，按照运输满载工况进行加载，得出跨中挠度值为125mm，桥上桥装置按照标准节自重和截面计算的理论结果相对保守，设计方案是偏安全的。

3 试验设计

因项目的特殊背景以及运输构件的重要价值，客户对设计方案要求进行验证。为此我公司设计了一套试验方案，通过砝码模拟现场轴线车满载通过的状态。

试验准备：桥上桥装置结构制作、组合完整，销轴安装到位，拧紧紧固件，无焊缝、结构等外观质量缺陷分别按照32m 和26m 跨度组合进行试验。

试验程序如下。

1）将桥上桥装置按照32m 跨度要求进行组合，在模拟桥墩处进行加固支垫，测量空载状态下跨度，桥面宽度等参数。

2）放置好激光水准仪，选取各销轴的同位置点为检验监测点，测量记录空载状态下各销轴的相对高度，换算拱度验收是否符合要求。

3）按照砝码加载顺序要求，在桥上桥装置上进行32m 跨度等效砝码加载。先加载5 组砝码，等效加载位置如图2 示1、3、5、7、9 位置，测量56%载荷状态下的拱度变化情况；在图中2、4、6、8 处加载剩余砝码，应对称加载，结构稳定后测量记录销轴高程数据。

图2 试验载荷砝码布置示意图

4）将砝码全部移除，测量桥上桥装置空载状态下的拱桥恢复情况，记录拱度变化情况。

选取桥上桥装置连接销轴位置xi连接节点处为检验监测点，此点自重载荷下的自重变形值为

测量各连接销轴基准点处桥上桥结构在砝码载荷作用下的变形值，其理论计算挠度值为

根据砝码实际重量，采用两侧对称加载的方式，对过程载荷引起的变形也做了记录，进行复核验证。

4 数据验证

自重变化值在桥上桥装置安装后就已产生，理论计算结果应与结构制作工艺值和程序2 测得的空载拱度值相比较，即理论自重变形等于结构制作工艺值减去空载拱度值。

实际上由于桥上桥装置在安装过程中由于受到地面摩擦力、安装间隙、吊装顺序等因素影响，存在部分初始应力和初始变形，用程序4 测量的拱度恢复值代替程序2 测得的空载拱度值，测量结果更符合理论自重变形的计算结果。

同理，用程序4 测量的拱度恢复值修正初始拱度值，降低安装内应力和初始间隙的影响，测得在模拟轴线车满载状态载荷作用下的结构变形值，将其与理论计算结果比较，如表1 汇总所示。合格判据如下。

1）在空载状态下的结构起拱度应略大于理论设计的起拱值。

2）在载荷状态下的变形实测值应与理论计算值相符。

3）试验结束后，结构应能回复原有形状，不产生永久变形。

通过试验数据验证，本项目桥上桥装置实测结果符合设计范围要求。

桥上桥装置在制作过程中采用了反变形制作工艺，其拱度值150mm与最大载荷下的挠度值140mm基本相同。结构设计时，桥上桥装置梁下翼缘板表面距桥梁桥面距离200mm，满足项目使用需求。

5 结论

1）大件运输作为运输方案中的核心环节，对道路条件需要做好充分调研，在通过危旧桥梁时，选用多轴线车降低集中载荷，用桥上桥装置提升桥梁承载能力，是一种综合效益较高的施工方案。

表1 理论计算与试验实测数据汇总表（单位:mm)

2）桥上桥装置采用钢梁设计，除强度应满足受力要求外，挠度变化和载荷分配是设计校核的主控因素，优先考虑用桥上桥装置分担载荷，并用柔性支座保护原始桥梁。

3）桥上桥装置性能验收受车辆调度与砝码的限制，可以通过设计计算等效载荷的方式进行加载予以验证。试验设计要充分考虑工厂条件与理论模型的差异，消除制作安装等环境因素的影响。

本文归纳了基础建设项目中大件运输通过危旧桥梁时的加固方法，根据项目实际环境条件选取了跨越桥梁的施工方案，通过桥上桥装置的挠度校核，并设计出一套试验程序，在投入使用前验证了桥上桥装置的可靠性和精确性，为项目应用奠定了理论实践基础。