浅谈装配式公路钢桥加固方法

黄 明

江西省吉安市公路局路桥工程局（343000）

装配式公路钢桥是一种可分解的、能快速架设的桥梁。由于其具有简单轻巧、经济实用、适用性强、组合结构系统好、互换性强和容易组装等各种优点,深受广大用户的欢迎，并在国际上享有很高的声誉。HD200型装配式公路钢桥是在原有的“321”钢桥上发展起来的，这种钢桥从外观上看与“321”钢桥没有多大区别，只是将桁架的高度由1.4 m提高到2.0m。它采取加强弦杆间的接头与桁架间的接头错开布置，减小因销孔间隙引起的非弹性变形，并采用预拱的方法，大大减少桥梁跨中竖向挠度，提高了桥梁的抗弯能力和刚度，减小了桥梁的竖向变形，节约了将近30%的钢材。

1 工程实例

刚果（金）科罗韦兹大桥为两跨连续HD200型单车道装备式公路钢桥，桥梁主梁由贝雷桁架拼装而成。桥型为两跨连续梁桥，单跨54.9m。全桥总长109.8m，桥面宽3.6m。由36个单元组成，每个单元由3个贝雷片组成，3个贝雷片横向连接为一个单元。贝雷片长3.05m。贝雷片由三种类型的槽钢焊接而成，每个贝雷片重约380 kg，一个单元(包括横向连接)重约1 180 kg，全桥左右各36个共72个单元，加上行车道板和加强筋质量,全桥总重约141 t。其中钢材均为16 Mn钢，密度7 800 kg/m3。基本单元结构CAD模型如图1所示。

桥梁结构主要由贝雷桁架现场拼接而成,单片贝雷主要由上弦杆、下弦杆、竖杆以及斜杆组成，HD200型钢桥主要由桁架、支座、U型钢桥面板、抗风拉杆组成。桁架的容许应力如表1所示。

表1 HD200桁架容许内力表

图2为HD200型单车道立面及平面图,科罗韦兹大桥为两跨连续，由于邻近桥梁施工需要，将科罗韦兹大桥作为施工便桥，要求通过56 t重车，而从实际过车情况看，原桥在过重车时，跨中挠度明显较大，不能满足要求。现对原有桥梁进行加固处理，为了对原桥使用状况有进一步的了解，在现场进行了挠度测试，结果见表2。

表2 科罗韦兹大桥挠度观测表

说明:各观测点位置及跨中挠度表示如图3所示。则由现场挠度测量结果可知，在25t重车加载于第二跨跨中时，ω2=0.147m，挠度过大，需要进行加固处理。

2 加固方案的选取

对于连续梁桥的加固方法有很多种,科罗韦兹大桥拟采用增设支撑结构的方法进行加固,也就是在两跨的跨中增加两个桥墩，从而降低控制截面应力,提高桥梁整体承载能力。桥墩采用打入式钢管混凝土桩，打桩船进行打桩作业，则成桥后桥梁整体结构由两跨连续变为四跨连续。

3 有限元建模及分析计算

3.1 强度刚度验算

为简化计算，只对单边贝雷桁架建立有限元模型，采用midas/civil软件对桁架进行有限元建模,钢材材料均为16 Mn钢，质量密度为7 800 kg/m3。材料的容许拉应力σs=350 MPa、容许压应力[σ]=273 MPa。建模时上下弦均为梁单元，斜撑以及竖杆为桁架单元。由于贝雷片纵向连接为销接，则建模时释放贝雷片端部y-y轴的旋转自由度,一个单元（3片贝雷架）模型如图4所示。

表3 构件断面特性表

3.2 稳定验算

原桥状态下:斜杆的换算长细比为λy=l0y/iy=200/1.22=163.93,查得稳定系数为ψ=0.188，在56 t汽车荷载作用下，斜杆的最大轴压力为 180.6 kN，则N/Aψ=180.6/0.188×7.04=136.45 MPa＜[σ]=273MPa。

竖杆的换算长细比为λy=l0y/iy=112.5/1.22=92.21，查得稳定系数为ψ=0.483，在56 t汽车荷载作用下，竖杆的最大轴压力为 399.56 kN,N/Aψ=399.56/0.483×7.04=117.5 MPa＜[σ]=273 MPa。则稳定性均满足要求。

4 结论

科罗韦兹大桥采用中间增设支撑结构的方法加固后，贝雷桁架各杆件最大应力明显减少,跨中挠度也有显著的改善，结构安全度大大提高。如施工条件允许，中间增设桥墩方案应为最佳方案，如施工条件不理想，亦可采用桥头两侧架设龙门架，用矮塔斜拉的方式进行加固。

表4 结构挠度、应力对比表（挠度单位cm,应力单位MPa）

[1]范立础.桥梁工程[M].人民交通出版社,2001.

[2]黄绍金,刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[J].北京:人民交通出版社,2001.

[3]交通部.公路桥涵结构及木结构设计规范[S].北京:人民交通出版社,1986.

[4]交通部.公路桥梁加固设计规范[M].北京:人民交通出版社,2008.