重型車輛下橋梁適應性安全檢測與評估

李 快，王秋芬，李 季

（麗水經濟開發區建設和規劃服務中心，浙江麗水 323000）

0 引言

隨著經濟的發展，橋梁在滿足正常交通荷載需要時，有時也要通過超重車輛。超重車輛不同于普通超載車輛，其單輛荷載遠遠大于普通超載車輛；為保證橋梁的安全，需要對超重車輛通過區域橋梁進行安全檢測評估。由于通過橋梁所在路線等級、橋型、設計荷載等級、建設年代均不同，對此類橋梁檢測與評估既不同于單座橋梁的評估，也不同于正常設計荷載的普通安全評估。針對超重車輛行駛特點，本文結合實際工程案例，提出適應于重型荷載安全通過的橋梁安全檢測與評估及相關注意事項，為類似工程提供依據。

1 適應性安全檢測與評估

常規的橋梁安全評估，本質上是結構抗力與荷載作用效應的比較，橋梁的結構抗力主要是根據橋梁的技術狀況（例如結構的病害、材料的強度等）進行折減計算，荷載作用效應主要根據橋梁恒載（主要是恒載、附加荷載）和活載組合計算得來。橋梁安全評估的現場檢測也是根據上述的要求進行，最終兩者進行比較抗力大于作用效應，橋梁承載力就滿足要求[1-3]。超重車輛有自身的特點：第一，它的重量遠遠超過普通超載車輛；第二，它能人為控制車輛有序通過橋梁，例如車速、時間點與持續時間、通過方式（單輛還是多輛）；第三，其總重不變，但單軸的重量可以在一定范圍內調整；第四，超重車輛一次性通過，時間短暫，基本上可視為短期的恒載。按規范計算橋梁承載力，許多因素是簡化后作為安全儲備考慮進去的，因此超重車輛通過橋梁除了常規的檢測與計算外，還應從減荷與挖潛兩方面進行。

（1）現場檢測時除了重點調查橋梁受力結構的病害，以及材料強度、內部鋼筋銹蝕程度外，應側重以下幾個方面：

a.橋面縱坡。縱坡大小決定超重車輛剎車產生的水平制動力，特別是注意長距離、大縱坡橋梁需要考慮車輛的水平制動力。

b.橋面的平整度。橋面平整度是影響超重車輛的豎向沖擊力大小的重要因素。對于不平整橋面應進行維修，超重車輛以5 km/h通過橋梁時，車輛荷載可不考慮沖擊系數。

c.橋面鋪裝、欄桿結構。橋面鋪裝整體性，對車輛軸重的擴散作用，整體性防撞欄桿有很大的剛度，特別是中小橋防撞欄桿的高度，幾乎等于主梁高度。通常橋梁承載力計算并不考慮橋面連續與擴散作用與防撞欄桿剛度，超重車輛通過橋梁時可作為安全儲備考慮進去。

d.橋梁排水設施調查。排水設施的完善性，特別是對于實腹拱拱橋的拱上填料的自重影響很大，同時拱上填料對車軸荷載的擴散作用正常計算基本簡化了，因此需要在良好天氣通過橋梁。

（2）超重車輛單軸荷載的調整。超重車輛的總重不變，但可以通過調整車上貨物的重心一定范圍內調整單軸的重量，再通過試算找到作用效應最小的最優的貨物重心位置。

（3）計算荷載關于荷載組合及系數的取值問題（例如橋梁安全等級、車輛的沖擊系數等）。

2 案例分析

2.1 工程背景

裝載風力發電設備超車輛經過某區域6座橋。橋梁全部為拱橋，其中1、3、5號為實腹式拱橋，2、4、6號為空腹式拱橋。橋梁的跨徑、橋型匯總如表1。

表1 橋型匯總表

從上述橋梁來看，運輸經過的橋梁中4號橋梁跨徑最大，且為空腹式拱橋（實腹拱對車輛荷載有擴散作用）。本文以4號橋為例，介紹超重車輛的橋梁安全檢測與評估的過程與注意事項。

2.2 技術狀態評定

4號橋為石拱橋，通過上部結構進行詳細的外觀檢測。4號橋總體上部結構整體狀況良好，主拱圈及腹拱砌縫完好。橋面縱坡不大，為混凝土板塊，局部出現坑槽（橋面有一定擴散作用，避免車輛“跳車”需要簡單整平），腹拱局部出現滲水（車輛需要幾天晴好天氣后通過）。欄桿為普通樣式，對橋梁的整體剛度不起作用，作為荷載計入。

2.3 汽車荷載的調整

本次通過4號橋梁有兩種類型車輛（59 t和84 t），通過試算找到作用效應最小的最優的貨物重心位置，如圖1～圖3所示，并通過橋梁的中軸線。

圖1 機艙輪轂加載車輛（59 t）（單位：mm）

圖2 風力電機加載車輛（84 t）（單位：mm）

圖3 行車布置示意圖（單位：mm）

2.4 橋梁評估與承載力評定

將全橋構件簡化為梁單元，主拱截面按成拱截面計算內力，拱式拱上建筑考慮聯合作用，腹拱圈以上填料，側墻自重作為荷載加載，橫墻與主拱圈采用剛接。無鉸拱與橫墻連接處采用剛接處理，鑒于運輸期間為夏季，溫度按整體升溫15℃（降溫有利，通過橋梁時選擇夜間進行）、原設計溫度兩種情況進行計算。拱腳作鉸接處理，橋面伸縮縫釋放梁端約束處理，橋面板與拱圈采用彈性連接進行模擬。其余細部按照圖紙要求進行處理。橋梁基礎位于水面以下，不便于觀測，所有計算均未計入橋臺基礎不均與沉降引起的內力。圖4為4號橋模型，表2列出了84 t幾種荷載組合及系數取值。圖5～圖8為最不利荷載組合下彎矩包絡圖、軸力包絡圖、軸向應力圖和彎曲應力圖。表3為4號橋驗算結果。

圖4 4號橋模型

表2 （84 t）荷載組合表

圖5 最不利荷載組合下彎矩包絡圖(單位：kN·m)

圖6 最不利荷載組合下軸力包絡圖（單位：kN）

圖7 最不利荷載組合下軸向應力圖（單位：kN）

圖8 最不利荷載組合下彎曲應力圖(單位：kN·m)

表3 （84t）4號橋驗算結果

3 采取的必要措施

為了確保超重車輛施加荷載與理論計算基本一致，在通過橋梁時還需做以下幾方面的事項。

（1）禁止橋面會車或急剎車，盡量勻速通過橋梁，車輛過橋時,嚴格遵循不變速、不制動及限速5 km/h的原則。

（2）為保證橋梁受力安全，超重車過橋時應全封閉橋梁，不得有其他車輛通過，也不得有人群，超重車輛應在凌晨天亮時逐一通過，禁止兩輛或多輛車同時上橋。

（3）通過現場觀測，4號橋下雨時橋梁拱腳位于水平面以下，由于拱腳大部分為砂漿砌體結構，對構件的承載力影響較大，因此建議運輸前確保拱橋水位降至主拱圈拱腳以下，且暴雨天氣極易引起水位暴漲，該類天氣禁止運輸車輛通行。

（4）為保證車輛運輸安全，應派專人對橋梁進行觀測，一旦發現異常情況，應立即封鎖交通。

[1]JTJD62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2]JTGT J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].

[3]楊建宏.超重車輛通過橋梁安全評定系統研究[D].大連：大連理工大學，2003.