921t大件運輸車輛通行公路橋梁加固措施及安全監測分析

郭東升 （遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166）

1 引言

隨著經濟和生產力的不斷發展，我國開始建設許多大型項目，與這些大型項目配套的大型變壓器、鍋爐、合成塔等不可拆解設備往往需要通過車輛運輸至目的地[1]。而且近年來大件運輸車輛噸位越來越大，重量超過300t 的大件運輸逐年增長，這也對公路橋梁的承載能力提出了更高要求[2]。

當公路橋梁的承載能力不能滿足要求時，為了保證車輛的通行安全與橋梁的使用性能，需要采用合理的加固措施[3]。本文以921t 大件運輸車輛通行為背景，通過承載能力驗算評估海韻大橋承載能力，提出臨時加固措施，并在通行過程中監測橋梁的安全性。

圖1 海韻大橋平面照

圖2 大件運輸車輛

2 項目概況

濱海公路K3+784.5 公鐵及公公分離式立交橋（海韻路海韻大橋）中心樁號K3+784.5，設計角度65°，上部結構采用先簡支后結構連續T 梁和先簡支后結構連續箱梁，橋梁全長806m。本橋第16孔跨越沈山鐵路，沈山鐵路現為上、下行，四條鐵軌，鐵路路基寬約29m，橋下凈高8.5m。大件運輸車輛的車貨總重為921t，其中掛車重210t、貨物重711t，單軸重量15.35t，縱向軸距1.5m。大件運輸公司提供大件車輛的軸距、輪距及軸載，如圖3所示。

圖3 大件車輛示意圖（單位：mm）

3 承載力驗算

本次對橋梁上部結構進行持久狀況承載能力極限狀態驗算，計算時考慮大件運輸兩車中心線與橋面中心線重合（不計汽車沖擊力），僅以原設計圖紙為依據，并考慮實際混凝土齡期的收縮徐變影響，而由施工質量、橋梁實際運營情況、汽車超限累積等可能因素造成的差異未計入此次論證范圍內[4]。

本橋上部結構采用三種結構形式，以最大跨徑3×40m 連續箱梁為例進行大件荷載工況下承載能力極限狀態驗算。采用Midas Civil軟件建立有限元模型，如圖4，大件特載驗算時不計汽車沖擊，基本組合中結構重要性系數γ0=1.0，汽車荷載效應系數γQ1=1.0。

圖4 上部結構有限元模型圖

通過有限元驗算橋梁結構在大件運輸車輛荷載下的正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、支座反力、結構剛度，驗算結果見表1。由驗算結果可知，3×40m 連續箱梁邊跨跨中、中跨跨中正截面抗彎承載能力不能滿足規范要求，同時邊支座、中支座反力超限。

表1 大件運輸車輛荷載下橋梁承載能力驗算結果

4 橋梁加固

基于結構計算結果，綜合考慮橋位地形、施工難易程度等因素，考慮在第16 孔跨鐵路處距兩側橋墩7m 和4.5m處設置臨時支撐點，臨時支撐點能夠承擔一部分車輛荷載，使支座反力、主梁剪力、結構彎矩減小，達到加固橋梁的效果[5-7]。根據計算得臨時支點支反力為1200kN，選擇設置兩排A609×16mm 鋼管樁作為臨時支點進行支護，第16 孔橋梁加固方案鋼管樁布置形式如圖5 所示。

圖5 上部結構有限元模型圖

對單根鋼管樁軸心受壓承載力進行計算，鋼管樁鋼材的強度f=215MPa。

A609×16mm 鋼管樁的截面幾何特性中，面積（A）和回轉半徑（r）的表達式為：鋼管樁按軸心受壓進行強度計算：

鋼管樁按軸心受壓進行穩定計算時，鋼管長度按12m 計算，按一端固定、一端自由考慮，桿件的長度系數取λ=2。長細比：150，由λ=114.4查表得φ=0.534。

由以上計算可知，臨時加固鋼管樁強度和穩定性均滿足要求，加固后橋梁結構在大件運輸車輛荷載下的正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、支座反力、結構剛度的驗算結果見表2。由表2可知，加固后3×40m 連續箱梁邊跨跨中、中跨跨中正截面抗彎承載能力均能夠滿足規范要求。現場加固施工如圖6所示，現場加固效果良好。

表2 加固后大件運輸車輛荷載下橋梁承載能力驗算結果

圖6 橋梁臨時加固施工效果

5 通行過程監測

通過本次橋梁大件車通行監測，依據《K3+784.5公鐵立交橋第15-17孔沈山線K301+316.13 3-40m 預應力混凝土箱梁橋》施工圖圖紙及《中國石油錦西石化加氫反應器運輸海濱南路與海晏北路交口至錦西石化運輸方案》，及時了解和掌握大件車通過時橋梁上部結構豎向變位技狀況，為大件車通行后的橋梁養護工作提供技術資料和科學的依據[8-9]。

使用SMTN-X 光電撓度儀監測大件車輛通行橋梁過程中第16 孔進行跨中豎向位移實時監測，該孔跨越鐵路。本次監測測點布置于16-4 號梁底跨中位置及16-4 號梁底豎向臨時支撐點位置，16-4 號梁底跨中位置及臨時支撐點位置豎向位移實時監測結果見圖7，大件運輸車輛通行過程中監測現場見圖8。

圖7 16-4號梁底跨中位置及臨時支撐點位置豎向位移實時監測曲線注：圖中位移正值均表示下撓。

圖8 大件運輸車輛通行過程中監測

由圖8 可知，大件車在通過橋梁過程中，跨中撓度實測值均小于理論值，且處于彈性變化階段，表明該梁的實際狀況良好，本次大件車通行過程中橋梁處于安全狀態。大件運輸車輛通行后對橋梁進行了檢查，未發現大件運輸車輛通行引起的結構病害，大件運輸車輛通行后海韻大橋依據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011），橋梁結構技術狀況評定等級為2類[10-11]。

6 結語

本文通過對921t 大件運輸車輛通行海韻大橋時橋梁承載能力驗算，發現3×40m 連續箱梁邊跨跨中、中跨跨中正截面抗彎承載能力不能滿足規范要求，同時邊支座、中支座反力超限。提出通過增設鋼管樁臨時支撐對橋梁進行加固，并進行大件運輸車輛通行過程中橋梁監測。表明對在大件運輸車輛荷載作用下橋梁跨中抗彎承載能力不足或墩頂支座反力超限的情況，采用在跨徑兩側梁端設置鋼管樁臨時加固，減小支座反力的同時縮短橋梁跨徑，具有操作方便、材料可重復利用、加固效果明顯等特點。