超重荷載下橋梁結(jié)構(gòu)安全性能評(píng)估及臨時(shí)加固設(shè)計(jì)方法研究

1、超重荷載下橋梁結(jié)構(gòu)安全性能評(píng)估及臨時(shí)加固設(shè)計(jì)方法研究摘要：某重型機(jī)械設(shè)備，從陸路運(yùn)輸，途徑某高速公路，為保證通行過(guò)程中的橋梁結(jié)構(gòu)物的安全，本文對(duì)超重荷載作用下，橋梁典型結(jié)構(gòu)物的安全性能進(jìn)行了評(píng)估。并對(duì)超重荷載通過(guò)結(jié)構(gòu)物時(shí)的臨時(shí)加固方法進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：超重荷載 橋梁結(jié)構(gòu) 安全 臨時(shí)加固設(shè)計(jì) 一、概述某國(guó)家重點(diǎn)工程所需重型機(jī)械設(shè)備，需采用大件運(yùn)輸車(chē)輛（車(chē)貨共重300噸）從陸路運(yùn)輸，途經(jīng)某高速公路。該高速公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)偏低（汽車(chē)-超20級(jí)，掛車(chē)-120）。本文通過(guò)對(duì)沿線橋梁類型進(jìn)行歸納，對(duì)典型橋梁在超限車(chē)輛荷載作用下的承載能力進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)承載能力不能滿足要求的橋梁進(jìn)行臨時(shí)加

2、固方法研究。二、超限車(chē)輛荷載計(jì)算模型根據(jù)高速公路超載治理站的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并經(jīng)充分考慮軸載分配的不均衡性，確定本次通過(guò)的特載車(chē)輛荷載計(jì)算模型為301噸，其軸載縱向分布如下圖。車(chē)輛各軸橫向?yàn)樗慕M雙輪組，各輪組間荷載均布，輪組間距為1050±250mm。荷載效應(yīng)的比較均以上述軸載分布為準(zhǔn)進(jìn)行。車(chē)輛軸載縱、橫向布置方式如下：圖1 特種車(chē)輛軸重示意圖圖2 車(chē)輛軸載橫向布置方式三 原橋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算本次驗(yàn)算主要采用橋梁博士3.0，建立特種荷載車(chē)輛（類似掛車(chē)荷載），對(duì)恒載與特種荷載車(chē)輛荷載效應(yīng)進(jìn)行組合，分別對(duì)承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。本次進(jìn)行驗(yàn)算的主要結(jié)構(gòu)形式橋梁根據(jù)該條高速橋梁結(jié)構(gòu)物的

3、具體形式進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計(jì)后確定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)后確定，本次驗(yàn)算主要針對(duì)以下結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行：16m跨徑簡(jiǎn)支空心板、20m跨徑簡(jiǎn)支空心板、30m跨徑簡(jiǎn)支空心板、40m跨徑簡(jiǎn)支T梁、50m跨徑簡(jiǎn)支T梁。具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。表1 各種結(jié)構(gòu)形式橋梁在特種荷載與原橋恒載組合作用下驗(yàn)算結(jié)果匯總表項(xiàng)目驗(yàn)算荷載彎矩計(jì)算值（跨中位置）承載能力允許值（kN.m）承載能力極限狀態(tài)是否滿足驗(yàn)算荷載應(yīng)力計(jì)算值（跨中下緣）正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力允許值(Mpa)正常使用極限狀態(tài)是否滿足16m簡(jiǎn)支空心板890.01185.0滿足-0.83-2.70滿足20m簡(jiǎn)支空心板1400.01610.0滿足-1.87-2.70滿足30m簡(jiǎn)支空心板412

4、0.04322.0滿足-4.00-2.70不滿足40m簡(jiǎn)支T梁14270.017520.0滿足-9.42-2.70不滿足50m簡(jiǎn)支T梁16345.118405.4滿足-12.7-2.70不滿足根據(jù)以上各種結(jié)構(gòu)形式橋梁在特殊荷載作用下的的驗(yàn)算情況匯總見(jiàn)下表，16m、20m簡(jiǎn)支空心板在特種荷載作用下承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算均能通過(guò)。30m簡(jiǎn)支空心板、40m簡(jiǎn)支T梁、50m簡(jiǎn)支T梁承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算能夠通過(guò)，但正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算未通過(guò)，需考慮采取加固措施。四 臨時(shí)性加固設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介由于超限車(chē)輛通行時(shí)間較短，僅需在車(chē)輛通行過(guò)程中進(jìn)行加固，保證通車(chē)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全性能。本次加固設(shè)計(jì)方案

5、的主要設(shè)計(jì)原則是：確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能，盡量縮短施工工期、降低工程造價(jià)。根據(jù)以上加固原則和計(jì)算驗(yàn)算結(jié)論，確定橋梁加固范圍，是對(duì)于跨度大于20米以上（30米空心板、40米T梁、50米T梁）的橋梁進(jìn)行臨時(shí)加固。本次臨時(shí)加固設(shè)計(jì)方案主要考慮以下三種加固方案：1、橋上橋加固方案通過(guò)在現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)上架設(shè)貝雷梁臨時(shí)便橋保證特殊車(chē)輛的正常通過(guò)。本次加固考慮對(duì)部分橋梁橋下凈空較高的孔跨采用橋上橋加固方案，對(duì)于小跨徑橋梁可采用簡(jiǎn)支梁方式直接跨越原橋（具體方式見(jiàn)圖1）；但當(dāng)跨徑較大時(shí)，如直接跨越所采用貝雷梁橋尺寸過(guò)高，不利于快捷施工，可采用連續(xù)梁方式跨越原橋（具體方式見(jiàn)圖2）。圖3 簡(jiǎn)支梁方式跨越原橋圖4 連續(xù)

6、梁方式跨越原橋2、橋下架設(shè)臨時(shí)支撐采用橋下增設(shè)臨時(shí)支撐加固技術(shù)方案。該種方案是通過(guò)減小橋梁跨徑，改變結(jié)構(gòu)物的受力狀態(tài)，從而保證特殊車(chē)輛的正常通過(guò)。對(duì)于中等跨徑、橋下凈空不高（凈空小于10m）的橋梁可考慮采用橋下架設(shè)中間支撐的形式進(jìn)行。對(duì)于中間支撐可采用空心鋼管立柱方式。對(duì)部分橋梁橋下凈空較低的孔跨采用臨時(shí)支撐加固方案。臨時(shí)支撐主要由梁底彈性橡膠板、橫向聯(lián)系鋼梁（工字鋼梁）、豎向支撐鋼管、下墊枕木、砂石找平層等幾部分組成。具體設(shè)計(jì)圖示意如下：圖5 橋下臨時(shí)支撐加固方式示意圖該條高速公路中部分30m簡(jiǎn)支空心板、40m簡(jiǎn)支T梁橋下凈空小于10m的橋梁，可以采用橋下架設(shè)臨時(shí)支撐方案。由于臨時(shí)支撐頂部設(shè)

7、置了橡膠板，且具有一定的縱向長(zhǎng)度，因此計(jì)算模型中該支撐點(diǎn)為彈性支撐。在該種加固方案下，進(jìn)行特殊車(chē)列作用下的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，其結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。其中30m簡(jiǎn)支空心板經(jīng)計(jì)算，需在跨中增設(shè)1道橫向支撐。40m簡(jiǎn)支T梁需在四分點(diǎn)、跨中位置各設(shè)置1道橫向支撐。由于50mT梁結(jié)構(gòu)其橋下凈空一般較高，無(wú)法采用臨時(shí)支撐方法進(jìn)行加固，加固驗(yàn)算不針對(duì)該種結(jié)構(gòu)形式橋梁進(jìn)行。3、滿堂支架形式對(duì)于小跨徑橋梁（主要針對(duì)上部結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重病害的，比如鉸縫混凝土脫落、梁體存在破損等情況的）考慮采用滿堂支架加固方式。由于小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)病害形式多樣、如果針對(duì)不同形式的病害進(jìn)行加固處理，加固形式過(guò)于繁瑣，故直接采用滿堂支架形式。另外由于部分匝道原設(shè)計(jì)為1車(chē)道，其承載能力明顯不能滿足特殊車(chē)列通過(guò)要求，對(duì)此類橋梁如進(jìn)行特殊處理，其施工工期過(guò)長(zhǎng)將成為重車(chē)通行的瓶頸。對(duì)于該種形式的橋梁可直接考慮采用滿堂支架形式進(jìn)行處理。五 結(jié)語(yǔ)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，很多大型工程中的大型重要部件在廠家生產(chǎn)后需經(jīng)陸路運(yùn)輸至目的地，在運(yùn)輸過(guò)程中如何保證橋梁結(jié)構(gòu)物的安全將是今后橋梁科學(xué)研究的一個(gè)重要方向。本文研究了超重車(chē)輛通行橋梁結(jié)構(gòu)物的幾種臨時(shí)加固方式，并對(duì)幾種典型結(jié)構(gòu)物在超重車(chē)輛荷載作用下的安全性能進(jìn)行了驗(yàn)算。本文為大件運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)、快速加固方法的研究，提供了有益的技術(shù)資料。為今后進(jìn)一