中小跨徑PC簡支T梁橋通行超重車輛的承載能力評定

魏有恩（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路試驗檢測中心站，福州350004）

中小跨徑PC簡支T梁橋通行超重車輛的承載能力評定

魏有恩1，2
（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路試驗檢測中心站，福州350004）

超重車輛因工程建設設備運輸需要，不得不通過早期建造的中小跨徑橋梁，對橋梁安全運營造成極大的影響。本文結合對某高速鐵路關鍵設備運輸線路上中小跨徑P C簡支T梁橋的承載能力檢測評定，判斷運輸方案的安全合理性，為類似工程提供技術參考。

中小跨徑P C簡支T梁橋超重車輛承載能力評定

1 引言

PC簡支T梁橋結構簡單、安裝方便等優點，上世紀八九十年代在福建省得到廣泛采用[1]。隨著“十三·五”國家對高速鐵路建設的投入加大，高速鐵路建設項目在各地遍地開花。鐵路建設中需要的超重型設備運輸已經在公路運輸中日趨頻繁。由于設計荷載等級的限制，特別是早期修建的該種橋梁，原設計荷載等級均不能滿足超重車輛通行的需要。加之中小跨徑橋梁恒活載比例較小，汽車荷載對橋梁影響較大，實際中出現的超重車輛壓垮橋梁的事故，也多為中小跨徑橋梁[2]。因此，在超重車輛運輸前對運輸路線上的中小跨徑PC簡支T梁橋進行承載能力評定顯得格外重要[3]。本文結合福建省某高速鐵路施工現場關鍵設備運輸，對某座中小跨徑PC簡支T梁橋承載能力評定的案例，介紹中小跨徑PC簡支T梁橋通行超重車輛的承載能力評定方法。

2 橋梁承載能力評定常用方法

2.1 等代荷載法

等代荷載法就是在同一跨徑用同一種影響線分別計算出大件運輸車輛和標準車的等代荷載，將兩者進行比較，以判別大件運輸車輛能否安全通過橋梁或橋梁是否需要進行加固。該方法只是粗略地判斷了超重車輛能否安全過橋，很少采用。

2.2 實際荷載驗算法

實際荷載驗算法是利用大件運輸車輛產生的最大內力效應與標準荷載在最不利內力組合作用下產生的內力效應進行比較判別[2]。該方法沒有考慮舊橋的實際承載能力，沒有考慮混凝土、鋼筋材質的退化狀態，會導致產生錯誤的判斷，致使超重車輛對橋梁產生大的損傷或垮塌。

2.3 荷載試驗法

荷載試驗法是對橋梁進行荷載試驗后，建立橋梁結構的實際工作模型，通過理論與實測對比結果確定橋梁的實際承載能力。

無論多么高新的結構分析技術都不能取代用于評估公路大橋性能的現場測試。當橋梁結構承受工作荷載時，記錄下應變測試結果，根據測試結果工程師就能更好地了解橋梁的真實結構響應。本文選用荷載試驗方法進行超重車輛通行承載能力的評定。

3 工程概況

某橋于1994年1月建成投入營運，道路等級：二級公路，設計荷載為汽-20級，上跨漳龍鐵路線。橋梁全長67.95m，橋面凈寬0.5m混凝土護欄+9.5m車行道+0.5m混凝土護欄=10.50m，跨中橫斷面如圖1所示。上部結構為3孔20m裝配式鋼筋混凝土T形梁，為三跨一聯T型梁結構，結構簡支、橋面連續。T梁高1.50m，肋寬0.18～0.35m，翼板厚0.15～0.20m，翼緣寬1.60m（邊梁1.89m）。橋墩為雙柱式墩身，橋臺采用樁柱式橋臺，漿砌片石護坡，樁基礎。上部結構建造材料采用30#混凝土，受力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋，構造鋼筋采用Ⅰ級鋼筋。

圖1 某橋跨中橫斷面示意

現因高速鐵路施工，需要運輸100t的重型設備，加之運輸車輛總重125t從此橋梁通行。現場勘查發現該中橋路邊設置了禁止載重30t、軸重13t的標志。為保證物資運輸安全以及橋下通行鐵路線的安全，需對該橋實際承載能力進行評定，分析運輸車輛是否可以安全通行。

圖2 橋梁有限元模型圖

圖3 運輸車輛縱向布置圖（單位：m）

4 橋梁承載能力評定

4.1 評定思路

基于汽-20級設計荷載，通過現場荷載試驗對橋梁實際工作狀態進行探明。建立有限元模型，采用自定義的車輛荷載的形式，在模型上添加移動荷載工況，模擬超重車輛過橋狀態，并結合現場荷載試驗、橋梁技術狀況評定以及橋梁材質狀況評定的結果，綜合評定該橋是否能通行超重車輛。

4.2 有限元模型建立

采用大型有限元通用軟件Midas Civil，運用梁格法[4]建立該橋空間有限元模型，梁體結構采用135個節點、220個梁單元、96個板單元模擬，如圖2所示，超重車輛輪距參數如圖3所示。

4.3 現場荷載試驗結果

要實現地震應急業務信息的整合，關鍵點便是明晰地震應急工作各個業務系統之間的數據流向，數據流向體現在數據接口的概念定義上。地震應急業務信息涉及的數據接口包括PC平臺地震應急信息上傳服務器接口，服務端推送地震應急信息至移動平臺、PC平臺接口及PC端審核管理地震應急信息接口。該系統中對數據傳輸的實時性與安全性要求較高，采用Socket加密的數據傳輸接口。

現場以設計活載產生的該項目最不利效應值等效換算，以汽-20級設計荷載產生的該試驗項目的最不利效應值等效換算，確定所需的試驗荷載、加載車輛和輪位。該橋的靜載試驗荷載效率ηq滿足《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）基本荷載試驗規定的要求[6]。

4.3.1 橋梁靜載試驗結果分析

（1）撓度：全橋各測試截面撓度校驗系數為0.90~ 0.94，相對殘余撓度最大值為8.0%。測試截面撓度校驗系數均小于規范[5]規定的1.00，相對殘余撓度最大值小于規范[5]規定的20%。

（2）應變：全橋各測試截面應變校驗系數為0.79~ 0.88，相對殘余應變最大值為11.9%。測試截面應變校驗系數均小于規范[5]規定的1.00，相對殘余應變最大值小于規范[5]規定的20%。

（3）裂縫：在T梁梁底貫穿的橫向跨縫粘貼裂縫傳感器，觀測在荷載試驗工況作用下的裂縫開展情況。在短期加載車輛荷載作用下，監測裂縫縫寬最大增加0.08mm（原始縫寬0.14mm），開展后裂縫寬度為0.22mm。

4.3.2 橋梁動載試驗結果分析

（1）自振特性試驗：該橋第2跨實測豎向1階自振頻率為6.16Hz，大于理論計算值5.47Hz，阻尼比為1.69%，實測振型與理論計算振型基本一致。

（2）無障礙行車試驗：在不同行車速度情況下，換算成標準車列后，實測得第2跨跨中截面的跑車沖擊系數為1.06、1.08、1.07，均小于理論沖擊系數1.31。

4.4 評定橋梁承載能力

4.4.1 橋梁通行承載能力的評定標準

超重車輛能否安全地通過橋梁，一般根據配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態[5]，按公式（1）進行計算評定。

式中：γ0為結構重要性系數；S為荷載效應函數；R為抗力效應函數；fd為材料強度設計值；abc為構件混凝土幾何參數值；構件鋼筋幾何參數值；Z2為通過荷載試驗方式確定的承載能力檢算系數；ξe為承載能力惡化系數；ξc為配筋混凝土結構的截面折減系數；ξs為鋼筋的截面折減系數。

4.4.2 橋梁承載能力評定結果

基于該橋的目標荷載（即通行超重車輛荷載），對該橋承載能力極限狀態受彎荷載效應基本組合下T梁跨中截面抗彎承載能力進行了檢算，結果見表1。該橋抗彎承載力彎矩包絡圖如圖4所示。

圖4 最不利荷載組合下主梁抗彎承載力彎矩包絡圖

表1 T梁跨中截面抗彎承載能力驗算

注：修正后的荷載效應按公式r0S計算，修正后的抗力效應按公式RZ2（1-ξe）計算，富余度按公式[RZ2）/r0S-1]×100計算[5]，式中各參數同公式1。

由表1可知，該橋T梁在承載能力極限狀態下，結構能夠滿足正截面抗彎承載力的要求，表明該橋承載能力目前滿足的目標荷載通行要求，該超重運輸車輛能夠安全通行。

5 結論

（1）該橋承載能力能夠滿足該關鍵設備安全通行要求；

（2）運梁車需嚴格遵守交通管制條例，車輛過橋時應居中行駛，按低于10km/h的速度勻速行駛通過，禁止在橋梁范圍內加速和剎車，同時橋下鐵路線不能有火車通行；

（3）通行過程中需對關鍵部位以及裂縫開展情況進行實時監測；

（4）通過荷載試驗法能夠直觀獲得橋梁基于實際情況的承載能力，考慮因混凝土、鋼筋材質的退化狀態，避免產生錯誤的判斷，保障超重車輛安全的運輸。

[1]游德泉.普通鋼筋混凝土簡支梁橋T形轉箱形截面加固方法研究[J].公路交通技術，2016（4）∶105-109.

[2]張龍龍.常規橋梁大件運輸控制荷載研究[D].重慶：重慶交通大學橋梁與隧道工程系，2014.

[3]胡勝來，鄭國華，刁榮亭.超重車輛運輸中橋梁承載能力的評估[J].工程建設與檔案.2015（19）：505，509.

[4]E.C.漢勃力.橋梁上部結構性能[M].郭文輝，譯.北京：人民交通出版社，1982.

[5]交通運輸部公路科學研究院.JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]交通運輸部公路科學研究院.JTG/T J21-01-2015，公路橋梁荷載試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2015.