311噸大件通過雙曲拱橋方案的設計與實踐

文/王軍禮 重慶市綦江區公路局 重慶 401420

311噸大件通過雙曲拱橋方案的設計與實踐

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230噸，車貨總重311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，采用變雙曲拱橋為箱形拱的方式進行加固改造后滿足承載要求，并順利通過，為舊橋尤其是雙曲拱橋加固改造以及大件運輸積累了寶貴經驗。

大件運輸；雙曲拱橋；加固

雙曲拱橋是20世紀60年代我國江蘇無錫的建橋工人在實踐中摸索創造出來的一種輕型拱式橋梁，該橋型極具中華民族氣息和特點。雙曲拱橋因其結構新穎、外形美觀、材料省、造價低、自重小、施工易等優點而在全國范圍內大量建設，尤其是在山地區域得到迅速推廣，為各地的交通發展做出很大貢獻。但是由于當時設計荷載較低，上部結構中的拱肋、拱波、拱板等結合面小、整體性較差、受力復雜，承載能力儲備不足，無法滿足日益增長的交通量需求，更不能直接承受超大件荷載的通行。本文結合311噸大件過橋就雙曲拱橋加固改造的方案進行探討研究。

1、項目概況

本文研究案例橋梁名稱：羊叉橋，位于重慶市綦江區安穩鎮，橋梁全長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。安穩電廠擴建有發電機組需從該橋通過車輛貨物總重311噸(牽引車32噸、平板車49噸、貨物230噸)，遠大于橋梁設計荷載，且該橋運營多年，故針對此次大件運輸對該橋進行加固改造。

2、橋梁加固設計方案

考慮到羊叉橋的建成年代、現狀以及日后的使用情況，此次加固采用永久性加固方案，具體設計思路如下：

1.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，增大截面尺寸和截面剛度。

2.在原拱肋下方植筋并與新增鋼筋混凝土板進行連接；

3.在原拱橋邊肋外側新增鋼筋混凝土拱圈，通過植筋與原拱肋側面連接，并與新增混凝土板牢固連接；

4.拱上腹孔橫橋向1m范圍內增設20cm鋼筋混凝土拱圈。

3、主要材料

1.混凝土：

（1）水泥：采用高品質的強度等級為42.5 的硅酸鹽水泥。

（2）粗骨料：采用連續級配，碎石宜采用錘擊式破碎生產。

（3）加固用混凝土均采用C40商品混凝土。

2.普通鋼筋均采用HRB400級，符合現行GB13013和GB1499的規定。

4、橋梁加固施工工序

場地清理并搭設支架→設立禁行標志和告示牌→橋臺前墻、橋墩、主拱植筋、安放鋼筋、立模→縱向對稱澆筑橋臺前墻、橋墩混凝土→封閉交通，分段澆筑主拱混凝土→澆筑腹拱混凝土→待混凝土強度達到80%后→開放交通→清理場地。

5、加固設計驗算

1.驗算荷載：以重慶安穩電廠提供的通行車輛參數如表5.1、表5.2及通行荷載311噸(牽引車32噸、平板車49噸、貨物230噸)作為驗算荷載。

表5.1　牽引車參數

表5.2　十四軸線（兩縱列）液壓全掛平板車車組技術參數

2.計算方法和內容

采用橋梁專用有限元分析軟件MIDAS2012進行結構計算。依據橋梁結構尺寸，建立有限元分析模型，采用梁單元進行模擬，最大單元長度為1m。主拱肋按設計材料參數計入，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。為考慮連拱效應，兩跨拱同時分析。橋墩、橋臺與主拱采用剛臂單元，主拱與拱上填料單元也采用剛臂連接。橋墩墩底和橋臺基礎均模擬為固結。考慮的荷載有結構自重和前述的十四軸線（兩縱列）液壓全掛平板車車組及電廠運送的機電設備重量。模型中的牽引車按100+110+110kN計入，板車自重及機電設備重量平均分配到各軸重為199kN，計算時軸重按200kN計入，軸距為1.6m。車輛荷載考慮1.2的放大系數。計算分析的主要內容：加固前結構分析、加固后結構分析。

3.主要計算參數

（1）砼容重：γ=25kN/m3，原主拱肋和橋墩混凝土按C30計算，新增混凝土按C40混凝土計算；

（2）砼線膨脹系數：α=1.0×105；

（3）砼彈性模量：Ec=3.0×104MPa；

（4）汽車荷載沖擊系數按《公路橋涵通用設計規范》（JTG D60-2015）采用基頻方法計算沖擊系數；

（5）恒載計算根據實測尺寸進行計算。

6、計算結果

經增大截面加固后，在特殊荷載作用下，墩頂的水平位移，拱頂的位移降幅達到47%-55%如表6.1，拱頂和拱腳截面的拉應力降低40%-100%如表6.2。

表6.1　特殊荷載作用下加固前后變形對照表

表6.2　特殊荷載作用下加固前后應力對照表

加固后，在自重與特殊荷載共同作用下，主拱拱頂截面上緣全跨范圍內均處于受壓狀態，最大壓應力在拱腳附近，為-1.9MPa，遠遠小于規范限值。在拱頂下緣產生0.3MPa的拉應力，在拱腳下緣產生-3.4MPa的壓應力，拉應力和壓應力均小于規范限值。因此，加固后在自重和特殊荷載組合作用下，應力滿足規范要求的。

7、結論

1.經計算分析，羊叉橋加固改造方案對在特殊荷載作用下的受力性能改善明顯，使變形和應力大幅降低；

2.加固后的羊叉橋，在自重和特殊荷載共同作用，截面的應力均滿足設計規范限值，可確保特殊荷載順利通過橋梁。

結語：

大件車輛已于2016年3月安全通過被加固橋梁,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,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,本次成功案例為讀者提供了在舊橋尤其是雙曲拱橋加固改造方面應考慮的各種因素,也為日后的大件運輸積累了寶貴經驗。

[1]中華人民共和國交通部.JTG/TJ22-2008,公路橋梁加固設計規范[S].人民交通出版社,2008.

[2]盛洪飛.橋梁墩臺與基礎工程[M].哈爾濱工業大學出版社,2005.

[3]姚玲森.橋梁工程[M].人民交通出版社,2008.

[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.