超重荷載下橋梁結構安全性能評估及臨時加固設計方法研究

李 博

(河北省青銀高速公路南宮養護工區)

1 概述

某國家重點工程所需重型機械設備，需采用大件運輸車輛(車貨共重300 t)從陸路運輸，途經某高速公路。該高速公路運營時間較長，橋梁設計荷載等級偏低(汽車-超20級，掛車-120)。通過對沿線橋梁類型進行歸納，對典型橋梁在超限車輛荷載作用下的承載能力進行評估，并對承載能力不能滿足要求的橋梁進行臨時加固方法研究。

2 超限車輛荷載計算模型

根據高速公路超載治理站的現場調查，并經充分考慮軸載分配的不均衡性，確定本次通過的特載車輛荷載計算模型為301 t，其軸載縱向分布如下圖1。

車輛各軸橫向為四組雙輪組，各輪組間荷載均布，輪組間距為1 050±250 mm。荷載效應的比較均以上述軸載分布為準進行。車輛軸載縱、橫向布置方式如下圖2。

3 原橋結構驗算

經統計后確定，本次驗算主要針對以下結構形式進行。16 m跨徑簡支空心板、20 m跨徑簡支空心板、30 m跨徑簡支空心板、40 m跨徑簡支T梁、50 m跨徑簡支T梁。具體計算結果見表1。

圖1 特種車輛軸重示意圖

圖2 車輛軸載橫向布置方式

表1 各種結構形式橋梁在特種荷載與原橋恒載組合作用下驗算結果匯總表

根據以上各種結構形式橋梁在特殊荷載作用下的的驗算情況匯總，16 m、20 m簡支空心板在特種荷載作用下承載能力極限狀態、正常使用極限狀態驗算均能通過。30 m簡支空心板、40 m簡支T梁、50 m簡支T梁承載能力極限狀態驗算能夠通過，但正常使用極限狀態驗算未通過，需考慮采取加固措施。

4 臨時性加固設計方案簡介

由于超限車輛通行時間較短，僅需在車輛通行過程中進行加固，保證通車過程中的結構安全性能。

加固設計方案的主要設計原則是:確保橋梁結構的安全性能，盡量縮短施工工期、降低工程造價。

根據以上加固原則和計算驗算結論，確定橋梁加固范圍，是對于跨度大于20 m以上(30 m空心板、40 mT梁、50 mT梁)的橋梁進行臨時加固。

本次臨時加固設計方案主要考慮以下三種加固方案。

4.1 橋上橋加固方案

通過在現有橋梁結構上架設貝雷梁臨時便橋保證特殊車輛的正常通過。

本次加固考慮對部分橋梁橋下凈空較高的孔跨采用橋上橋加固方案，對于小跨徑橋梁可采用簡支梁方式直接跨越原橋;但當跨徑較大時，如直接跨越所采用貝雷梁橋尺寸過高，不利于快捷施工，可采用連續梁方式跨越原橋。

4.2 橋下架設臨時支撐

采用橋下增設臨時支撐加固技術方案。該種方案是通過減小橋梁跨徑，改變結構物的受力狀態，從而保證特殊車輛的正常通過。

對于中等跨徑、橋下凈空不高(凈空小于10 m)的橋梁可考慮采用橋下架設中間支撐的形式進行。對于中間支撐可采用空心鋼管立柱方式。

對部分橋梁橋下凈空較低的孔跨采用臨時支撐加固方案。

臨時支撐主要由梁底彈性橡膠板、橫向聯系鋼梁(工字鋼梁)、豎向支撐鋼管、下墊枕木、砂石找平層等幾部分組成。

該條高速公路中部分30 m簡支空心板、40 m簡支T梁橋下凈空小于10 m的橋梁，可以采用橋下架設臨時支撐方案。由于臨時支撐頂部設置了橡膠板，且具有一定的縱向長度，因此計算模型中該支撐點為彈性支撐。在該種加固方案下，進行特殊車列作用下的結構驗算，其結構能夠滿足設計要求。

其中30 m簡支空心板經計算，需在跨中增設1道橫向支撐。40 m簡支T梁需在四分點、跨中位置各設置1道橫向支撐。由于50 mT梁結構其橋下凈空一般較高，無法采用臨時支撐方法進行加固，加固驗算不針對該種結構形式橋梁進行。

4.3 滿堂支架形式

對于小跨徑橋梁(主要針對上部結構存在嚴重病害的，比如鉸縫混凝土脫落、梁體存在破損等情況的)考慮采用滿堂支架加固方式。由于小跨徑橋梁上部結構病害形式多樣、如果針對不同形式的病害進行加固處理，加固形式過于繁瑣，故直接采用滿堂支架形式。

另外由于部分匝道原設計為單車道，其承載能力明顯不能滿足特殊車列通過要求，對此類橋梁如進行特殊處理，其施工工期過長將成為重車通行的瓶頸。對于該種形式的橋梁可直接考慮采用滿堂支架形式進行處理。

5 結語

隨著我國經濟的迅速發展，很多大型工程中的大型重要部件在廠家生產后需經陸路運輸至目的地，在運輸過程中如何保證橋梁結構物的安全將是今后橋梁科學研究的一個重要方向。研究了超重車輛通行橋梁結構物的幾種臨時加固方式，并對幾種典型結構物在超重車輛荷載作用下的安全性能進行了驗算。為大件運輸的臨時、快速加固方法的研究，提供了有益的技術資料。為今后進一步研究奠定了基礎，積累了經驗。

［1］ 公路橋涵設計通用規范(JTG D60-2004)［S］.

［2］ 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62-2004)［S］.

［3］ 裝配式公路鋼橋多用途手冊.

［4］ 混凝土結構加固設計規范(GB 50367-2006)［S］.