921t大件运输车辆通行公路桥梁加固措施及安全监测分析

郭东升 （辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166）

1 引言

随着经济和生产力的不断发展，我国开始建设许多大型项目，与这些大型项目配套的大型变压器、锅炉、合成塔等不可拆解设备往往需要通过车辆运输至目的地[1]。而且近年来大件运输车辆吨位越来越大，重量超过300t 的大件运输逐年增长，这也对公路桥梁的承载能力提出了更高要求[2]。

当公路桥梁的承载能力不能满足要求时，为了保证车辆的通行安全与桥梁的使用性能，需要采用合理的加固措施[3]。本文以921t 大件运输车辆通行为背景，通过承载能力验算评估海韵大桥承载能力，提出临时加固措施，并在通行过程中监测桥梁的安全性。

图1 海韵大桥平面照

图2 大件运输车辆

2 项目概况

滨海公路K3+784.5 公铁及公公分离式立交桥（海韵路海韵大桥）中心桩号K3+784.5，设计角度65°，上部结构采用先简支后结构连续T 梁和先简支后结构连续箱梁，桥梁全长806m。本桥第16孔跨越沈山铁路，沈山铁路现为上、下行，四条铁轨，铁路路基宽约29m，桥下净高8.5m。大件运输车辆的车货总重为921t，其中挂车重210t、货物重711t，单轴重量15.35t，纵向轴距1.5m。大件运输公司提供大件车辆的轴距、轮距及轴载，如图3所示。

图3 大件车辆示意图（单位：mm）

3 承载力验算

本次对桥梁上部结构进行持久状况承载能力极限状态验算，计算时考虑大件运输两车中心线与桥面中心线重合（不计汽车冲击力），仅以原设计图纸为依据，并考虑实际混凝土龄期的收缩徐变影响，而由施工质量、桥梁实际运营情况、汽车超限累积等可能因素造成的差异未计入此次论证范围内[4]。

本桥上部结构采用三种结构形式，以最大跨径3×40m 连续箱梁为例进行大件荷载工况下承载能力极限状态验算。采用Midas Civil软件建立有限元模型，如图4，大件特载验算时不计汽车冲击，基本组合中结构重要性系数γ0=1.0，汽车荷载效应系数γQ1=1.0。

图4 上部结构有限元模型图

通过有限元验算桥梁结构在大件运输车辆荷载下的正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力、支座反力、结构刚度，验算结果见表1。由验算结果可知，3×40m 连续箱梁边跨跨中、中跨跨中正截面抗弯承载能力不能满足规范要求，同时边支座、中支座反力超限。

表1 大件运输车辆荷载下桥梁承载能力验算结果

4 桥梁加固

基于结构计算结果，综合考虑桥位地形、施工难易程度等因素，考虑在第16 孔跨铁路处距两侧桥墩7m 和4.5m处设置临时支撑点，临时支撑点能够承担一部分车辆荷载，使支座反力、主梁剪力、结构弯矩减小，达到加固桥梁的效果[5-7]。根据计算得临时支点支反力为1200kN，选择设置两排A609×16mm 钢管桩作为临时支点进行支护，第16 孔桥梁加固方案钢管桩布置形式如图5 所示。

图5 上部结构有限元模型图

对单根钢管桩轴心受压承载力进行计算，钢管桩钢材的强度f=215MPa。

A609×16mm 钢管桩的截面几何特性中，面积（A）和回转半径（r）的表达式为：钢管桩按轴心受压进行强度计算：

钢管桩按轴心受压进行稳定计算时，钢管长度按12m 计算，按一端固定、一端自由考虑，杆件的长度系数取λ=2。长细比：150，由λ=114.4查表得φ=0.534。

由以上计算可知，临时加固钢管桩强度和稳定性均满足要求，加固后桥梁结构在大件运输车辆荷载下的正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力、支座反力、结构刚度的验算结果见表2。由表2可知，加固后3×40m 连续箱梁边跨跨中、中跨跨中正截面抗弯承载能力均能够满足规范要求。现场加固施工如图6所示，现场加固效果良好。

表2 加固后大件运输车辆荷载下桥梁承载能力验算结果

图6 桥梁临时加固施工效果

5 通行过程监测

通过本次桥梁大件车通行监测，依据《K3+784.5公铁立交桥第15-17孔沈山线K301+316.13 3-40m 预应力混凝土箱梁桥》施工图图纸及《中国石油锦西石化加氢反应器运输海滨南路与海晏北路交口至锦西石化运输方案》，及时了解和掌握大件车通过时桥梁上部结构竖向变位技状况，为大件车通行后的桥梁养护工作提供技术资料和科学的依据[8-9]。

使用SMTN-X 光电挠度仪监测大件车辆通行桥梁过程中第16 孔进行跨中竖向位移实时监测，该孔跨越铁路。本次监测测点布置于16-4 号梁底跨中位置及16-4 号梁底竖向临时支撑点位置，16-4 号梁底跨中位置及临时支撑点位置竖向位移实时监测结果见图7，大件运输车辆通行过程中监测现场见图8。

图7 16-4号梁底跨中位置及临时支撑点位置竖向位移实时监测曲线注：图中位移正值均表示下挠。

图8 大件运输车辆通行过程中监测

由图8 可知，大件车在通过桥梁过程中，跨中挠度实测值均小于理论值，且处于弹性变化阶段，表明该梁的实际状况良好，本次大件车通行过程中桥梁处于安全状态。大件运输车辆通行后对桥梁进行了检查，未发现大件运输车辆通行引起的结构病害，大件运输车辆通行后海韵大桥依据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011），桥梁结构技术状况评定等级为2类[10-11]。

6 结语

本文通过对921t 大件运输车辆通行海韵大桥时桥梁承载能力验算，发现3×40m 连续箱梁边跨跨中、中跨跨中正截面抗弯承载能力不能满足规范要求，同时边支座、中支座反力超限。提出通过增设钢管桩临时支撑对桥梁进行加固，并进行大件运输车辆通行过程中桥梁监测。表明对在大件运输车辆荷载作用下桥梁跨中抗弯承载能力不足或墩顶支座反力超限的情况，采用在跨径两侧梁端设置钢管桩临时加固，减小支座反力的同时缩短桥梁跨径，具有操作方便、材料可重复利用、加固效果明显等特点。