基于中印規范的大件運輸安全過橋實例分析

嚴建瑋

（上海同豐工程咨詢有限公司，上海市 200444）

0 引言

隨著我國經濟輸出能力的加強，在南亞地區基礎性投資建設日益增多，在建設的同時，配套的公路重型工業設備運輸也越來越多。一般情況下重型設備在從制造地或港口碼頭運輸至安裝現場的陸路運輸過程中必不可少的會經過一些沿線橋梁，由于配套大件運輸車輛的尺寸、輪（軸）距及重量與橋梁設計規范中規定的一般車輛不同，所運載的重型設備重量高達數百甚至數千噸，其對沿途經過的橋梁產生的作用效應往往超過橋梁設計荷載的作用效應[1]，對于一些服役齡期較長的橋梁能否承受大件運輸荷載的作用是在運輸前必須考慮的問題，因此對大件運輸車經過的橋梁進行檢測、檢算分析是確保設備運輸安全過橋的必要手段。

1 大件運輸橋梁承載能力判定方法

目前國內提出的大件運輸橋梁承載能力評定常用的方法主要有實際荷載判別法[2]、等代荷載判別法[3]及試驗荷載法[4]。

實際荷載判別法的原理是計算出大件運輸荷載在橋梁結構中的內力效應和原設計標準下結構的設計承載能力，通過比較兩者的大小來判定能否過橋，其使用的條件包括：既有橋梁的分項檢算系數明確，包括承載能力檢算系數、惡化系數等；橋梁結構的抗力計算參數明確，包括結構配筋數量、地基土層參數等。故該方法需在上述條件滿足時才能采用，一旦沿線橋梁數量較多，且對于服役齡期較長、缺乏設計圖紙的橋梁來說，該方法較為煩瑣，但計算結果清晰、準確。

等代荷載判別法的原理是在同一跨徑用同一種影響線分別計算大件運輸荷載和橋梁設計標準荷載在橋梁結構上產生的作用效應，并將兩者進行比較判別，以確定運輸荷載能否安全過橋[5]。其使用的條件包括：橋梁設計荷載必須明確；橋梁基本結構參數明確，包括結構主梁結構尺寸、結合方式等。該方法可快速對橋梁能否通行進行判定，有著效率高且較為準確的特點。

試驗荷載法是對橋梁進行分級加載，直到加載與大件運輸荷載對橋梁產生的荷載效應相同。加載過程中仔細觀察橋梁應變、撓度變化，當測試值超過理論值或規范限值時應停止加載。該方法能夠直觀確定橋梁實際承載力，但相對復雜、費時且費用較高。一般用于運輸路線中典型橋梁和運營時間長、存在病害較多而無法準確確定承載力的橋梁。

以上三種方法的適用性需根據項目實際情況來確定，條件具備時可以優先選擇。南亞部分國家橋梁設計采用的規范多源于印度IRC規范，在缺少設計圖紙的情況下，結構抗力計算參數及檢算系數難以確定，即使確定也需耗費大量的時間與物力，故在橋梁設計荷載明確的基礎上，可優選等代荷載判別法對大件運輸荷載過橋進行判定。但考慮到印度IRC規范與我國規范荷載組合規定上存在差異，單用等代活荷載進行判定是不夠的，因此本文基于兩國不同規范，提出了荷載組合對比法，即分別計算大件運輸荷載和標準荷載在橋梁結構上產生的荷載效應組合值，將兩種極限組合內力進行對比判定。另外考慮到這些國家部分公路橋梁服役齡期較長，技術狀況劣化可能造成橋梁的實際承載力與設計結構承載力存在差異，故在條件允許的情況下應采用試驗荷載法對荷載組合對比法進行輔證。

2 工程實例背景

2.1 大件運輸車輛規格與參數

本文基于孟加拉國國內某燃氣聯合循環電站項目，該電站位于孟加拉國東北部，設備通過駁船運輸至臨時碼頭，然后經N2公路陸路運輸至目的地。運輸的大件設備中，最大機組重量為205 t，運輸方式采用橋式運輸車組（2縱列，前后各10軸液壓全掛車承載），單軸荷載16.2 t。運輸車編組相關參數如圖1所示。

2.2 沿線橋梁結構參數

該次陸路運輸沿線橋梁共有26座，其中普通鋼筋混凝土（RC）梁橋10座，預應力混凝土（PC）梁橋16座，結構形式主要以簡支T梁和工字梁為主。本文主要針對建造年代不明，且無相關設計圖紙的PC橋梁進行研究。這批PC梁橋均按雙車道設計，主梁均由5榀工字梁組成，尺寸不等。以運輸樁號K14+400梁橋為例，該橋為4跨PC簡支梁，總長172 m，跨徑組合31.0 m+41.0 m+41.0 m+31.0 m，梁高均為2.25 m，底寬均為0.75 m，梁間距均為1.19 m，橋面板厚均為0.2 m，橋寬橫向布置為 0.25 m（欄桿）+1.25 m（人行道）+7.5 m（車行道）+1.25 m（人行道）+0.25 m（欄桿），橋面鋪裝采用6~10 cm厚瀝青混凝土。橋梁結構示意如圖2所示。

圖2 典型橋梁結構示意圖（單位：mm）

2.3 沿線橋梁設計荷載等級

印度IRC規范規定的汽車活載分為Class-AA、Class-A和Class-B三個等級[6]，根據當地公路管理部門提供該批橋梁設計荷載等級為Class-A級荷載。

3 實例橋梁承載能力判定

3.1 荷載橫向分布系數

3.1.1 大件運輸荷載橫向分布

圖1 運輸車編組示意圖(單位：mm)

根據我國相關規范[7]規定，大件車輛過橋時均嚴格要求沿橋面中心線行駛，且行車速度一般不能超過5 km/h，行駛過程中不允許有加速或者制動，大件車輛通行過程中其他車輛不得上橋。經現場檢測可知，典型PC工字梁橋（K14+400）技術狀況良好，擬定該次運輸車過橋時沿該橋橋面中心線行駛。在此狀態下，典型橋梁各跨中梁在跨中處的橫向分布系數最大，結構承受的荷載最為不利。采用剛性橫梁法和杠桿法計算工字梁跨中截面和支點截面的理論橫向分布系數[8-9]，需要注意的是，具有較多不確定參數的橋梁，僅僅依據理論算法確定橫向分布系數是不夠的，在條件許可的情況下需通過實測橫向分布系數測定來對理論值進行檢驗，并對橋梁實際的橫向整體性進行判定。該次為測試實測橫向分布系數，將大件運輸車輛橫向2縱列輪位加載位置進行簡化，并通過社會車輛等效加載模擬（見圖3），以近似測定大件運輸車荷載作用下沿橫向對各主梁不同分配的比例系數。

圖3 橫向分布測試等效輪位簡化圖（單位：mm）

3.1.2 設計荷載橫向分布

印度IRC：6—2000規范中第207.1.3條規定，5.3~9.6m總車道寬度的橋梁設計車道數按兩車道計算，縱向效應不予折減。按照最不利工況加載，該橋兩車道汽車荷載偏載橫向布置如圖4所示。

圖4 IRC：6—2000規范中兩車道汽車荷載偏載橫向布置圖（單位：mm）

表1 跨中橫向分布系數

理論及實測主梁跨中橫向分布系數計算結果見表1。

由表1可知，通過等效模擬大件運輸荷載橫向加載，邊跨中梁實測橫向分布系數較理論值大14.0%，中跨中梁實測橫向分布系數較理論值大7.0%，考慮到實測中載橫向分布系數較理論值大，應依據實測橫向分布對荷載組合值進行修正檢算。

3.2 荷載組合對比法

3.2.1 大件運輸荷載效應組合

大件運輸荷載參照我國規范[10]中的掛車組合進行計算，即S=1.2SG+1.1SQ（SG為永久荷載中結構重力產生的效應；SQ為基本可變荷載中平板掛車或履帶車產生的效應）。該次大件運輸荷載效應組合算式為S大件=1.2×一期恒載+1.2×二期恒載+1.1×大件運輸荷載。

3.2.2 設計荷載效應組合

根據 IRC：6—2000中第 207.1.3條規定，Class-A活載縱向分布簡圖如圖5所示。同時參照印度混凝土橋梁設計規范 IRC：18—2000[11]中第11.7條規定，設計荷載效應組合按S設計=1.25×一期恒載+2.0×二期恒載＋2.5×活載（Class-A＋人群荷載）計算，其中根據IRC：6—2000規范中第211.2條規定，當計算跨徑3 m≤L≤45 m時，汽車活載計入的沖擊系數按式（1）進行計算：

式中：μ為沖擊系數；L為橋梁計算跨徑。

3.2.3 判定方法

荷載組合對比法作為一種承載能力極限狀態判定方法，無須確定橋梁承載能力極限狀態下的抗力效應，僅需將大件運輸荷載效應組合和設計荷載效應組合進行比較，即可初步判斷橋梁能否滿足大件運輸安全通行要求。其判定準則為：

圖5 IRC中Class-A活載縱向分布簡圖

（1）當S大件/S設計≤1，橋梁具備通過大件運輸荷載的能力。

（2）當S大件/S設計＞1，橋梁不具備通過大件運輸荷載的能力，需減小軸重或對橋梁采取加固措施，建議加固后采用實際荷載判別法或試驗荷載法進行二次判定。

3.3 承載能力極限狀態荷載效應比較判定

表2和表3分別給出了承載能力極限狀態下，大件運輸荷載和設計荷載對于橋梁跨中截面的彎矩組合值、支點截面的剪力組合值以及相應判定結果。

表2 大件運輸荷載、設計荷載彎矩組合值及判定結果

表3 大件運輸荷載、設計荷載剪力組合值及判定結果

由表2和表3可以看出，按實測橫向分布計算，橋跨主梁控制斷面在大件運輸荷載作用下產生的荷載效應組合值均明顯小于Class-A設計荷載產生的荷載效應組合值，S大件/S設計＜1，表明橋梁上部結構承載能力滿足該次大件運輸安全通行要求。

3.4 正常使用極限狀態判定

預應力結構安全通過控制應力狀態和極限承載能力來保證[12]。考慮到該次運輸路線上PC梁橋缺少設計圖紙，無法對正常使用極限狀態下的應力、剛度進行判定，故在使用荷載組合對比法的同時，對選取的典型橋梁輔以試驗荷載法進行判定。受文章篇幅所限，文中對荷載實驗法判定過程不再詳述。試驗主要結果見表4。

由表4可以看出，各工況下典型橋梁試驗跨應變及撓度實測值均小于理論計算值，應變校驗系數在0.30~0.81，撓度校驗系數在0.71~0.95，均小于1.0，滿足我國規范要求[13]，亦滿足該次大件運輸荷載的正常使用要求。

4 結語

（1）大件運輸過橋承載能力判定方法的選擇上應綜合考慮多種因素，本文在現有的評定方法基礎上提出了荷載組合對比法，該方法作為等代荷載判別法的一種衍生，適用于與我國現行設計規范存在明顯差異的國外橋梁的承載能力判定，是一種省時、有效的方法。

（2）橫向分布系數是決定橋梁上部結構主梁在荷載作用下內力大小的重要因素，本文提出采用等效模擬大件運輸荷載輪位方法獲得橋梁實際橫向分布系數，該方法可判定橋梁實際橫向聯系狀況，亦可對理論橫向分布進行驗證。

（3）對于一些服役齡期較長、技術狀況劣化明顯的橋梁，僅采用荷載組合對比法判定是不夠的，在條件允許的情況下應采用試驗荷載法進行輔證。

表4 橋跨試驗梁實測值、理論值及校驗系數