安穩電廠大件運輸舊橋臨時加固方案研究

文/ 王軍禮 重慶市綦江區公路局 重慶 401420

安穩電廠大件運輸舊橋臨時加固方案研究

文/ 王軍禮 重慶市綦江區公路局 重慶 401420

重慶安穩電廠擴建，需運輸自重350噸，車貨總重434.5噸的發電機定子通過雙曲拱橋，原橋能力不能滿足大件通過的需要，采用在原橋主拱圈下設置工字鋼聯合支架作為附加拱圈的方式進行臨時加固后滿足承載要求，并順利通過，為舊橋臨時加固以及大件運輸積累了經驗。

大件運輸；附加拱圈；臨時加固

1、工程概況

因重慶市綦江區安穩鎮電廠建設需要，需通過一座舊拱橋--羊叉橋將大件變電器運送至電廠，本次運輸車貨總重434.5噸（其中貨重350噸、平板車重52.5噸，牽引車重32噸）。羊叉橋全長52.0m，橋梁全寬6.0m：[護欄（0.4m）+橋面鋪裝（5.2m）+護欄（0.4m）]，下部結構為重力式橋臺及剛性墩；橋面鋪裝為水泥混凝土路面，欄桿為鋼筋混凝土防撞護欄，上部結構為跨徑2×20m的鋼筋混凝土雙曲拱橋。該橋于2016年初已進行過加固整治，整治方案是采用增大截面法，在原拱肋下方設置25cm厚鋼筋混凝土板將6片拱肋連成整體，以增大截面尺寸和截面剛度，加固后，滿足了車貨總重311噸大件貨物的通行要求。

2、附加拱圈設計

2.1 附加拱圈方案

此次為滿足臨時通行434.5噸大件貨物的需要，充分利用原橋承載力，綜合考慮各種因素，本次臨時輔助支撐設計采用附加拱圈形式，在原橋主拱圈下設置工字鋼聯合支架拱圈，附加拱圈的上表面與原橋拱圈下表面充分接觸，通過千斤頂對附加拱圈的拱腳施加軸向頂推力，強迫附加拱圈對原橋主拱圈施加均布壓力，這部分壓力可以抵消原橋部分恒載，達到提高橋梁承載能力的目的。此外，在主動施加一定的頂推力后，將附加拱圈與原拱圈進行固定連接，使附加拱圈與原拱圈形成整體，聯合受力，從而提高原拱圈的承載能力。初步計算表明，附加拱圈提供100噸的反向壓力，即可滿足本次大件車輛過橋需要。

2.2 附加拱圈布置形式

附加拱圈主要由12榀鋼拱架組成，每榀鋼拱架型號為20a的熱軋型工字鋼利用連接鋼板焊接而成（縱向長度根據現場實測值確定，分段拼裝而成）每兩榀鋼拱架通過橫向鋼板焊接形成一榀，全橋共形成六榀鋼拱架；各榀鋼拱架在拱腳處放置在牛腿上，通過千斤頂將拱架與主拱圈緊密貼合在一起，附加拱圈,截面如圖1、圖2，每榀鋼拱架的重量為0.43噸。

圖1 附加拱圈橫斷面布置圖

圖2 附加拱圈縱斷面布置圖

在安裝每榀工字鋼之前先在每榀工字鋼下方對應位置植入鋼板，等每榀工字鋼臨時用螺桿固定后，通過千斤頂的調整位置并施加軸向壓力，待每榀工字鋼頂壓就位后將工字鋼與鋼板進行焊接，從而保證附加拱圈與原拱圈共同受力并提供附加拱圈的橫向約束。

3、附加拱圈驗算

(1)混凝土

a、C 40 混凝土(適用于加固混凝土拱圈和橋墩、臺前墻及腹拱圈加固)：彈性模量：3.45×104 MPa；剪切模量：1.3×104 MPa；軸心抗壓強度設計值：fcd=18.4MPa；軸心抗拉強度設計值：ftd=1.65 MPa；泊桑比：0.2；線膨脹系數：1.0×10-5/°C；容重：γ=26.0 kN/m3。

b、C 20 混凝土(適用于原拱肋和微彎板)：彈性模量：2.55×104MPa；剪切模量：1.02×104 MPa；軸心抗壓強度設計值：fcd=9.2MPa；軸心抗拉強度設計值：ftd=1.06 MPa；泊桑比：0.2；線膨脹系數：1.0 ×10-5/°C；容重：γ=26.0 kN/m3。

c、砌體(適用于橋墩、橋臺)：砌體彈性模量：7.3×103 MPa；砌體線膨脹系數：0.8×10-5 /°C； d、橋面鋪裝：鋼筋混凝土容重：γ=25.0 kN/ m3；瀝青混凝土容重：γ=22.0 kN/ m3。

(2)普通鋼筋

a、R 235鋼筋：彈性模量Es=2.1×105 MPa；抗拉設計強度fsd=195 MPa；標準強度fsk=235 MPa。

b、HRB335鋼筋：彈性模量Es=2.0×105 MPa；抗拉設計強度fsd=280 MPa；標準強度fsk=335 MPa。

(3)工字鋼

工字鋼采用型號為 20a 的熱軋工字鋼,其參數如下,截面面積35.5cm2,對 x 軸的截面慣性矩為 IX=2370cm4,彎曲截面系數W x=237cm3,IX：SX=17.2cm,每米理論重量為27.9kg。

3.2 牛腿的驗算

圖3 牛腿立面圖

如圖3 所示，支承工字鋼的牛腿采用不同尺寸的鋼板焊接在一塊100cm×42cm厚度為2cm的底座鋼板上。每個牛腿采用8根Ф16普通螺桿植筋固定。作用在每個牛腿上的力為F為200kN，鋼板及螺栓的材料均為Q 235鋼，許用應力 =170MPa， =130MPa。當F垂直作用在牛腿上時，通過分析每個螺桿的受力，當各個螺桿直徑相同，當外力F作用在牛腿上時，每個螺桿受力相同。

通過受力分析，外力F與牛腿作用時豎直方向的剪力

按剪切強度條件得

由上可知，牛腿滿足受力條件。

3.3 拱底鋼板混凝土壓應力計算

通過在附加拱圈每個拱腳軸線處施加10噸的力，相當于每榀工字鋼承受100KN的軸向力，通過M IDAS軟件模擬附加拱圈受力狀態，計算得出在拱頂焊接鋼板處梁底混凝土所受壓力為23.1KN，考慮車輛通過橋梁時的特殊性，取安全系數為1.4。由第一次加固設計資料知拱底材料為C 40混凝土，其標準抗壓強度為20.1MPa，附加拱圈與拱底接觸的鋼板尺寸為（28×65）cm，則拱底混凝土承受壓應力為0.2MPa，可知拱底混凝土承受壓應力遠小于混

凝土抗壓強度，故拱底混凝土抗壓滿足要求。

4、橋梁結構分析

本次檢算采用M idas Civil 2015軟件，結合實測幾何尺寸，建立加固前及加固后結構計算模型。拱上填料的彈性模量比主拱材料的彈性模量小一個數量級，以弱化其剛度貢獻，橋面鋪裝和欄桿、護欄用均布線荷載模擬，車道荷載作用于橋面梁單元，通過拱上建筑傳遞至主拱圈。橋墩墩底和橋臺基礎均模擬為固結。橋梁結構檢算模型如圖4，荷載組合作用下結構內力計算結果如表1、表2。

圖4 橋梁檢算模型

表1 1.2×恒載+1.2×特載+1.2×附加拱圈效應

表2 1.2×恒載+1.4×公路—Ⅱ級+1.2×附加拱圈效應

結論：

通過對比羊叉橋在大件運輸（1.2恒荷載+1.2特載+1.2×附加拱圈效應）工況和公路-Ⅱ級荷載（1.2恒荷載+1.4公路-Ⅱ級荷載+1.2×附加拱圈效應下的內力情況，可以看到在附加拱圈加固后，大件運輸荷載下的最大內力與公路-Ⅱ級荷載比較接近，產生的荷載效應與公路-Ⅱ級荷載相當，略小于公路-Ⅱ級，滿足設計規范限值，可確保特殊荷載順利通過橋梁。

結語：

大件車輛已于2016年7月安全通過臨時加固橋梁,根據運輸現場監測單位反饋的信息,被加固橋梁在大件車輛通過時受力狀態良好,臨時加固效果顯著。大件運輸舊橋臨時加固情況在綦江區發生較少,有許多的技術不很完善,本次成功案例為大件運輸舊橋臨時加固改造積累了經驗。

[1]中華人民共和國交通部.JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設計規范[S].人民交通出版社,2008.

[2]中華人民共和國交通部.JTG D60-2015，公路橋涵通用設計規范.人民交通出版社,2015.

[3]中華人民共和國交通部.JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規程.人民交通出版社,2011.

[4]葉見曙.結構設計原理[M].人民交通出版社,2005.

[5]單成林.舊橋加固設計原理及計算示例[M].人民交通出版社,2007.