超重荷载下桥梁结构安全性能评估及临时加固设计方法研究

李 博

(河北省青银高速公路南宫养护工区)

1 概述

某国家重点工程所需重型机械设备，需采用大件运输车辆(车货共重300 t)从陆路运输，途经某高速公路。该高速公路运营时间较长，桥梁设计荷载等级偏低(汽车-超20级，挂车-120)。通过对沿线桥梁类型进行归纳，对典型桥梁在超限车辆荷载作用下的承载能力进行评估，并对承载能力不能满足要求的桥梁进行临时加固方法研究。

2 超限车辆荷载计算模型

根据高速公路超载治理站的现场调查，并经充分考虑轴载分配的不均衡性，确定本次通过的特载车辆荷载计算模型为301 t，其轴载纵向分布如下图1。

车辆各轴横向为四组双轮组，各轮组间荷载均布，轮组间距为1 050±250 mm。荷载效应的比较均以上述轴载分布为准进行。车辆轴载纵、横向布置方式如下图2。

3 原桥结构验算

经统计后确定，本次验算主要针对以下结构形式进行。16 m跨径简支空心板、20 m跨径简支空心板、30 m跨径简支空心板、40 m跨径简支T梁、50 m跨径简支T梁。具体计算结果见表1。

图1 特种车辆轴重示意图

图2 车辆轴载横向布置方式

表1 各种结构形式桥梁在特种荷载与原桥恒载组合作用下验算结果汇总表

根据以上各种结构形式桥梁在特殊荷载作用下的的验算情况汇总，16 m、20 m简支空心板在特种荷载作用下承载能力极限状态、正常使用极限状态验算均能通过。30 m简支空心板、40 m简支T梁、50 m简支T梁承载能力极限状态验算能够通过，但正常使用极限状态验算未通过，需考虑采取加固措施。

4 临时性加固设计方案简介

由于超限车辆通行时间较短，仅需在车辆通行过程中进行加固，保证通车过程中的结构安全性能。

加固设计方案的主要设计原则是:确保桥梁结构的安全性能，尽量缩短施工工期、降低工程造价。

根据以上加固原则和计算验算结论，确定桥梁加固范围，是对于跨度大于20 m以上(30 m空心板、40 mT梁、50 mT梁)的桥梁进行临时加固。

本次临时加固设计方案主要考虑以下三种加固方案。

4.1 桥上桥加固方案

通过在现有桥梁结构上架设贝雷梁临时便桥保证特殊车辆的正常通过。

本次加固考虑对部分桥梁桥下净空较高的孔跨采用桥上桥加固方案，对于小跨径桥梁可采用简支梁方式直接跨越原桥;但当跨径较大时，如直接跨越所采用贝雷梁桥尺寸过高，不利于快捷施工，可采用连续梁方式跨越原桥。

4.2 桥下架设临时支撑

采用桥下增设临时支撑加固技术方案。该种方案是通过减小桥梁跨径，改变结构物的受力状态，从而保证特殊车辆的正常通过。

对于中等跨径、桥下净空不高(净空小于10 m)的桥梁可考虑采用桥下架设中间支撑的形式进行。对于中间支撑可采用空心钢管立柱方式。

对部分桥梁桥下净空较低的孔跨采用临时支撑加固方案。

临时支撑主要由梁底弹性橡胶板、横向联系钢梁(工字钢梁)、竖向支撑钢管、下垫枕木、砂石找平层等几部分组成。

该条高速公路中部分30 m简支空心板、40 m简支T梁桥下净空小于10 m的桥梁，可以采用桥下架设临时支撑方案。由于临时支撑顶部设置了橡胶板，且具有一定的纵向长度，因此计算模型中该支撑点为弹性支撑。在该种加固方案下，进行特殊车列作用下的结构验算，其结构能够满足设计要求。

其中30 m简支空心板经计算，需在跨中增设1道横向支撑。40 m简支T梁需在四分点、跨中位置各设置1道横向支撑。由于50 mT梁结构其桥下净空一般较高，无法采用临时支撑方法进行加固，加固验算不针对该种结构形式桥梁进行。

4.3 满堂支架形式

对于小跨径桥梁(主要针对上部结构存在严重病害的，比如铰缝混凝土脱落、梁体存在破损等情况的)考虑采用满堂支架加固方式。由于小跨径桥梁上部结构病害形式多样、如果针对不同形式的病害进行加固处理，加固形式过于繁琐，故直接采用满堂支架形式。

另外由于部分匝道原设计为单车道，其承载能力明显不能满足特殊车列通过要求，对此类桥梁如进行特殊处理，其施工工期过长将成为重车通行的瓶颈。对于该种形式的桥梁可直接考虑采用满堂支架形式进行处理。

5 结语

随着我国经济的迅速发展，很多大型工程中的大型重要部件在厂家生产后需经陆路运输至目的地，在运输过程中如何保证桥梁结构物的安全将是今后桥梁科学研究的一个重要方向。研究了超重车辆通行桥梁结构物的几种临时加固方式，并对几种典型结构物在超重车辆荷载作用下的安全性能进行了验算。为大件运输的临时、快速加固方法的研究，提供了有益的技术资料。为今后进一步研究奠定了基础，积累了经验。

［1］ 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)［S］.

［2］ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)［S］.

［3］ 装配式公路钢桥多用途手册.

［4］ 混凝土结构加固设计规范(GB 50367-2006)［S］.