大件运输桥梁加固设计

2020-12-02陈坤

科技创新与应用 2020年34期

陈坤

摘要：大件运输过程中，保证桥梁结构的安全至关重要，因此，桥梁检测和加固的各项工作是不可或缺的。在重达2273吨反应器公路运输路线中，途径一座桥梁，为保证运输安全，文章对该桥进行了详细地检测，并据此进行了完善的加固设计。

关键词：公路运输;大件设备;桥梁加固

中图分类号：U445.7+2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）34-0084-02

Abstract： In the process of large equipment transportation， it is very important to ensure the safety of the bridge structure. Therefore， the work of bridge detection and reinforcement is indispensable. In the highway transportation route with a weight of 2273 tons reactor， there is a bridge to be crossed. In order to ensure the transportation safety， the bridge is tested in detail， and a perfect reinforcement design is carried out accordingly.

Keywords： road transportation; large equipment; bridge reinforcement

1 项目概况

中海油惠州炼化二期大件运输路线中需途经一座桥梁，该桥设计荷载为汽车-超20级、挂车-120级，而运输过程中最重单件货物净重为2273t，拟用载重5184吨液压轴线车进行运输，车、货及鞍座等总重2995t，远超该桥设计荷载。为保证重车安全、顺利过桥，我们对该桥进行重车过桥的加固设计。

1.1 桥梁概况

该桥桥跨组成为14m+14m+14m=42m，桥面横断面组成为2.0m（人行道）+26m（车行道）+2.0m（人行道）=30.0m。

上部结构采用普通钢筋混凝土连续板，板梁施工采用支架上一次性整体现浇完成，全桥共布置4块板，板厚70cm，板顶宽度750cm，板底宽度450cm，悬臂长150cm，采用C40混凝土，钢筋均采用II级钢筋。

桥墩采用莲花形实体板墩，墩厚度80cm，顶宽250cm，底宽100cm，承台为矩形截面，钢筋混凝土结构，厚度150cm，桩采用钻孔灌注桩，桩径100cm，按摩擦桩设计;桥台采用桩柱式轻型桥台，柱直径80cm，摩擦桩直径100cm;下部结构除桩采用C25水下混凝土外，其余均采用C30混凝土。

桥面铺装等厚度，厚度10cm，铺设间距为10cm×10cm的 10钢筋网，现浇桥面混凝土为C40防水混凝土。

1.2 桥梁病害情况

桥梁加固设计前，对桥梁现状进行了检测，检测结果表明，该桥目前主要病害为板梁横向裂缝、部分桥跨梁体跨中下挠，部分板梁间湿接缝纵向开裂、渗水以及局部混凝土粉化，桥面铺装网状开裂及1处通长纵缝，伸缩缝堵塞、橡胶条局部破损以及锚固区混凝土开裂，下部结构中墩身局部蜂窝麻面。

2 加固方案设计

2.1 运输车辆计算参数

根据大件车辆技术资料，此次最终货物运输过程车辆参数如下：运输使用载重5184吨液压轴线车进行运输，车、货及鞍座等总重2995t。车辆采用液压系统控制，36轴均匀受载，单轴轴重83.2t，轴线车轴距1.4m，6纵列车轮外轮廓宽8.25m。

2.2 桥梁加固前计算

根据桥梁上部结构布置形式及大件运输车辆车轴外轮廓尺寸及大件本身尺寸，过桥时重车偏右侧行驶，按偏右侧3#板梁中心线位置行驶通过桥梁。

桥梁结构受力计算：

为保证安全，同时为桥梁加固设计提供数据依据，我们对桥梁建立模型，对重车按偏载方式行驶通过桥梁时，桥梁上部结构响应及支点反力进行计算。

（1）板梁受力计算

我们对中梁和边梁分别选取边跨跨中、中墩顶部和中跨跨中进行内力效应及抗力，计算结果显示偏载方式过桥情况下，中梁抗弯承载能力严重不足，且造成边梁中出现很大的扭矩以及横桥向弯矩，如在中墩顶部中梁面内竖弯矩达到-9972.8kN·m，远超该部位中梁上拉受弯抗力-6881.5kN·m。

（2）板梁支座反力

经过计算，偏载过桥方式下，板梁最大竖向反力4237kN，超过原支座竖向承载能力（设计竖向承载能力1500kN），且在板梁原固定和单向支座中会出现很大的纵、横桥向反力;中梁在桥台位置最大竖向力3638kN，桥墩墩顶最大竖向力4222+4237=8459kN，桥台位置下部结构竖向承载能力充裕，桥墩处桩基础竖向承载力严重不足。

2.3 桥梁加固设计

根据加固前重车过桥下结构响应计算结果可知，桥梁上、下部结构承载能力与要求有很大的差距。針对上部板梁的传统的增大截面加固（据估算采用增大截面加固需加高梁体约70cm方能接近重车过桥下梁体跨中抗弯承载能力要求，且无法有效加固墩顶截面）、粘帖钢板加固、体外预应力加固均无法有效解决上、下部结构承载能力不足的问题，因此本桥加固拟采用增加临时支墩的加固方案。

2.3.1 临时支墩设置方式选择

经分析，重车过桥时，主要控制加固设计的项目为板梁在中墩处的支座反力以及中墩顶部竖向力合力;为控制在重车过桥下原有桥墩处支反力及墩顶竖向合力，应保证新增临时支墩竖向抗压刚度，经计算分析，确定采用混凝土临时支墩形式，采用80cm×80cm方形墩柱，偏载方式下对3#板梁每跨设置两排支墩。

2.3.2 支座处理

由于桥梁原有支座设置多处固定支座及单项支座，而板梁间通过现浇混凝土湿接缝连接，各种临时支墩设置方案下，重车过桥时均会在原桥墩支座处产生过大的纵、横桥向荷载（荷载数值远超规范与常规产品标准所述的水平容许承载力，即一般为10%的竖向容许承载力，即使按照支座实际性能对单向支座在横向位移不大于3mm时不考虑其对应的单向限位后依然如此）。对此问题利用空间有限元程序进行了对比分析，经对比计算结果发现虽纵横向反力数值较梁格模型计算结果小（主要差异在于梁格模型的双支座模拟采用了以梁为起点引出的刚臂，而空间有限元模型的模拟采用的实际混凝土材料，竖向反力增量情况基本相当），但在重车前14轴刚全部上桥时，纵、横向极值分别达到921kN和269.4kN。因此为保证重车过桥时支座不发生破坏，在过桥前需对原桥部分固定支座、单向支座进行临时更换。

在重车过桥前，对该桥原有墩顶部分支座进行临时更换（按以3#梁为基础，按照基本三跨连续梁配置板梁中应设支座形式，其余板梁处改为对应承载能力的双向滑动支座），设置临时支墩，并预先在3#梁底临时支墩顶对板梁进行一定程度起顶，以确保重车过桥过程中桥墩基础竖向承载能力满足要求，板梁纵向弯矩效应可控制至远小于板梁抗弯承载能力。

2.3.3 板梁接缝区域加固设计

利用空间有限元程序建立桥梁实体有限元模型，研究重车过桥下的板梁接缝区域受力情况，在对板梁支座进行临时更换以解除富余纵、横向约束条件下，14轴刚全部上桥时，板梁接缝区域底部横向应力增量最大值为5.06MPa。为辅助板梁接缝区域受力，对2#、4#梁与3#梁间增设横隔板，以及在隔板间区域增设型钢联系杆件，经计算，隔板加固后板梁原接缝区混凝土应力增量降低至局部2.49MPa，横隔板应力增量最大值为3.72MPa，隔板混凝土开裂后拉应力转由隔板底钢板和纵向钢筋承担。

2.4 桥梁加固方案

经计算对比分析，对该桥梁采用如下加固方案：

（1）对板梁湿接缝区域病害进行维修处理。

（2）对3#梁进行增设临时支墩加固，每跨增设两处临时支墩，临时支墩采用扩大基础、柱式墩身。

（3）在2#、4#板梁与 3#板梁间设置混凝土横隔板，并在横隔板间区域设置型钢支撑辅助板梁翼缘板受力。

3 施工工艺流程

（1）对板梁湿接缝区域裂缝进行封缝、灌缝，凿除湿接缝区域老化、松散混凝土至坚实部位，采用环氧砂浆修补至与原表面齐平。

（2）现浇临时支墩混凝土基础和临时支墩墩柱。

（3）在2#、3#和 4#梁两侧进行植筋、钢筋绑扎和焊接工作，浇注梁间新增橫隔板自流平混凝土和安装型钢支撑杆件。

（4）在各临时支墩顶部调平处理后设置千斤顶，各支墩单点目标起顶力分别为（200/2kN、 600/2kN、600/2kN、600/2kN、500/2kN、500kN/2、70/2kN），顶升完成后抄垫梁底，千斤顶卸载。

（5）河床防护施工。

（6）拆除各临时支墩墩柱，恢复河道铺砌及台前护坡。