公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術研究

摘要：為了提高橋梁的穩定性，減少公路獨柱橋梁結構不牢固導致的安全問題，針對公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術進行研究。先建立公路獨柱橋梁有限元模型，全方位分析鋼結構支撐性能;再結合橋梁設計規范，計算其抗傾覆穩定系數，獲取抗傾覆力矩;最后，增加蓋梁與支座，設計具體的加固改造施工方案。經過實例分析證明，此種加固改造施工技術能夠有效地提升橋梁支座反力，從而提高公路獨柱橋梁鋼結構的支撐效果，保證城市交通運輸的安全。

關鍵詞：公路獨柱橋梁;鋼結構支撐;加固改造;施工技術

0" "引言

在經濟建設快速發展的背景下，我國城市交通建設的規模不斷擴大，車流量越來越多，對城市交通運輸造成了極大壓力[1]。公路橋梁建設在城市交通中占據重要地位，作為支撐車輛運行的主要建筑，其穩定性與牢固性至關重要[2]。結構支撐加固改造施工對技術方面的要求較高，公路橋梁作為大型建筑物，位置與形狀特點與傳統的建筑不同，在保證高質量的情況下，對于美觀也有一定要求[3]。

橋梁建設能夠在一定程度上提高城市面積的有效利用率，緩解城市的交通壓力[4]。橋梁包括較多種類，例如立交橋、高架橋、獨柱橋梁等，其中，獨柱橋梁的施工技術較為特殊，在城市交通建設中具有重要的作用[5]。

現階段，我國公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術，仍然存在一定的缺陷。橋梁受到偏載作用的影響，會引起獨柱橋梁鋼結構的穩定性降低。因此，本文對公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術進行研究，以期提高公路橋梁的牢固性。

1" "公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造設計

公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固技術是否良好，直接影響橋梁的穩定性和橋梁的承載能力[6]。公路獨柱橋梁的支撐結構一旦遭受破壞，結構會出現嚴重變形，極易導致橋梁傾覆事故的出現，降低了交通運輸的安全性，對人民生活造成巨大威脅[7]。公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術的具體流程如下。

1.1" "獲取公路獨柱橋梁鋼結構荷載參數信息

在進行公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造設計時，首先要獲取公路獨柱橋梁鋼結構荷載參數信息，建立公路獨柱橋梁施工技術模型，通過模型，獲取到橋梁鋼結構的具體參數信息。

通常情況下，公路獨柱橋梁結構屬于非預應力箱梁結構方式，受力特征與傳統的橋梁不同。針對獨柱橋梁的具體結構，本文構建的公路獨柱橋梁施工技術模型運行流程，如圖1所示。

結合空間分析方法，采用等效的梁格表示公路獨柱橋梁的上部結構，集中處理公路獨柱橋梁上部結構的抗彎剛度，將橫向剛度轉移到模型的橫向構件中。設定橋梁剛性截面的接觸面積，實時記錄橋梁截面扭轉產生的應力變化。

采用有限元分析軟件，獲取公路獨柱橋梁支座荷載的加載位置信息，求取不同支座的反力。將所有的荷載作用力集中在相同支座上，對應具體的橋梁鋼結構外邊緣。在橋梁凹側邊緣加載作用力時，獲取橋梁鋼結構荷載的均布情況，得出公路獨柱橋梁鋼結構荷載的加載位置信息。

為了方便后續對橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術的研究，根據橋梁設計規范要求值，獲取公路獨柱橋梁的橫向穩定系數，將穩定系數輸入到有限元模型中[8]。降低橋梁的荷載等級，采用與實際情況相符的施工加固方法，改變車道數。在有限元模型中劃分車道數，減小荷載效應，避免公路獨柱橋梁受到偏載作用出現傾覆，從本質上提高公路獨柱橋梁鋼結構的穩定性。公路獨柱橋梁有限元模型，能夠全方位地獲取橋梁鋼結構的參數信息與穩定系數，為加固改造施工技術的設計提供保障。

1.2" "計算公路獨柱橋梁抗傾覆力矩

基于公路獨柱橋梁鋼結構的支座布置，結合鋼結構支撐的形式，以公路橋梁相應的設計規范為依據，計算公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工的抗傾覆力矩。首先，確定加固改造施工的傾覆軸線，保證傾覆軸線的受壓方向為單向。采用整體式計算方式，計算出公路獨柱橋梁上部鋼結構支撐的抗傾覆系數，計算公式如下：

（1）

其中，γqf表示公路獨柱橋梁抗傾覆穩定系數;Sbk表示公路獨柱橋梁上部鋼結構受到的荷載標準值;表Ssk示公路獨柱橋梁上部鋼結構穩定的沖擊作用標準組合。

綜合考慮車輛運行產生的沖擊作用，調整支座的受壓狀態，連接獨柱橋梁中心線與橋臺支座，可得出調整受壓狀態后的公路獨柱橋梁抗傾覆穩定系數。具體計算如下：

（2）

其中，qk表示路面受到的均布荷載;pk表示路面受到的集中荷載;l表示公路獨柱橋梁的整體長度;e表示橫向支座位置到橋梁傾覆軸線的垂直距離;u表示車輛運行時產生的沖擊系數;RGi表示公路獨柱橋梁穩定狀態下各支座的支反力;xi表示公路獨柱橋梁穩定狀態下各支座到傾覆軸線的垂直距離。

通過上述計算，獲取到公路獨柱橋梁鋼結構的抗傾覆系數。綜合橋梁鋼結構支撐的狀態變化，調整橋臺側支座的狀態為脫空狀態，保證橋梁鋼結構的受力體系保持穩定。結合具體的獨柱橋梁結構特點，采用有限元分析軟件，對公路獨柱橋梁的最不利支座反力進行分析，獲取到最終的鋼結構抗傾覆力矩。

1.3" "具體施工方案設計

通常情況下，獨柱橋梁采用預制拼裝的施工方法。相對來說，采用預制拼裝的施工方法工期較長，且建設成本較高。公路獨柱橋梁在施工過程中，需要采取一定的技術改善結構布局，克服橋梁翻轉等問題。基于上述公路獨柱橋梁抗傾覆力矩計算結束后，獲取到橋梁鋼結構抗傾覆系數與抗傾覆力矩，接下來便可設計公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造的具體施工方案。

先在原有的公路獨柱橋墩上增加蓋梁設計，主要目的在于分擔荷載的作用力。蓋梁布設完畢后，在蓋梁上布設兩個支座，用來抵抗橫向傾覆扭矩作用，有效將橫向傾覆扭矩作用力進行分散處理，由原來的橋梁上部結構承擔轉變為上部與下部共同承擔的方式，以降低車輛行駛中形成偏載現象的概率。

設置公路獨柱橋梁的蓋梁高度逐漸向兩側減小，保證蓋梁總長度不超過規定范圍。控制橋梁下方支座蓋梁的表面高度，與橋墩表面高度保持一致，避免出現向外擴展的情況。在公路獨柱橋梁的支座上增加脫空抗拉拔裝置，對混凝土表面基底進行處理，檢查橋梁基底的狀態是否良好。

本文在蓋梁的設計上采取鋼骨混凝土，其在抵抗獨柱橋梁上部結構傳遞的彎矩方面具有較高剛度。對蓋梁的下部鋼結構支撐加固改造，結合植筋技術的原理，設計出穩定性較高的圓柱形支撐結構，以較好地抵抗剪力。在橋梁下部安裝墩帽，提高獨柱橋梁的剪力作用，將橋梁上部結構承擔的荷載，分散到獨柱橋梁的下部結構，降低車輛行駛的偏載作用。

獨柱橋梁蓋梁的加固設計，采用I36a型號的工字鋼，以有效保護公路獨柱橋梁鋼骨不變形。公路獨柱橋梁架立鋼筋采用Φ22鋼筋，箍筋采用Φ14結構，其具有較強的抗變形能力，能夠側面提高公路獨柱橋梁鋼結構的支撐效果。

將鋼支撐根部的鋼筋植入到獨柱橋梁的橋墩內，基于鋼筋的連接作用，將鋼支撐與橋墩共同連接為一個整體。這在一定程度上增加了獨柱橋梁橋墩頂與梁底的接觸面積，接觸面積變大，相應鋼結構支撐的穩定性能也得到了提高。另外，在橋梁墩柱與主梁之間也可以添加鋼支撐，增強主梁與墩柱結構的抗傾覆能力，全方位加固公路獨柱橋梁鋼結構的支撐。

2" "實例工程應用分析

為了進一步檢驗本文設計的公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術的實際應用效果，以江蘇省某大橋為例，進行了如下應用分析。

該橋梁的主要材料為鋼筋混凝土，橋梁結構為空心板梁。依據公路獨柱橋梁設計規范，在該大橋原有的獨柱橋梁鋼結構基礎上添加蓋梁，在橋墩下部設置兩個橋梁支座。其主要目的在于分擔汽車行駛時產生的荷載，使其具有抗橫向傾覆扭矩作用。設置獨柱橋梁橋墩處的蓋梁高度為1.5m，逐漸縮小蓋梁兩側高度，設定增加的兩個支座中心距離為2455m，保持蓋梁高度與橋墩表面高度一致，擴大獨柱橋梁下部的植筋結構。

基于公式（2）計算橋梁鋼結構的抗傾覆系數，調整獨柱橋梁支座受力方向，在支座上布設荷載，將荷載集中在跨度較大的連續支座的中心位置。增設支座后，改變獨柱橋梁的加載方式，基于上述公式計算出橋梁支座的反力，選擇其中最不利的反力，應用到獨柱橋梁鋼結構支撐加固中。

結合Civil軟件的分析作用，獲取改造施工技術加固前后公路獨柱橋梁鋼結構的自振頻率，如表1所示。

從表1可以看到，經過本文設計的改造施工技術加固處理后，公路獨柱橋梁鋼結構的自振頻率明顯提高，剛度不斷增強，抗扭承載力得到了有效提升。結合模態分析方式，對比加固改造前后公路獨柱橋梁鋼結構的模態頻率，可知加固改造后的橋梁鋼結構模態頻率較高，且變化幅度較小，受到的扭矩作用較小。未加固改造的橋梁鋼結構模態頻率較低，且頻率下降趨勢明顯，橋梁剛度性能較差，受到的扭矩作用較大，存在支座脫空的可能性。

采用MIDAS軟件，對加固改造后的公路獨柱橋梁鋼結構進行分析，結合公路承載壓力的等級標準，在對原始公路獨柱橋梁結構最不利的工況組合下，測試加固改造前后的鋼結構支座反力并進行對比，結果如表2所示。

根據表2可知，公路獨柱橋梁鋼結構支撐經過本文設計的施工技術加固改造后，支座反力較加固改造前具有大幅度提升，均未出現脫空現象，支座反力最大可達1834.01kN，證明本文設計的加固改造施工技術，能夠有效提高公路獨柱橋梁鋼結構的支撐效果。

3" "結語

公路獨柱橋梁的受力性能，對于我國城市交通運輸的穩定發展具有重要影響。為了提高橋梁的穩定性，減少公路獨柱橋梁結構不牢固導致的安全問題，針對公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術進行研究。

本文闡述的公路獨柱橋梁鋼結構支撐加固改造施工技術，能夠有效地提高公路獨柱橋梁的穩定性與牢固性，減輕車輛運行對路面橋梁產生的負擔，促進公路獨柱橋梁承載能力與剛度的大幅度提升，保證城市交通運輸安全性的同時，同時也降低了城市占地面積，優化了城市景觀。

參考文獻

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