921t大件運(yùn)輸車輛通行公路橋梁加固措施及安全監(jiān)測分析

郭東升 （遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110166）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，我國開始建設(shè)許多大型項目，與這些大型項目配套的大型變壓器、鍋爐、合成塔等不可拆解設(shè)備往往需要通過車輛運(yùn)輸至目的地[1]。而且近年來大件運(yùn)輸車輛噸位越來越大，重量超過300t 的大件運(yùn)輸逐年增長，這也對公路橋梁的承載能力提出了更高要求[2]。

當(dāng)公路橋梁的承載能力不能滿足要求時，為了保證車輛的通行安全與橋梁的使用性能，需要采用合理的加固措施[3]。本文以921t 大件運(yùn)輸車輛通行為背景，通過承載能力驗算評估海韻大橋承載能力，提出臨時加固措施，并在通行過程中監(jiān)測橋梁的安全性。

圖1 海韻大橋平面照

圖2 大件運(yùn)輸車輛

2 項目概況

濱海公路K3+784.5 公鐵及公公分離式立交橋（海韻路海韻大橋）中心樁號K3+784.5，設(shè)計角度65°，上部結(jié)構(gòu)采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T 梁和先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，橋梁全長806m。本橋第16孔跨越沈山鐵路，沈山鐵路現(xiàn)為上、下行，四條鐵軌，鐵路路基寬約29m，橋下凈高8.5m。大件運(yùn)輸車輛的車貨總重為921t，其中掛車重210t、貨物重711t，單軸重量15.35t，縱向軸距1.5m。大件運(yùn)輸公司提供大件車輛的軸距、輪距及軸載，如圖3所示。

圖3 大件車輛示意圖（單位：mm）

3 承載力驗算

本次對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算，計算時考慮大件運(yùn)輸兩車中心線與橋面中心線重合（不計汽車沖擊力），僅以原設(shè)計圖紙為依據(jù)，并考慮實際混凝土齡期的收縮徐變影響，而由施工質(zhì)量、橋梁實際運(yùn)營情況、汽車超限累積等可能因素造成的差異未計入此次論證范圍內(nèi)[4]。

本橋上部結(jié)構(gòu)采用三種結(jié)構(gòu)形式，以最大跨徑3×40m 連續(xù)箱梁為例進(jìn)行大件荷載工況下承載能力極限狀態(tài)驗算。采用Midas Civil軟件建立有限元模型，如圖4，大件特載驗算時不計汽車沖擊，基本組合中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0，汽車荷載效應(yīng)系數(shù)γQ1=1.0。

圖4 上部結(jié)構(gòu)有限元模型圖

通過有限元驗算橋梁結(jié)構(gòu)在大件運(yùn)輸車輛荷載下的正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、支座反力、結(jié)構(gòu)剛度，驗算結(jié)果見表1。由驗算結(jié)果可知，3×40m 連續(xù)箱梁邊跨跨中、中跨跨中正截面抗彎承載能力不能滿足規(guī)范要求，同時邊支座、中支座反力超限。

表1 大件運(yùn)輸車輛荷載下橋梁承載能力驗算結(jié)果

4 橋梁加固

基于結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，綜合考慮橋位地形、施工難易程度等因素，考慮在第16 孔跨鐵路處距兩側(cè)橋墩7m 和4.5m處設(shè)置臨時支撐點，臨時支撐點能夠承擔(dān)一部分車輛荷載，使支座反力、主梁剪力、結(jié)構(gòu)彎矩減小，達(dá)到加固橋梁的效果[5-7]。根據(jù)計算得臨時支點支反力為1200kN，選擇設(shè)置兩排A609×16mm 鋼管樁作為臨時支點進(jìn)行支護(hù)，第16 孔橋梁加固方案鋼管樁布置形式如圖5 所示。

圖5 上部結(jié)構(gòu)有限元模型圖

對單根鋼管樁軸心受壓承載力進(jìn)行計算，鋼管樁鋼材的強(qiáng)度f=215MPa。

A609×16mm 鋼管樁的截面幾何特性中，面積（A）和回轉(zhuǎn)半徑（r）的表達(dá)式為：鋼管樁按軸心受壓進(jìn)行強(qiáng)度計算：

鋼管樁按軸心受壓進(jìn)行穩(wěn)定計算時，鋼管長度按12m 計算，按一端固定、一端自由考慮，桿件的長度系數(shù)取λ=2。長細(xì)比：150，由λ=114.4查表得φ=0.534。

由以上計算可知，臨時加固鋼管樁強(qiáng)度和穩(wěn)定性均滿足要求，加固后橋梁結(jié)構(gòu)在大件運(yùn)輸車輛荷載下的正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、支座反力、結(jié)構(gòu)剛度的驗算結(jié)果見表2。由表2可知，加固后3×40m 連續(xù)箱梁邊跨跨中、中跨跨中正截面抗彎承載能力均能夠滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)場加固施工如圖6所示，現(xiàn)場加固效果良好。

表2 加固后大件運(yùn)輸車輛荷載下橋梁承載能力驗算結(jié)果

圖6 橋梁臨時加固施工效果

5 通行過程監(jiān)測

通過本次橋梁大件車通行監(jiān)測，依據(jù)《K3+784.5公鐵立交橋第15-17孔沈山線K301+316.13 3-40m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋》施工圖圖紙及《中國石油錦西石化加氫反應(yīng)器運(yùn)輸海濱南路與海晏北路交口至錦西石化運(yùn)輸方案》，及時了解和掌握大件車通過時橋梁上部結(jié)構(gòu)豎向變位技狀況，為大件車通行后的橋梁養(yǎng)護(hù)工作提供技術(shù)資料和科學(xué)的依據(jù)[8-9]。

使用SMTN-X 光電撓度儀監(jiān)測大件車輛通行橋梁過程中第16 孔進(jìn)行跨中豎向位移實時監(jiān)測，該孔跨越鐵路。本次監(jiān)測測點布置于16-4 號梁底跨中位置及16-4 號梁底豎向臨時支撐點位置，16-4 號梁底跨中位置及臨時支撐點位置豎向位移實時監(jiān)測結(jié)果見圖7，大件運(yùn)輸車輛通行過程中監(jiān)測現(xiàn)場見圖8。

圖7 16-4號梁底跨中位置及臨時支撐點位置豎向位移實時監(jiān)測曲線注：圖中位移正值均表示下?lián)稀?/p>

圖8 大件運(yùn)輸車輛通行過程中監(jiān)測

由圖8 可知，大件車在通過橋梁過程中，跨中撓度實測值均小于理論值，且處于彈性變化階段，表明該梁的實際狀況良好，本次大件車通行過程中橋梁處于安全狀態(tài)。大件運(yùn)輸車輛通行后對橋梁進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)大件運(yùn)輸車輛通行引起的結(jié)構(gòu)病害，大件運(yùn)輸車輛通行后海韻大橋依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011），橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定等級為2類[10-11]。

6 結(jié)語

本文通過對921t 大件運(yùn)輸車輛通行海韻大橋時橋梁承載能力驗算，發(fā)現(xiàn)3×40m 連續(xù)箱梁邊跨跨中、中跨跨中正截面抗彎承載能力不能滿足規(guī)范要求，同時邊支座、中支座反力超限。提出通過增設(shè)鋼管樁臨時支撐對橋梁進(jìn)行加固，并進(jìn)行大件運(yùn)輸車輛通行過程中橋梁監(jiān)測。表明對在大件運(yùn)輸車輛荷載作用下橋梁跨中抗彎承載能力不足或墩頂支座反力超限的情況，采用在跨徑兩側(cè)梁端設(shè)置鋼管樁臨時加固，減小支座反力的同時縮短橋梁跨徑，具有操作方便、材料可重復(fù)利用、加固效果明顯等特點。