基于多点支撑的桥涵临时加固方法

郭瑞军

（山西省交通科学研究院，山西 太原030006）

随着经济的快速发展，大型设备逐渐增多，桥涵临时加固设计应运而生。特种车辆重量有的甚至达上千吨，每个轴重也有几十吨，因此，其运输路线所经过的桥涵面临着巨大的考验。若不对其进行加固，这些桥涵会遭到很严重的破坏，损坏后再加固意味着较高的经济成本。若对路线桥涵做永久性加固，则特种车辆经过后，对于本来承载能力已经达到要求的桥涵将是一种浪费。多点支撑体系是在桥梁结构下部增设支撑，通过减小结构跨径以减小结构内力的体系，如利用该体系加固坦拱桥技术[1]。首先分析原结构的受力情况，之后根据结构的受力特点来决定增设支撑的位置，并通过调解支撑点的位置以及支撑点的弹性力来调节其他截面的内力，最终使结构的内力处于理想状态。

本着节约工程投资、缩短工期、不中断交通的原则，为提高桥涵的承载力，保证特种车辆的安全通行，基于多点支撑的加固原理，以山西某加固项目为依托，对特种车辆所经桥涵进行了加固处理。

1 工程概况以及特种车辆

1.1 依托工程

山西某桥梁，全桥共1 跨，全长7m，梁高0.3m，是一座板式桥梁。桥面布置为9.0m（车行道）+2×1.0m（人行道）。下部结构为圬工涵台，钢筋混凝土台帽。

1.2 特种车辆

特种车辆荷载计算模型为600t，共6件，其中单件设备自重488.1t，尺寸为35×6.4×4.4m，平板车自重为112，如图1所示。

图1 特种车辆模型示意图（单位：mm）

2 临时加固设计方案

根据桥梁病害情况和结构计算分析，经专家讨论确定该桥的加固设计方案。主梁采用增加临时支撑加固对桥梁进行加固[2-4]。采用临时支撑加固法，通过计算分析后，在离两桥台0.6m 处给板梁每延米施加45kN 的上顶力，在跨中处每延米施加65kN的上顶力。

本次临时加固采用搭设脚手架，上顶力或铺设钢板的方案对桥梁进行临时加固处理。首先对地基进行处理，验收合格后方可进行脚手架的搭设；在跨中搭设临时脚手架，千斤顶设置在钢管排架的中间位置（50cm/2），对顶层水平杆加强（增加肢数）后，其上横置2 根工字钢，放上千斤顶，再放工字钢施加预顶力，双肢（2×50 断面）单组横向应为6个千斤顶，单肢横向应为3个；同时施力后拧紧顶托螺丝，再卸掉千斤顶。在车辆通过前对每个工字钢施加向上的顶推力，以达到临时加固的目的。加固方案如图2所示。

图2 多点支撑加固方案图

3 临时加固前后建模对比分析

3.1 加固模型的建立

本文运用Midas Civil有限元软件进行了建模分析[5]，桥梁为板式结构，偏安全考虑，对横桥向单位宽度1m 的板进行验算分析。因特种荷载行驶速度缓慢，对模型进行了简化处理，以静力集中荷载模拟特种荷载轴重，按桥长可以布置的最大轴重值加载。通过在梁下部建立多点集中力来模拟千斤顶顶推力，并通过调整集中力大小来实现顶推力对主梁内力的调整，最终使结构处于安全状态。加固模型如图3、图4所示。

3.2 加固前后荷载组合

因特种车辆在行驶过桥时速度较小，且为临时短时间通过，因此，按桥涵短期组合进行验算。荷载组合如下[6]：

（1）短期组合：1.2 恒载+1.0 汽车荷载（剪力最大布载，不含冲击）；

（2）短期组合：1.2 恒载+1.0 汽车荷载（弯矩最大布载，不含冲击）。

图3 离散化模型

图4 主梁加固的模拟

3.3 加固前后对比分析

针对主梁的整体验算，考虑恒载及特种车辆荷载的影响，对主梁梁端截面、L/4 截面以及跨中截面这几个最不利截面区段进行了强度验算，对比分析加固前后，结构内力及验算结果如表1～表4及图5～图8 所示（其中“NG”代表验算不通过，“OK”代表通过）。

（1）主梁抗弯强度验算（剪力最大布载）

表1 加固前后主梁抗弯强度验算（剪力最大布载）

图5 加固前后主梁抗弯强度（剪力最大布载）

从表1 和图5 中可以看出，加固前主梁跨中截面的计算弯矩为222.222 kN·m，大于抗力设计值12.729 kN·m。经过本文设计的临时加固方案加固后，L/4 截面、跨中、3L/4 截面的弯矩与加固前相比分别减小了20.3%、30.9%、21.6%，分别比设计抗力值小48.6%、26.7%、28.7%，加固效果非常显著。

（2）主梁抗剪强度验算（剪力最大布载）

从表2 和图6 中可以看出，加固前梁端截面的计算剪力为208.932kN，大于抗力设计值47.7 kN。经过本文设计的临时加固方案加固后，3L/4 截面、梁端的弯矩较加固前分别减小了29.2%、27.5%，比设计抗力值小58.6%、6.1%。

表2 加固前后主梁抗剪强度验算（剪力最大布载）

图6 加固前后主梁抗剪强度(剪力最大布载)

（3）主梁抗弯强度验算（弯矩最大布载）

从表3 和图7 中可以看出，加固前主梁跨中截面的计算弯矩为249.711kN·m，大于抗力设计值40.218 kN·m。经过本文设计的临时加固方案加固后，L/4 截面、跨中、3L/4 截面的弯矩较加固前分别减小了16.8%、27.5%、21.0%，比设计抗力值小35.0%、13.6%、26.0%，加固效果非常显著。

表3 加固前后主梁抗弯强度验算（弯矩最大布载）

图7 加固前后主梁抗弯强度（弯矩最大布载）

（4）主梁抗剪强度验算（弯矩最大布载）

从表4 和图8 中可以看出，加固前梁端截面的计算剪力为175.945kN，大于抗力设计值47.7kN。经过本文设计的临时加固方案加固后，跨中、3L/4截面、梁端的弯矩较加固前分别减小了60.0%、44.9%、15.6%，比设计抗力值小88.6%、79.1%、7.9%。

综合以上分析可以看出，在加固之前，在最大剪力布载与最大弯矩布载条件下，主梁跨中截面抗弯验算以及梁端截面抗剪验算都未通过。在加固之后，在最大剪力布载的情况下，跨中最大弯矩比原来减小了30.9%，L/4 处弯矩减小了20%左右；梁端最大剪力比加固前减小了27.5%，L/4 处弯矩减小了29%左右，因梁下支撑点的缘故，中跨的抗剪承载力会有较小的损失，为2.1%。在最大弯矩布载条件下，跨中最大弯矩比原来减小了27.9%，L/4 处弯矩减小了16%左右；梁端最大剪力比加固前减小了15.6%，L/4 处弯矩减小了40%左右，中跨的抗剪承载力没有明显的提高。可见，通过多点支撑体系的加固，使得涵洞的承载能力得到了提高，且最终特种车辆安全通过。

表4 加固前后主梁抗剪强度验算（弯矩最大布载）

图8 加固前后主梁抗剪强度（弯矩最大布载）

4 结语

本文基于多点支撑原理，以某座桥梁为依托工程，对其进行了加固前后对比分析，验证了该加固方法加固效果明显，并可以方便地通过调解上端千斤顶以控制结构的受力情况，易于操作，但该种加固方法，需注意多点支撑体系下端地基的承载能力。综上所述，本文所提出的加固方法可作为特种车辆荷载临时加固参考方案。

[1] 周建庭，张劲泉，任红伟，等.多点支撑加固坦拱桥试验研究[J].公路交通科技，2009，26（11）：66-70.

[2] 解玉侠，周建庭，高凯.特重型物件过桥的临时性加固技术方案探讨[J].西部交通科技，2013（11）：16-19.

[3] 邓子娜.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[J].中外公路，2011，31（3）：207-209.

[4] 魏超飞.混凝土梁桥体外预应力加固技术研究[J].山西交通科技，2009（5）：25-27.

[5] 邱顺冬.桥梁工程软件Midas Civil 应用工程实例[J].北京：人民交通出版社，2011.

[6] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].