橋上橋裝置撓度校核與試驗研究

孫寶海，沈蘭華，范開英，李 靖

（1.山東電力建設第三工程有限公司，山東 青島 266100；2.山東豐匯設備技術有限公司，山東 濟南 250200）

大型超重設施運輸給公路運輸帶來了極大挑戰[1]。在大件運輸的路線選擇時，老舊橋梁和鄉鎮路橋普遍存在承載能力不足的問題，成為大件運輸的瓶頸。

山東電建在印尼電廠項目建設施工，大件運輸從碼頭到現場的道路上很多橋梁年代久遠運力不足，部分只能承受民用車輛的通行，面臨著核心部件運輸困難。

橋上橋裝置是一種用于大件運輸過程中通過危險路段的有效裝置，特別適用于中小跨徑橋梁承載能力不足的運輸路段。

1 施工方案選取

當橋梁運輸受限時，需要根據橋梁原設計承載能力及現場使用狀態采取臨時性針對措施[2]，傳統的加固方案是對原有橋梁進行結構加固，包括增設橋墩支承、減小拱間跨度的方法；也可以采用加固橋面結構、敷設鋼梁共同承載的方式。傳統加固方式往往施工周期長，社會效益低，而且需要根據橋梁結構形式及參數采取針對性方案，對施工人員的經驗和能力都有很高要求。

橋上橋裝置作為一種臨時性加固方案，可采用在原橋上增設支點分擔載荷，利用型鋼或者現有裝備進行加固，從而有效提高原有橋梁的承載能力，因其施工周期短，經濟效益好，被廣泛應用于老舊危橋的運輸改造。

橋上橋加固有兩種使用狀態。在已知橋梁承載能力并且現場勘驗的情況下，可采用載荷分配方案進行加固。將承擔主要載荷分配的新橋架設在原橋跨端部位，同時在原橋面上增設多點柔性支座，在承擔重載運輸任務時，上層加固橋梁即橋上橋和下層原始橋梁共同承擔載荷，充分利用原橋的承載能力，并用連續梁跨接結構提升新橋的容許軸壓。為減少原橋的載荷分配比例，支座的設置宜采用枕木支承，且多預留一定的空隙，以免在上層橋梁撓度變化超過預期時，使原始橋梁分擔過多的載荷，造成原橋的破壞。

當原始橋梁的承載能力不確定時，橋上橋裝置需要承擔大部甚至全部的載荷。橋上橋裝置和原橋之間要預留足夠的空間來 釋放運輸承載過程中的變形，橋上橋裝置由橋梁分載模式轉為跨越橋梁模式，依靠橋上橋裝置承受所有運輸活動載荷。

本項目因為沿途多個橋梁需要加固，且承載能力普遍偏小，能夠分載的比例不等，最終對比選擇了跨越橋梁承載方案。為適應現場道路橋梁多變工況，該橋上橋裝置具有組合式特點，組合單元長度6m，可根據現場實際條件，選擇搭設的跨度。整體可實現變跨為32m、26m、20m、14m。該裝置共分2 組，每組寬度1.8m，現場安裝時保證兩組之間最小間隙0.08m，同時保證每組輪距在橋的中心位置。

2 橋上橋裝置設計

運輸最大件重量約290t，運輸車體重量約80t。為降低對橋上橋裝置的載荷要求，現場采用多軸線車，最大軸向壓力24t，跨度26m 時設計理論載荷要求425t，跨度32m 時載荷310t。

為滿足運輸車輛坡度要求，兩端設置引橋端，橋面最大設計坡度為7%，橋上橋裝置總長度64m，橋設計為兩側對稱結構，總寬度3.6m，從橋端到中間依次分為引入段、承載段、爬升段、標準段、中間段結構，結構示意如圖1 所示。

圖1 橋上橋裝置示意圖

為保障在運輸載重的狀態下，對原始橋梁橋面不產生破壞，要求橋上橋裝置在最大載荷組合下，與原橋面依然保持非接觸狀態，獨立承受運輸活動載荷。為此在滿足強度設計的基礎上，剛度驗算是本裝置校核的重點。

橋上橋裝置結構自重為恒載荷，可按均布載荷考慮。橋體為變截面結構，等效均布載荷按照標準段單位長度重量選取q，自重在跨度l范圍內引起的變形fc為

橋梁運輸最大件采用18 軸線車進行運輸，軸線間距1.5m，軸壓載荷24t，為分點集中載荷，載荷分布對跨中對稱。按照材料力學簡支梁考慮集中載荷作用[3]，依次計算單側9 點坐標bi處集中載荷撓度值，求和增倍，得出跨中動載荷P引起的變形f1

由此計算得出橋上橋裝置在載荷組合下的總變形f為

經計算，理論變形量為155mm。為滿足橋上橋使用，變形應小于橋上橋裝置跨中懸空預留值h，即f＜h，此預留值應包括橋梁制作時的拱度。

為保障設計的精確性，用有限元分析軟件計算，按照運輸滿載工況進行加載，得出跨中撓度值為125mm，橋上橋裝置按照標準節自重和截面計算的理論結果相對保守，設計方案是偏安全的。

3 試驗設計

因項目的特殊背景以及運輸構件的重要價值，客戶對設計方案要求進行驗證。為此我公司設計了一套試驗方案，通過砝碼模擬現場軸線車滿載通過的狀態。

試驗準備：橋上橋裝置結構制作、組合完整，銷軸安裝到位，擰緊緊固件，無焊縫、結構等外觀質量缺陷分別按照32m 和26m 跨度組合進行試驗。

試驗程序如下。

1）將橋上橋裝置按照32m 跨度要求進行組合，在模擬橋墩處進行加固支墊，測量空載狀態下跨度，橋面寬度等參數。

2）放置好激光水準儀，選取各銷軸的同位置點為檢驗監測點，測量記錄空載狀態下各銷軸的相對高度，換算拱度驗收是否符合要求。

3）按照砝碼加載順序要求，在橋上橋裝置上進行32m 跨度等效砝碼加載。先加載5 組砝碼，等效加載位置如圖2 示1、3、5、7、9 位置，測量56%載荷狀態下的拱度變化情況；在圖中2、4、6、8 處加載剩余砝碼，應對稱加載，結構穩定后測量記錄銷軸高程數據。

圖2 試驗載荷砝碼布置示意圖

4）將砝碼全部移除，測量橋上橋裝置空載狀態下的拱橋恢復情況，記錄拱度變化情況。

選取橋上橋裝置連接銷軸位置xi連接節點處為檢驗監測點，此點自重載荷下的自重變形值為

測量各連接銷軸基準點處橋上橋結構在砝碼載荷作用下的變形值，其理論計算撓度值為

根據砝碼實際重量，采用兩側對稱加載的方式，對過程載荷引起的變形也做了記錄，進行復核驗證。

4 數據驗證

自重變化值在橋上橋裝置安裝后就已產生，理論計算結果應與結構制作工藝值和程序2 測得的空載拱度值相比較，即理論自重變形等于結構制作工藝值減去空載拱度值。

實際上由于橋上橋裝置在安裝過程中由于受到地面摩擦力、安裝間隙、吊裝順序等因素影響，存在部分初始應力和初始變形，用程序4 測量的拱度恢復值代替程序2 測得的空載拱度值，測量結果更符合理論自重變形的計算結果。

同理，用程序4 測量的拱度恢復值修正初始拱度值，降低安裝內應力和初始間隙的影響，測得在模擬軸線車滿載狀態載荷作用下的結構變形值，將其與理論計算結果比較，如表1 匯總所示。合格判據如下。

1）在空載狀態下的結構起拱度應略大于理論設計的起拱值。

2）在載荷狀態下的變形實測值應與理論計算值相符。

3）試驗結束后，結構應能回復原有形狀，不產生永久變形。

通過試驗數據驗證，本項目橋上橋裝置實測結果符合設計范圍要求。

橋上橋裝置在制作過程中采用了反變形制作工藝，其拱度值150mm與最大載荷下的撓度值140mm基本相同。結構設計時，橋上橋裝置梁下翼緣板表面距橋梁橋面距離200mm，滿足項目使用需求。

5 結論

1）大件運輸作為運輸方案中的核心環節，對道路條件需要做好充分調研，在通過危舊橋梁時，選用多軸線車降低集中載荷，用橋上橋裝置提升橋梁承載能力，是一種綜合效益較高的施工方案。

表1 理論計算與試驗實測數據匯總表（單位:mm)

2）橋上橋裝置采用鋼梁設計，除強度應滿足受力要求外，撓度變化和載荷分配是設計校核的主控因素，優先考慮用橋上橋裝置分擔載荷，并用柔性支座保護原始橋梁。

3）橋上橋裝置性能驗收受車輛調度與砝碼的限制，可以通過設計計算等效載荷的方式進行加載予以驗證。試驗設計要充分考慮工廠條件與理論模型的差異，消除制作安裝等環境因素的影響。

本文歸納了基礎建設項目中大件運輸通過危舊橋梁時的加固方法，根據項目實際環境條件選取了跨越橋梁的施工方案，通過橋上橋裝置的撓度校核，并設計出一套試驗程序，在投入使用前驗證了橋上橋裝置的可靠性和精確性，為項目應用奠定了理論實踐基礎。