基于多點支撐的橋涵臨時加固方法

郭瑞軍

（山西省交通科學研究院，山西 太原030006）

隨著經濟的快速發展，大型設備逐漸增多，橋涵臨時加固設計應運而生。特種車輛重量有的甚至達上千噸，每個軸重也有幾十噸，因此，其運輸路線所經過的橋涵面臨著巨大的考驗。若不對其進行加固，這些橋涵會遭到很嚴重的破壞，損壞后再加固意味著較高的經濟成本。若對路線橋涵做永久性加固，則特種車輛經過后，對于本來承載能力已經達到要求的橋涵將是一種浪費。多點支撐體系是在橋梁結構下部增設支撐，通過減小結構跨徑以減小結構內力的體系，如利用該體系加固坦拱橋技術[1]。首先分析原結構的受力情況，之后根據結構的受力特點來決定增設支撐的位置，并通過調解支撐點的位置以及支撐點的彈性力來調節其他截面的內力，最終使結構的內力處于理想狀態。

本著節約工程投資、縮短工期、不中斷交通的原則，為提高橋涵的承載力，保證特種車輛的安全通行，基于多點支撐的加固原理，以山西某加固項目為依托，對特種車輛所經橋涵進行了加固處理。

1 工程概況以及特種車輛

1.1 依托工程

山西某橋梁，全橋共1 跨，全長7m，梁高0.3m，是一座板式橋梁。橋面布置為9.0m（車行道）+2×1.0m（人行道）。下部結構為圬工涵臺，鋼筋混凝土臺帽。

1.2 特種車輛

特種車輛荷載計算模型為600t，共6件，其中單件設備自重488.1t，尺寸為35×6.4×4.4m，平板車自重為112，如圖1所示。

圖1 特種車輛模型示意圖（單位：mm）

2 臨時加固設計方案

根據橋梁病害情況和結構計算分析，經專家討論確定該橋的加固設計方案。主梁采用增加臨時支撐加固對橋梁進行加固[2-4]。采用臨時支撐加固法，通過計算分析后，在離兩橋臺0.6m 處給板梁每延米施加45kN 的上頂力，在跨中處每延米施加65kN的上頂力。

本次臨時加固采用搭設腳手架，上頂力或鋪設鋼板的方案對橋梁進行臨時加固處理。首先對地基進行處理，驗收合格后方可進行腳手架的搭設；在跨中搭設臨時腳手架，千斤頂設置在鋼管排架的中間位置（50cm/2），對頂層水平桿加強（增加肢數）后，其上橫置2 根工字鋼，放上千斤頂，再放工字鋼施加預頂力，雙肢（2×50 斷面）單組橫向應為6個千斤頂，單肢橫向應為3個；同時施力后擰緊頂托螺絲，再卸掉千斤頂。在車輛通過前對每個工字鋼施加向上的頂推力，以達到臨時加固的目的。加固方案如圖2所示。

圖2 多點支撐加固方案圖

3 臨時加固前后建模對比分析

3.1 加固模型的建立

本文運用Midas Civil有限元軟件進行了建模分析[5]，橋梁為板式結構，偏安全考慮，對橫橋向單位寬度1m 的板進行驗算分析。因特種荷載行駛速度緩慢，對模型進行了簡化處理，以靜力集中荷載模擬特種荷載軸重，按橋長可以布置的最大軸重值加載。通過在梁下部建立多點集中力來模擬千斤頂頂推力，并通過調整集中力大小來實現頂推力對主梁內力的調整，最終使結構處于安全狀態。加固模型如圖3、圖4所示。

3.2 加固前后荷載組合

因特種車輛在行駛過橋時速度較小，且為臨時短時間通過，因此，按橋涵短期組合進行驗算。荷載組合如下[6]：

（1）短期組合：1.2 恒載+1.0 汽車荷載（剪力最大布載，不含沖擊）；

（2）短期組合：1.2 恒載+1.0 汽車荷載（彎矩最大布載，不含沖擊）。

圖3 離散化模型

圖4 主梁加固的模擬

3.3 加固前后對比分析

針對主梁的整體驗算，考慮恒載及特種車輛荷載的影響，對主梁梁端截面、L/4 截面以及跨中截面這幾個最不利截面區段進行了強度驗算，對比分析加固前后，結構內力及驗算結果如表1～表4及圖5～圖8 所示（其中“NG”代表驗算不通過，“OK”代表通過）。

（1）主梁抗彎強度驗算（剪力最大布載）

表1 加固前后主梁抗彎強度驗算（剪力最大布載）

圖5 加固前后主梁抗彎強度（剪力最大布載）

從表1 和圖5 中可以看出，加固前主梁跨中截面的計算彎矩為222.222 kN·m，大于抗力設計值12.729 kN·m。經過本文設計的臨時加固方案加固后，L/4 截面、跨中、3L/4 截面的彎矩與加固前相比分別減小了20.3%、30.9%、21.6%，分別比設計抗力值小48.6%、26.7%、28.7%，加固效果非常顯著。

（2）主梁抗剪強度驗算（剪力最大布載）

從表2 和圖6 中可以看出，加固前梁端截面的計算剪力為208.932kN，大于抗力設計值47.7 kN。經過本文設計的臨時加固方案加固后，3L/4 截面、梁端的彎矩較加固前分別減小了29.2%、27.5%，比設計抗力值小58.6%、6.1%。

表2 加固前后主梁抗剪強度驗算（剪力最大布載）

圖6 加固前后主梁抗剪強度(剪力最大布載)

（3）主梁抗彎強度驗算（彎矩最大布載）

從表3 和圖7 中可以看出，加固前主梁跨中截面的計算彎矩為249.711kN·m，大于抗力設計值40.218 kN·m。經過本文設計的臨時加固方案加固后，L/4 截面、跨中、3L/4 截面的彎矩較加固前分別減小了16.8%、27.5%、21.0%，比設計抗力值小35.0%、13.6%、26.0%，加固效果非常顯著。

表3 加固前后主梁抗彎強度驗算（彎矩最大布載）

圖7 加固前后主梁抗彎強度（彎矩最大布載）

（4）主梁抗剪強度驗算（彎矩最大布載）

從表4 和圖8 中可以看出，加固前梁端截面的計算剪力為175.945kN，大于抗力設計值47.7kN。經過本文設計的臨時加固方案加固后，跨中、3L/4截面、梁端的彎矩較加固前分別減小了60.0%、44.9%、15.6%，比設計抗力值小88.6%、79.1%、7.9%。

綜合以上分析可以看出，在加固之前，在最大剪力布載與最大彎矩布載條件下，主梁跨中截面抗彎驗算以及梁端截面抗剪驗算都未通過。在加固之后，在最大剪力布載的情況下，跨中最大彎矩比原來減小了30.9%，L/4 處彎矩減小了20%左右；梁端最大剪力比加固前減小了27.5%，L/4 處彎矩減小了29%左右，因梁下支撐點的緣故，中跨的抗剪承載力會有較小的損失，為2.1%。在最大彎矩布載條件下，跨中最大彎矩比原來減小了27.9%，L/4 處彎矩減小了16%左右；梁端最大剪力比加固前減小了15.6%，L/4 處彎矩減小了40%左右，中跨的抗剪承載力沒有明顯的提高。可見，通過多點支撐體系的加固，使得涵洞的承載能力得到了提高，且最終特種車輛安全通過。

表4 加固前后主梁抗剪強度驗算（彎矩最大布載）

圖8 加固前后主梁抗剪強度（彎矩最大布載）

4 結語

本文基于多點支撐原理，以某座橋梁為依托工程，對其進行了加固前后對比分析，驗證了該加固方法加固效果明顯，并可以方便地通過調解上端千斤頂以控制結構的受力情況，易于操作，但該種加固方法，需注意多點支撐體系下端地基的承載能力。綜上所述，本文所提出的加固方法可作為特種車輛荷載臨時加固參考方案。

[1] 周建庭，張勁泉，任紅偉，等.多點支撐加固坦拱橋試驗研究[J].公路交通科技，2009，26（11）：66-70.

[2] 解玉俠，周建庭，高凱.特重型物件過橋的臨時性加固技術方案探討[J].西部交通科技，2013（11）：16-19.

[3] 鄧子娜.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[J].中外公路，2011，31（3）：207-209.

[4] 魏超飛.混凝土梁橋體外預應力加固技術研究[J].山西交通科技，2009（5）：25-27.

[5] 邱順冬.橋梁工程軟件Midas Civil 應用工程實例[J].北京：人民交通出版社，2011.

[6] JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范[S].