311吨大件通过双曲拱桥方案的设计与实践

文/王军礼 重庆市綦江区公路局 重庆 401420

311吨大件通过双曲拱桥方案的设计与实践

文/王军礼 重庆市綦江区公路局 重庆 401420

重庆安稳电厂扩建，需运输自重230吨，车货总重311吨的发电机定子通过双曲拱桥，原桥能力不能满足大件通过的需要，采用变双曲拱桥为箱形拱的方式进行加固改造后满足承载要求，并顺利通过，为旧桥尤其是双曲拱桥加固改造以及大件运输积累了宝贵经验。

大件运输；双曲拱桥；加固

双曲拱桥是20世纪60年代我国江苏无锡的建桥工人在实践中摸索创造出来的一种轻型拱式桥梁，该桥型极具中华民族气息和特点。双曲拱桥因其结构新颖、外形美观、材料省、造价低、自重小、施工易等优点而在全国范围内大量建设，尤其是在山地区域得到迅速推广，为各地的交通发展做出很大贡献。但是由于当时设计荷载较低，上部结构中的拱肋、拱波、拱板等结合面小、整体性较差、受力复杂，承载能力储备不足，无法满足日益增长的交通量需求，更不能直接承受超大件荷载的通行。本文结合311吨大件过桥就双曲拱桥加固改造的方案进行探讨研究。

1、项目概况

本文研究案例桥梁名称：羊叉桥，位于重庆市綦江区安稳镇，桥梁全长52.0m，桥梁全宽6.0m：[护栏（0.4m）+桥面铺装（5.2m）+护栏（0.4m）]，下部结构为重力式桥台及刚性墩；桥面铺装为水泥混凝土路面，栏杆为钢筋混凝土防撞护栏，上部结构为跨径2×20m的钢筋混凝土双曲拱桥。安稳电厂扩建有发电机组需从该桥通过车辆货物总重311吨(牵引车32吨、平板车49吨、货物230吨)，远大于桥梁设计荷载，且该桥运营多年，故针对此次大件运输对该桥进行加固改造。

2、桥梁加固设计方案

考虑到羊叉桥的建成年代、现状以及日后的使用情况，此次加固采用永久性加固方案，具体设计思路如下：

1.在原拱肋下方设置25cm厚钢筋混凝土板将6片拱肋连成整体，增大截面尺寸和截面刚度。

2.在原拱肋下方植筋并与新增钢筋混凝土板进行连接；

3.在原拱桥边肋外侧新增钢筋混凝土拱圈，通过植筋与原拱肋侧面连接，并与新增混凝土板牢固连接；

4.拱上腹孔横桥向1m范围内增设20cm钢筋混凝土拱圈。

3、主要材料

1.混凝土：

（1）水泥：采用高品质的强度等级为42.5 的硅酸盐水泥。

（2）粗骨料：采用连续级配，碎石宜采用锤击式破碎生产。

（3）加固用混凝土均采用C40商品混凝土。

2.普通钢筋均采用HRB400级，符合现行GB13013和GB1499的规定。

4、桥梁加固施工工序

场地清理并搭设支架→设立禁行标志和告示牌→桥台前墙、桥墩、主拱植筋、安放钢筋、立模→纵向对称浇筑桥台前墙、桥墩混凝土→封闭交通，分段浇筑主拱混凝土→浇筑腹拱混凝土→待混凝土强度达到80%后→开放交通→清理场地。

5、加固设计验算

1.验算荷载：以重庆安稳电厂提供的通行车辆参数如表5.1、表5.2及通行荷载311吨(牵引车32吨、平板车49吨、货物230吨)作为验算荷载。

表5.1　牵引车参数

表5.2　十四轴线（两纵列）液压全挂平板车车组技术参数

2.计算方法和内容

采用桥梁专用有限元分析软件MIDAS2012进行结构计算。依据桥梁结构尺寸，建立有限元分析模型，采用梁单元进行模拟，最大单元长度为1m。主拱肋按设计材料参数计入，拱上填料的弹性模量比主拱材料的弹性模量小一个数量级，以弱化其刚度贡献。为考虑连拱效应，两跨拱同时分析。桥墩、桥台与主拱采用刚臂单元，主拱与拱上填料单元也采用刚臂连接。桥墩墩底和桥台基础均模拟为固结。考虑的荷载有结构自重和前述的十四轴线（两纵列）液压全挂平板车车组及电厂运送的机电设备重量。模型中的牵引车按100+110+110kN计入，板车自重及机电设备重量平均分配到各轴重为199kN，计算时轴重按200kN计入，轴距为1.6m。车辆荷载考虑1.2的放大系数。计算分析的主要内容：加固前结构分析、加固后结构分析。

3.主要计算参数

（1）砼容重：γ=25kN/m3，原主拱肋和桥墩混凝土按C30计算，新增混凝土按C40混凝土计算；

（2）砼线膨胀系数：α=1.0×105；

（3）砼弹性模量：Ec=3.0×104MPa；

（4）汽车荷载冲击系数按《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2015）采用基频方法计算冲击系数；

（5）恒载计算根据实测尺寸进行计算。

6、计算结果

经增大截面加固后，在特殊荷载作用下，墩顶的水平位移，拱顶的位移降幅达到47%-55%如表6.1，拱顶和拱脚截面的拉应力降低40%-100%如表6.2。

表6.1　特殊荷载作用下加固前后变形对照表

表6.2　特殊荷载作用下加固前后应力对照表

加固后，在自重与特殊荷载共同作用下，主拱拱顶截面上缘全跨范围内均处于受压状态，最大压应力在拱脚附近，为-1.9MPa，远远小于规范限值。在拱顶下缘产生0.3MPa的拉应力，在拱脚下缘产生-3.4MPa的压应力，拉应力和压应力均小于规范限值。因此，加固后在自重和特殊荷载组合作用下，应力满足规范要求的。

7、结论

1.经计算分析，羊叉桥加固改造方案对在特殊荷载作用下的受力性能改善明显，使变形和应力大幅降低；

2.加固后的羊叉桥，在自重和特殊荷载共同作用，截面的应力均满足设计规范限值，可确保特殊荷载顺利通过桥梁。

结语：

大件车辆已于2016年3月安全通过被加固桥梁,根据运输现场监测单位反馈的信息,被加固桥梁在大件车辆通过时受力状态良好,加固效果显著。大件运输旧桥临时加固情况在綦江区发生较少,有许多的技术不很完善,本次成功案例为读者提供了在旧桥尤其是双曲拱桥加固改造方面应考虑的各种因素,也为日后的大件运输积累了宝贵经验。

[1]中华人民共和国交通部.JTG/TJ22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].人民交通出版社,2008.

[2]盛洪飞.桥梁墩台与基础工程[M].哈尔滨工业大学出版社,2005.

[3]姚玲森.桥梁工程[M].人民交通出版社,2008.

[4]叶见曙.结构设计原理[M].人民交通出版社,2005.

[5]单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].人民交通出版社,2007.