特種車輛通過現有舊混凝土橋梁時最大車重的分析研究

寇 偉

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

在我國，隨著經濟的快速發展，現有橋梁中有相當一部分橋梁為寬路窄橋，導致交通時常阻塞，當交通量增加到一定數量時就需要逐步提高橋梁的技術等級和技術標準來適應時代發展的需要，且公路橋梁升級技術主要包括：橋梁耐久性研究和橋梁加固研究等[1]。現有舊混凝土橋梁作為新建橋梁施工平臺不僅具有良好的經濟效益，而且還能有效加快施工進度，但舊混凝土橋梁作為新建橋梁施工平臺時往往需要特種車輛通過，現有文獻中關于舊混凝土橋梁通過特種車輛時最大車重的研究較少。為此本文結合某改建工程實例，運用整體受力橫向分布系數法和內插橫向分布系數法，對某舊混凝土橋梁通過特種車輛時的最大車重進行了較為詳細的分析研究，研究方法及成果對于山西省舊混凝土橋梁的利用具有重要的工程實際意義。

1 橋梁材料特征和幾何配筋信息

1.1 橋梁材料特征

由于現有橋梁為1994年建成的，故材料特征只能參照公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTJ 023—85）取值。

混凝土為C30 混凝土，彈性模量Eh=3.00×104MPa，軸心抗壓設計強度Ra=17.5 MPa，抗拉設計強度Rl=1.75 MPa。

縱向受力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋，抗拉設計強度Rg=340 MPa，箍筋采用I 級鋼筋，抗拉設計強度Rg=240 MPa，。

1.2 橋梁幾何配筋

現有舊混凝土橋梁為1×10 m 簡支空心板橋，主要幾何尺寸如圖1～圖3 所示。

圖1 全橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 跨中橫斷面布置圖（單位：cm）

圖3 中板跨中橫斷面圖（單位：mm）

截面縱筋為一排12φ25 的帶肋鋼筋，保護層厚度為30 mm，箍筋為φ8 的光圓鋼筋，加密區間距為100 mm。

2 結構計算模型及特種車輛信息

2.1 結構計算模型

結構分析計算采用橋梁博士軟件及平面桿系有限元法進行，全橋結構共離散為13 個節點，12 個單元，如圖4 所示。

圖4 全橋結構離散圖

結合現場調查情況，該橋部分鉸縫脫落，故橋梁整體受力性能下降，為此計算時可在整體受力橫向分布系數和單板受力橫向分布系數之間內插作為新的橫向分布系數，簡稱內插橫向分布系數，并利用公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTJ 023—85）對該橋承載力極限狀態和正常使用極限狀態進行驗算。

2.2 特種車輛信息

特種車輛信息如表1 所示。

表1 特種車輛信息表

3 結構分析驗算

3.1 橫向分布系數計算

當橋梁整體受力時，可得空心板橫向分布系數為0.245；當橋梁單板受力時，可得空心板橫向分布系數為0.500。對于該橋，由于部分鉸縫脫落，為此橫向分布系數內插計算時可取整體受力和單板受力兩者間的平均值，即內插橫向分布系數為0.373。

3.2 整體受力時承載能力極限狀態驗算（橫向分布系數為0.245）

自重荷載產生的彎矩標準值SG=79 kN·m，擬用特種車輛荷載Q'=30 t 產生的彎矩標準值SQ'=138 kN·m，結構抗力設計值R=460 kN·m，沖擊系數按規范[2]取為μ=0.3，擬用特種車輛荷載系數為λ，驗算公式為：

由式（1）可解得λ≤1.454。

3.3 整體受力時正常使用極限狀態驗算（橫向分布系數為0.245）

3.3.1 撓度驗算

擬用特種車輛荷載Q'=30 t 產生的撓度為w=6.91 mm，規范[2]規定的容許撓度[w]=L/600=16.67 mm，驗算公式為：

由式（2）可解得λ≤2.412。

3.3.2 裂縫寬度驗算

擬用特種車輛荷載Q'=30 t 產生的裂縫寬度為δ=0.144 mm，規范[2]規定的容許裂縫寬度[δ]=0.2 mm，驗算公式為：

由式（3）可解得λ≤1.389。

3.4 部分鉸縫脫落后承載能力極限狀態驗算（橫向分布系數為0.373）

自重荷載產生的彎矩標準值SG=79 kN·m，擬用特種車輛荷載Q'=30 t 產生的彎矩標準值SQ'=207 kN·m，結構抗力設計值為R=460 kN·m，沖擊系數按規范[2]取為μ=0.3，擬用特種車輛荷載系數為λ，驗算公式為：

由式（4）可解得λ≤0.969。

3.5 部分鉸縫脫落后正常使用極限狀態驗算（橫向分布系數為0.373）

3.5.1 撓度驗算

擬用特種車輛荷載Q'=30 t 產生的撓度w=10.09 mm，規范[2]規定的容許撓度為[w]=L/600=16.67 mm，驗算公式為：

由式（5）可解得λ≤1.652。

3.5.2 裂縫寬度驗算

擬用特種車輛荷載Q'=30 t 產生的裂縫寬度δ=0.172 mm，規范[2]規定的容許裂縫寬度為[δ]=0.2 mm，驗算公式為：

由式（6）可解得λ≤1.163。

3.6 特種車輛最大車重結果

綜合式（1）～式（6）的驗算結果，可知擬用特種車輛荷載Q'=30 t 系數λ 的取值范圍為λ≤0.969，從而可得特種車輛最大車重為：

4 特種車輛最大車重過橋時觀測分析

經過上述分析驗算后，設定特種車輛車重為Q=29 t，過橋時，采用撓度應變傳感系統對橋梁撓度和應變進行監控測量，發現橋梁撓度和應變均在計算控制范圍內，原有裂縫在特種車輛過橋過程中有所擴展，但并未超過規范[2]規定限值，且橋梁未產生新裂縫及其他異常狀況，即上述分析驗算方法可行。

5 結論

本文運用整體受力橫向分布系數法和內插橫向分布系數法，對某舊混凝土橋梁通過特種車輛時的最大車重進行了較為詳細的分析研究，結果表明，該橋能夠通行的特種車輛的最大車重為Q=29.07 t，實際特種車輛過橋時，證明上述分析驗算方法可行，研究方法及成果對于山西省舊混凝土橋梁的利用具有重要的工程實際意義。