大件运输中桥梁通行能力评估的思路和方法

孙 玉，吴 薇

（1.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031；2.济南市第二公路事业发展中心，山东 济南 271100）

引言

大件运输是指载运不可解体物品的超限运输[1]。由于受环境和技术等条件影响导致大型物件无法拆解运输，总重或轴重往往远超出现有公路桥梁设计荷载等级，给运输沿线桥梁结构的运营安全造成了极大的安全隐患。为解决这一问题，运输过程经常采用多轴液压轴线车，以达到降低轴重的目的。由于液压轴线车轴数的增加还受到道路宽度、转弯半径影响，不能为降低轴载而无限制地增加轴数。《超限运输车辆行驶公路管理规定》（交通运输部2016年第62号令）中第十七条对液压轴线车的轴重作出明确规定：若采用多轴多轮液压平板车运输，车辆每轴线（一线两轴八轮胎）的平均轴荷超过18 000 kg或者最大轴荷超过20 000 kg，公路管理机构应当依法作出不予行政许可的决定。液压轴线车轴距小荷载密度较大，在运输过程中桥梁承载能力并不明确，需要根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）[2]等对运输路线上的桥梁结构进行承载能力评定，保证桥梁的运营安全。

1 桥梁通行能力评估流程

（1）需要搜集完整的桥梁图纸，包括详细的桥梁设计图纸资料和设计资料，对于部分建设年代久远的桥梁，若不能搜集到桥梁设计资料，需要测量结构尺寸等基本的结构参数。（2）需要进行桥梁技术状况评定及材质状况与状态参数检测，依据资料选择适合方法进行承载能力的初步评估，确定桥梁的理论通行能力。（3）综合桥梁通行能力评价结果及现场环境实际情况，提出科学、经济、有效的维修加固与通行位置的解决方案。大件运输中桥梁通行能力评估的总体流程见图1。

图1 桥梁结构通行能力评估流程

1.1 确定大件运输参数

（1）货物参数主要包括货物重量、货物尺寸（长、宽、高）等。（2）运输车辆参数包括运输车辆和车板的种类，平面尺寸、横向、纵向轴距、轴数、轮数等，以及车板可调整的最大最小高度等。

1.2 桥梁结构资料

桥梁结构资料主要包括原始资料和后期运营和改建资料。原始资料主要包括桥梁设计图纸资料、地址资料和施工资料，通常可从桥梁管养部门或设计单位获取；后期运营和改建资料包括桥梁建成后的运营资料、维修保养资料和改扩建资料等，通常需要从桥梁管养部门获取。

1.3 桥梁缺损状况检查、材质状况与状态参数检测评定

对于桥梁数量较多的情况，在参数指标检测后结合收集到的桥梁基本资料，按照跨径组合、材料、截面型式、结构类型、检测结果、资料搜集等状况进行分类，将同种类型的桥梁进行汇总归纳，选择适合的验算方法，从而达到简化计算和优化工作流程。

1.4 桥梁承载力评定阶段

如果桥梁设计资料齐全，优先采用实际荷载验算法；若部分桥梁没有设计资料，但通过现场实测确定了主要结构尺寸和钢筋布置状况等信息，可以采用荷载效应比较法或者修正的等代荷载法进行初步承载力评估。

承载力计算开始前必须制定前置条件和相关约定，由于《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）中未对大件运输荷载做出条文说明，通常参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）4.1.2-2中平板挂车或履带车的分析系数计算液压轴线车荷载效应。由于超重车总重通常远远大于日常运营通行车辆，在分析前对计算要点进行统一。

1.5 桥梁加固设计阶段

若桥梁承载能力不能满足大件运输要求，要根据桥梁承载能力评定结果采取一定加固补强措施。加固方法不止一种，则需要进行比选，选择最优加固方案。加固或改造措施应当尽量遵循：“优先采用临时措施，便于实施、拆除和可回收利用” 的原则。由于大件运输车辆属于特殊荷载，通常采取区域性加固方法，即在满足通行的前提下，走哪里加固哪里。合理的加固方案不仅要根据承载力验算结果，还要考虑运输次数、所在线路的运营状况、维修改造计划等信息综合确定。

1.6 加固效果评估及运输过程的监测

对采取加固措施的桥梁、承载能力安全储备小的桥梁、运输线路上特别重要的桥梁，可进行桥梁荷载试验或在模拟运输过程中对挠度、应变、裂缝状况进行观测，以准确评定结构的实际承载能力。若在运输过程中出现了可能影响结构承载力的关键病害，应及时进行运输过程中实时监测，对病害进行跟踪观测，以便对结构运输安全性作出准确评价。

1.7 运输后桥梁状况评估

大件运输车辆通行后，应对桥梁外观状况进行及时观测，评价大件运输车辆通行对结构的影响。若有必要，可对某些桥梁进行特殊检查或荷载试验，确保大件运输完成后桥梁结构安全运营。

2 大件运输桥梁承载能力评定的常用方法

大件运输沿线桥梁通行能力评定常用的方法有实际荷载验算法、修正的等代荷载法[3]、荷载效应比较法和荷载试验法。

2.1 实际荷载验算法

通过对大件运输车辆过桥时，桥梁结构的内力效应和原设计标准下结构的设计承载力进行对比，判断桥梁结构的承载能力是否满足大件运输车辆通行要求。由于承载能力验算反映了结构抗力效应与作用效应的对比[4]，而在桥梁设计阶段，结构安全性一般来说都是偏于保守的，材料参数取值、计算方法等都有一定安全储备，实际承载能力会高于设计荷载等级要求。但经过长时间运营，材料会发生一定程度退化，桥梁结构可能会出现降低承载能力或影响结构耐久性病害，因此需要对结构的承载能力进行修正。实际荷载验算法是目前判断大件运输车辆是否安全通行最为准确的承载力评定方法。

式中：γ0—结构的重要性系数；S—荷载效应函数；R（）—抗力效应函数；fd—材料强度设计值；adc—构件混凝土几何参数值；ads—构件钢筋几何参数值；Z1—承载能力检算系数；ξe)—承载能力恶化系数；ξe—配筋混凝土结构的截面折减系数；ξe—钢筋的截面折减系数。

在使用该方法计算过程中，需要计算恒载效应、特载车效应、结构折减后的抗力，直观判断通行情况。对于一些设计图纸、地质资料等缺失或不全的桥梁，该判定方法不宜使用，需根据资料搜集情况选择其他评定方法。实际荷载验算法要求对每种结构逐一验算，若大件运输路线长，沿线桥梁数量多、桥型多、跨径多，使用实际荷载计算法工作量会明显增大，特别每座桥梁的地质情况都千差万别，桥梁下部结构计算工作量比较巨大，其快捷性和简易性上存在有较大不足。目前高速公路或新建国省道干线公路桥梁结构相对统一，实际荷载验算法是优先采用的方法，但不适用于桥梁较多、结构型式复杂运输路线的桥梁承载力计算。

2.2 荷载效应比较法

通过理论计算，既可以得到设计荷载下的车辆或车道荷载效应，又可以计算超重车产生的荷载效应，因此在进行通行能力评价时，只需把超重车效应和设计荷载下的车道或车辆荷载效应进行对比，从而判断桥梁结构的通行能力。

式中：SC—超重车荷载效应值；SQd—汽车荷载效应设计值。判别标准为当μ≤1.05，超重车具有容许通过权；当μ＞1.05，超重车丧失通过权。

某些桥梁结构在大件运输车辆通行时，设定行驶位置为居中行驶，若适用于整断面进行承载能力评定，直接可以对荷载效应进行对比，这将大大简化计算，提高工作效率。但对于装配式结构，在计算设计荷载效应时，首先需要设定车辆通行时的行驶区域，进而计算最大的横向分布系数，同时要根据结构特点确定冲击系数，综合确定设计荷载。对大件运输车辆的荷载效应，同样需要考虑设定行驶区域，从而确定大件运输车辆通行时横向分布系数，并考虑一定的荷载安全系数，从而确定大件运输车辆荷载效应。

荷载效应比较法，仅需要计算汽车荷载效应和超重车荷载效应，通过比较得到能够满足通行或可能不满足通行的结论。该方法无需计算结构抗力，也可以用于设计资料不全的桥梁。若超重车效应小于设计荷载效应，结构肯定能够满足通行，若结论为超重车效应大于汽车荷载效应，也不能判定结构不能满足通行，还需要按照实际荷载验算作出进一步判断，同时对于三类及以下技术状况较差的桥梁不宜采用，荷载效应比较法仅能作为初步判断。

2.3 修正的等代荷载法

就广义而言，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[5]。等代荷载可以看做效果相同或近似的荷载间的代换，例如用均布荷载来代替密集的人群荷载，而公路桥涵标准车辆的等代荷载通常指用满布的均匀荷载来代替其他形式的荷载，例如集中荷载。而目前桥梁计算中，占绝大多数的中小跨径桥梁，不管是现浇箱梁，还是装配式板梁桥，均需要考虑荷载的横向分布，把对整桥承载力的评定转化为单梁的承载力评定。

修正的等待荷载判别法指考虑大件运输车辆和设计荷载的横向分布系数、冲击系数、荷载安全系数等因素条件下，在同一跨径或荷载长度用同一影响线分别计算出超重车和标准车（设计荷载）的等代荷载，并将两者比较，从而判定大件运输车辆能否安全通过桥梁[6]。由于目前大多数桥梁均采用了装配式结构，因此需要根据桥梁图纸计算横向分布、冲击系数等。修正的等代荷载法并不能有效简化计算，同时在选择影响线计算方法时要考虑到大件运输车辆和标准车辆（车道）的区别，有时反而会放大计算误差。因此，修正的等代荷载法并不能有效简化计算，和荷载效应比较法相同。同时修正的等待荷载法未能克服荷载效应比较法的局限，不能对通行能力作出最终判断，仅能作为初步判断，按照修正等代荷载比较法判定为不具通行权的桥梁，仍需按照实际荷载验算法进行最终的承载能力判定。

2.4 荷载试验法

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）有关内容，通过实际荷载检算分析确定桥梁结构或构件的作用效应大于抗力效应且超过幅度在20% 以内的桥梁，可预判结构承载能力存在不满足要求的可能性。由于在结构验算时，材料参数取值等均留有一定的安全储备，若想检验桥梁结构实际承载能力，应通过荷载试验进一步评定。荷载试验法既能检验大件运输车辆是否能够通行，又能对结构裂缝情况进行观测，同时还能较为准确评定结构的安全储备情况。但评定较为复杂，通常需要大量设备仪器、短时间中断交通，试验费用较高。

3 通行能力评估结果的分类

必须综合考虑上部结构和下部结构综合评定桥梁结构的通行能力。根据评估结果得出运输沿线桥梁是否具有通行权、是否需要设定条件、是否需要横向限定通行区域，还是要求超重车辆严格按照指定路线行驶，由此将通行权判定结果进行分类：（1）任意通行：通过对上部结构、下部结构验算，超重车通过桥梁结构时，超重车产生的荷载效应均小于抗力，结构安全储备充足，超重车辆通行桥梁时，无需对行驶位置进行限定。（2）条件通行：综合桥梁检测和承载力验算结果，超重车辆必须在指定区域或严格按照指定位置行驶。（3）丧失通行权：根据桥梁检测或承载力验算结果，桥梁结构不能满足超重车通行。

4 结语

大件运输中桥梁承载力评价是系统工程，面对沿线众多桥梁，必须注意分类总结，理清检测评定思路，综合运用各种承载力评定方法，既要关注理论计算，又要掌握桥梁实际病害和特点，确保大件运输科学、合理、经济完成。