大件運輸橋梁承載能力研究與過程監測分析

陳彥羽，毛建平，楊勤華

(廣西交通工程檢測有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

近年來，我國物流行業的規模達到空前發展，大件運輸特種車輛也越來越多，而大件運輸車輛在軸載數量、間距及荷載分布方面與現行規范中的設計汽車有較大區別。大件運輸車輛的通行對公路橋梁結構要求更高，在確保橋梁結構安全的前提下，需充分利用現有橋梁結構，降低運輸成本，以實現經濟效益最大化。

本文以途經廣西境內某大型變壓器運輸項目為背景，分析其中某一段路線上橋梁現有承載能力是否滿足規范要求，通過對橋梁結構的計算分析，驗證大件運輸車輛是否滿足典型橋梁的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態要求。不滿足規范要求時，通過大件運輸車輛軸載荷載重分配，并對較薄弱的橋梁進行現場監測，評估橋梁的運營安全。可為類似項目提供有益參考和借鑒。

1 項目概況

陜西巨運汽車運輸有限責任公司有大型變壓器(重189 t)經廣西境內高速公路運輸至云南與廣西交界附近。途經路線為：田東互通收費站入—G80廣昆高速公路—G69銀百高速公路—S60合那高速公路—那坡收費站出。該路段長度約為230 km。本路線內經過1座特大橋，66座大橋，55座中橋，7座小橋。其中橋梁類型如表1所示，大件運輸特種車輛(總重270 t)軸載示意如圖1所示，具體參數如表2所示。

表1 途經路線橋梁上構類型統計表

圖1 大件運輸特種車輛軸載示意圖(mm，t)

表2 大件運輸特種車輛車貨具體參數表

根據大件運輸特種車輛通行要求，需對沿線橋涵等構造物進行受力驗算。根據不同跨徑、上構類型及橋面寬度等因素選取具有代表性的11座橋梁進行驗算。具體驗算橋梁如表3所示。

表3 驗算橋梁一覽表

2 橋梁結構驗算

2.1 大件運輸車輛驗算結果

橋梁承載能力驗算評定采用“荷載效應比較法”與承載能力驗算系數法結合進行。根據《公路橋涵養護規范》(JTG H11-2004)[1]，當荷載效應比較法中大件運輸特種車輛荷載效應與設計汽車荷載效應之比<1.0時，可以認為大件運輸特種車輛能正常通行該橋。如荷載效應比較法中大件運輸特種車輛荷載效應與設計汽車荷載效應之比≥1.0時，需進一步進行驗算評定。按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)[2]進行荷載組合，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)[3]進行驗算。11座橋梁荷載效應比驗算結果如表4所示。

表4 荷載效應比較法驗算結果表

采用大件運輸特種車輛荷載對上述效應比≥1的橋梁上部構件(包括支座)進行承載能力極限承載狀態及正常使用極限狀態驗算[4]。因篇幅有限，僅選取最不利截面的驗算結果如表5～8所示。

表5 承載能力極限狀態驗算結果表

表6 正常使用極限狀態抗裂驗算結果表

表7 正常使用極限狀態撓度驗算結果表

表8 支座豎向承載力驗算結果表

由表5～8可知，根據圖1大件運輸特種車輛軸載計算，平隴分離式立交橋小箱梁抗彎承載能力、凌桑外分離式立交2號橋橋墩板式橡膠支座不滿足單輛大件運輸特種車輛通行要求。

2.2 降低軸載后驗算

此次大件運輸車輛僅單次通行，采用特種車輛荷載軸載重新分布，即降低軸載使平隴分離式立交橋小箱梁抗彎承載能力、凌桑外分離式立交2號橋橋墩板式橡膠支座滿足規范要求。為了保證橋梁的結構安全，對大件運輸特種車輛軸載進行調整計算，將大件運輸特種車輛掛車最大軸重由圖1中的17.5 t(17 t)調整至圖2中的16 t后，平隴分離式立交橋抗彎承載能力驗算和凌桑外分離式立交2號橋支座豎向承載力驗算結果分別如表9、表10所示。

圖2 降軸后大件運輸特種車輛軸載示意圖(mm，t)

表9 降軸后承載能力極限狀態驗算結果表

表10 降軸后支座豎向承載力驗算結果表(kN)

3 通行過程監測

僅單次通行大件運輸車輛的橋梁，為保證橋梁的結構運營安全，同時考慮運行經濟效益，采用調整車輛大型變壓器位置達到降低車輛軸載的方法，并對上述兩座橋梁進行通行過程監測，了解大件運輸特種車輛通行的橋梁時受力情況，為大件運輸特種車輛的通行提供可靠的技術依據[5]。

監測內容包括：控制斷面撓度和應變監測、支座檢測及通行前后橋跨結構外觀監測。

3.1 控制截面及測點布置

根據大件運輸特種車輛通行位置及結構受力特點，選擇1號跨跨中截面(A截面)為控制截面。監測應變及撓度測點布置于控制截面的底板，控制斷面示意圖、測點布置及編號如圖3～5所示。

圖3 平隴分離式立交橋監測控制截面示意圖(cm)

圖4 凌桑外分離式立交2號橋監測控制截面示意圖(cm)

注：A-1～A-3為混凝土板應變測點，W-1～W-3為撓度測點

本次監測應變及撓度測點布置于控制截面的底板，測點布置及編號如圖6所示。

注：A-1、A-2為混凝土板應變測點，W-1、W-2為撓度測點

對凌桑外分離式立交2號橋進行支座壓縮變形監測，測點布置于1號墩頂，測點布置及編號如圖7所示。

注： Z-1、Z-2為支座壓縮變形測點

3.2 監測結果

3.2.1 應變監測結果

如圖8所示可知，大件運輸特種車輛通行過程中，控制測點應變值由小變大，第14 s達到最大值169με，車輛通過后，應變值基本恢復到通行前水平，相對殘余應變均<20%。整個通行過程中，控制截面各應變測點最大校驗系數為0.53～0.58，均<1.0。

圖8 平隴分離式立交橋特種車輛通行過程應變監測結果曲線圖

如圖9所示可知，大件運輸特種車輛通行過程中，控制測點應變值由小變大，第17 s達到最大值67με，車輛通過后，應變值基本恢復到通行前水平，相對殘余應變均<20%。整個通行過程中，控制截面各應變測點最大校驗系數為0.40～0.43，均<1.0。

圖9 凌桑外分離式立交2號橋特種車輛通行過程應變監測結果曲線圖

3.2.2 撓度監測結果

如圖10所示可知，大件運輸特種車輛通行過程中，控制測點撓度值由小變大，第14 s達到最大值10.07 mm，最大撓度值

圖10 平隴分離式立交橋特種車輛通行過程撓度監測結果曲線圖

如圖11所示可知，大件運輸特種車輛通行過程中，控制測點撓度值由小變大，第16 s達到最大值2.83 mm，最大撓度值

圖11 凌桑外分離式立交2號橋特種車輛通行過程撓度監測結果曲線圖

3.2.3 支座壓縮監測結果

如圖12所示可知，大件運輸特種車輛通行過程中，1號墩支座實測最大值壓縮量為1.22 mm，車輛通過后，支座壓縮基本恢復到通行前水平，表明支座工作正常。

圖12 凌桑外分離式立交2號橋特種車輛通行過程1號墩支座壓縮監測結果曲線圖

3.2.4 橋梁外觀狀況監測結果

經現場監測檢查，在大件運輸特種車輛通行過程及通過后，平隴分離式立交橋和凌桑外分離式立交2號橋梁體未出現結構裂縫及其他異常情況。

4 結語

通過“荷載效應比較法”對效應比≥1.0的橋梁進一步計算，對于不滿足規范要求的橋梁進行降軸載處理后重新計算，保證大件運輸車輛通過時橋梁結構的安全性。對大件運輸車輛的通行監測表明：降軸載后單輛大件運輸特種車輛通行過程中及通過后，橋梁強度及剛度滿足要求，結構處于彈性工作狀態，梁體未出現結構裂縫及其他異常情況，支座壓縮基本恢復到通行前的水平，表明支座工作正常。