超载车辆对桥梁损伤的分析

赵 云 鹏

(1.东北林业大学土木工程学院 黑龙江 哈尔滨 150040； 2.辽宁省交通规划设计院，辽宁 沈阳 110166)



超载车辆对桥梁损伤的分析

赵 云 鹏1,2

(1.东北林业大学土木工程学院 黑龙江 哈尔滨 150040； 2.辽宁省交通规划设计院，辽宁 沈阳 110166)

分析了超载车辆对各种构造的桥梁造成损伤的表现形式及原因，并提出了避免超载车辆对桥梁结构造成损伤的预防措施，同时探讨了对桥梁进行维修加固的方法，以延长公路桥梁的使用寿命，消除交通安全隐患。

超载车辆，桥梁损伤，维护加固

1 超载车辆对桥梁造成损伤的形式及原因

车辆运输货物驶过桥梁时所产生的重力超过了桥梁设计时的承重限值构成了超载，超载产生的各个力比如弯矩和剪应力都超过了桥梁设计限值，从而使得桥梁顶板、底板或桥墩、腹板产生裂缝，以下主要分析了不同结构形式桥梁产生裂缝的形式和成因。

1.1 组合式桥梁损伤形式及成因

桥梁有多种组合方式，常见的有多条桥板组合和T型式组合桥梁。多条桥板组合式的桥梁，大多情况下是板底出现横向的开裂，出现裂缝的位置多集中在桥梁的后中部位。出现这种损伤的原因主要是超载车辆对桥面产生的重力超过了桥梁的抗弯强度。T型式组合桥梁的开裂处多处于梁底、腹板位置，处于腹板跨中位置的横向开裂和竖向开裂的形成往往是正截面抗弯强度不足所造成的，而腹板抗剪强度不足就会引起支座周边出现开裂。对组合式桥梁来说，其结构最薄弱的地方是在梁与梁之间的横向联结处，该处在超载车辆的作用下就会先遭到损害，导致主干桥段出现车辙，增加了行车的颠簸性，久而久之桥面顺着主梁铰的方向会出现纵向的开裂，时间久了铰缝内的混凝土填充物慢慢会出现整块的剥离、脱落，下雨时，积水就会从铰缝处渗漏出来。桥梁上部结构各主梁间通过铰缝和铺装混凝土层来实现横向联结的，一旦前文所述的损害将横向联结彻底破坏后，横向联结就对分散车辆的荷载起不了作用，即无法将荷载力均衡传递到不同主梁去，车辆的力量全部都作用在单独的一条主干梁墩上，从而使得桥梁的整体承重能力下降。同时，独自承重的那根桥梁由于不能承受限值重力，在跨中部会出现弯矩裂缝，致使承载能力下降。

1.2 整体现浇板桥损伤形式及成因

现浇板桥裂缝的形式多种多样，纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝同时存在，而且裂缝的走向跟车行的方向不在同个方向，有向钝角偏移的迹象。产生这种裂缝主要原因是超载车辆弯矩过大使得底板产生的拉伸力过大，但在这种情况出现的裂缝一般也不会降低桥梁的承重能力，因为有裂缝的存在，钢筋暴露出来，时间长了钢筋会被腐蚀，从而影响到桥梁的耐久性，慢慢损伤到结构的整体承载能力。目前一些跨度比较大的桥梁都会融入预应力技术，这是因为超载的车辆会使得桥梁的结构产生比较大的挠度，这个挠度会令预应力结构不能正常工作，这样一来会大幅度降低桥梁承重的能力。另外，超载的车辆也会对桥梁下部的结构造成破坏，如果桥梁长期在超载车辆的作用下，桥梁根基就会出现不同程度的沉陷，时间长了桥梁墩台就会出现开裂或是倾斜，无论是柱式的墩台、框式的墩台都会出现开裂，从而损害到桥梁的整体承载能力。更为严重的是，根基沉陷的不平衡反过来会对上部结构造成破坏，使得桥梁还会受到外加内力的作用，破坏到桥面铺装和横向联结结构，降低了桥梁结构的承载力。

1.3 桥面铺装和伸缩缝的损伤成因

桥面铺装和伸缩缝直接面对车辆作用力的部位，承受着车辆的荷载压力、冲击力、剪切力和磨损。如果超载车辆从铺装和伸缩缝碾压过会大大增加上述的作用力，而且以前老旧的桥梁在设计的时候没有充分计算到这些作用力的大小，只是简单的加入一些钢筋，所以桥面铺装和伸缩缝受损伤的情况非常普遍。而且在桥梁建成后不久这种损伤就会出现，一般表现为网状裂缝、纵向横向裂缝或是严重性的破裂。如果这些损伤进一步恶化就会损害到主体承重结构，比如空心板、箱梁顶、T梁以及箱梁翼板的混凝土出现开裂、压碎等现象，以致桥面出现塌陷。超载运输还会使得伸缩缝使用时间变短，常出现破损、锚固件脱落、伸缩板边缘混凝土破碎等情况。

2 预防和维护桥梁因车辆超载而受损害的措施

采取科学有效的预防和维护措施，可以防止桥梁在超载车辆的长期作用下而发生各种形式的损伤，可以防止受损范围的扩大和程度的恶化，从而延长桥梁的使用寿命，减少安全隐患。

2.1 适度提高桥梁设计载荷标准合理选择桥梁形式

在桥梁设计阶段，适度提高桥梁载荷的标准和结构的极限承载力，并且在设计荷载一定的情况下，合理选择合适的桥梁形式。通过上文对超载车辆作用于不同桥梁的结果分析来进行桥梁形式的合理选择。在一般情况下，斜交桥跟同等跨度的正桥梁相比，超载车辆产生的重力要大一些，这是缘于车辆经过斜交桥的时候，轮胎不同时作用在桥梁损伤的地方，因而产生的截面力比较小。所以，在设计桥梁的时候可以根据路段情况适度的设计一些斜交桥，这样可以减少超载车辆对桥梁造成的破坏。对一些同一时间内车流比较大，经常出现超载情况而且跨径较大的桥梁，在设计的时候要充分考虑到结构内力要足够大，否则容易在超载车辆较大结构内力的作用下发生较大程度的毁坏；然而跨径太小，超载车辆也会产生过大的结构内力，容易对桥梁造成损伤，所以设计的时候也要充分考虑到这一点。

2.2 限制超载车辆通行

长期有超载车辆从桥梁上通过也是造成桥梁损伤的重要原因之一，为了减少对桥梁的损伤程度，国家和各地政府应该制定法规政策限制、禁止超载车辆的通行。虽然各地市政单位都有在桥梁显眼处挂牌注明桥梁能够允许的最大载重量，但实际上超载现象在一些地区还是比较严重的。因此，各地应该采取经济手段和行政手段加大对超载车辆的查处和打击力度，比如提高对超载车辆的收费标准，从经济角度来遏制超载车辆的运营；查扣超载车辆、吊销超载车辆营运资格的手段，用行政手段来打击超载车辆。此外，在一些跨越宽度比较长的桥梁特别要限制超载车辆的通行，严禁超载车辆纵横向的距离，特别是严厉禁止车辆在桥梁上快速超车行为，而且要求适当放慢行车速度，从而减少车辆荷载对桥梁的结构内力作用，降低对桥梁的损伤。

2.3 维护加固损伤的桥梁

对于一些已经出现了损坏的桥梁，除了要做好预防措施之外，还需要采取必要的修补加固措施对其进行维修加固。比如加固桥面补强层，对桥面的破损处凿除后，在桥面上铺一层钢筋混凝土层，以改善桥梁荷载横向分布力，达到提高桥梁承载能力的目的；当桥梁的抗震裂、抗破裂的稳定性和刚性不够时，可以通过在梁底面或侧面加大尺寸的方法提高梁的有效高度和抗弯强度；当桥梁的主梁有比较严重的横向裂缝时，可以使用粘结剂或是锚栓将钢板粘贴锚固定在混凝土结构的受拉边缘或是比较脆弱的位置，这种用钢板来加固钢筋的方式可以大大提高桥梁的承载能力。对于桥下部，如果出现桥梁墩台基底发生沉陷就可以采用在桩式基础的周围补加钻孔桩的方法进行加固；对于一些裂缝，可以采用灌浆塞缝的方法将一定比例配比的水泥砂浆、环氧树脂砂浆灌入结构物缝隙内将缝裂填塞以避免裸露的钢筋受到进一步的损伤。

3 结语

桥梁是交通运输的重要通道，其安全性和耐久性关系到过往车辆的安全，同时也是促进经济发展的重要因素。由于超载车辆的长期碾轧，这些桥梁总是会出现不同程度的损伤，通过分析不同桥梁结构产生损伤的成因，可以帮助我们在采取措施预防桥梁损伤和维修加固受损桥梁方面提供有效的参考指导意见，以减少桥梁受损程度，提高桥梁的承载能力。

毛成林.桥梁结构损伤识别技术的研究进展.科技信息，2010(28)：19.

郭训如.桥梁结构损伤识别评价应用技术研究.科技之友，2010(7)：15.

李中付.结构早期损伤识别技术的现状和发展趋势.振动与冲击，2012(13)：24.

Analysisonoverloadingvehiclestobridgedamages

ZhaoYunpeng1,2

(1.Civil Engineering College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China;2.Liaoning Traffic Planning and Design Institute, Shenyang 110166, China)

Thispaperanalyzedtheformsandcausesofoverloadingvehiclestobridgedamageswithvariousstructures,andproposedthepreventionmeasuresavoidoverloadingvehiclecauseddamagestobridgestructure,atthesametime,discussedthemethodmademaintenanceandreinforcementtobridge,soastoprolongtheservicelifeofroadbridges,eliminatedthetrafficsafetyhiddendangers.

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1009-6825(2015)01-0152-02

2014-10-23

赵云鹏(1981- )，男，在读博士，高级工程师

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