特种车辆通过现有旧混凝土桥梁时最大车重的分析研究

寇 伟

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

在我国，随着经济的快速发展，现有桥梁中有相当一部分桥梁为宽路窄桥，导致交通时常阻塞，当交通量增加到一定数量时就需要逐步提高桥梁的技术等级和技术标准来适应时代发展的需要，且公路桥梁升级技术主要包括：桥梁耐久性研究和桥梁加固研究等[1]。现有旧混凝土桥梁作为新建桥梁施工平台不仅具有良好的经济效益，而且还能有效加快施工进度，但旧混凝土桥梁作为新建桥梁施工平台时往往需要特种车辆通过，现有文献中关于旧混凝土桥梁通过特种车辆时最大车重的研究较少。为此本文结合某改建工程实例，运用整体受力横向分布系数法和内插横向分布系数法，对某旧混凝土桥梁通过特种车辆时的最大车重进行了较为详细的分析研究，研究方法及成果对于山西省旧混凝土桥梁的利用具有重要的工程实际意义。

1 桥梁材料特征和几何配筋信息

1.1 桥梁材料特征

由于现有桥梁为1994年建成的，故材料特征只能参照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 023—85）取值。

混凝土为C30 混凝土，弹性模量Eh=3.00×104MPa，轴心抗压设计强度Ra=17.5 MPa，抗拉设计强度Rl=1.75 MPa。

纵向受力钢筋采用Ⅱ级钢筋，抗拉设计强度Rg=340 MPa，箍筋采用I 级钢筋，抗拉设计强度Rg=240 MPa，。

1.2 桥梁几何配筋

现有旧混凝土桥梁为1×10 m 简支空心板桥，主要几何尺寸如图1～图3 所示。

图1 全桥立面布置图（单位：cm）

图2 跨中横断面布置图（单位：cm）

图3 中板跨中横断面图（单位：mm）

截面纵筋为一排12φ25 的带肋钢筋，保护层厚度为30 mm，箍筋为φ8 的光圆钢筋，加密区间距为100 mm。

2 结构计算模型及特种车辆信息

2.1 结构计算模型

结构分析计算采用桥梁博士软件及平面杆系有限元法进行，全桥结构共离散为13 个节点，12 个单元，如图4 所示。

图4 全桥结构离散图

结合现场调查情况，该桥部分铰缝脱落，故桥梁整体受力性能下降，为此计算时可在整体受力横向分布系数和单板受力横向分布系数之间内插作为新的横向分布系数，简称内插横向分布系数，并利用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 023—85）对该桥承载力极限状态和正常使用极限状态进行验算。

2.2 特种车辆信息

特种车辆信息如表1 所示。

表1 特种车辆信息表

3 结构分析验算

3.1 横向分布系数计算

当桥梁整体受力时，可得空心板横向分布系数为0.245；当桥梁单板受力时，可得空心板横向分布系数为0.500。对于该桥，由于部分铰缝脱落，为此横向分布系数内插计算时可取整体受力和单板受力两者间的平均值，即内插横向分布系数为0.373。

3.2 整体受力时承载能力极限状态验算（横向分布系数为0.245）

自重荷载产生的弯矩标准值SG=79 kN·m，拟用特种车辆荷载Q'=30 t 产生的弯矩标准值SQ'=138 kN·m，结构抗力设计值R=460 kN·m，冲击系数按规范[2]取为μ=0.3，拟用特种车辆荷载系数为λ，验算公式为：

由式（1）可解得λ≤1.454。

3.3 整体受力时正常使用极限状态验算（横向分布系数为0.245）

3.3.1 挠度验算

拟用特种车辆荷载Q'=30 t 产生的挠度为w=6.91 mm，规范[2]规定的容许挠度[w]=L/600=16.67 mm，验算公式为：

由式（2）可解得λ≤2.412。

3.3.2 裂缝宽度验算

拟用特种车辆荷载Q'=30 t 产生的裂缝宽度为δ=0.144 mm，规范[2]规定的容许裂缝宽度[δ]=0.2 mm，验算公式为：

由式（3）可解得λ≤1.389。

3.4 部分铰缝脱落后承载能力极限状态验算（横向分布系数为0.373）

自重荷载产生的弯矩标准值SG=79 kN·m，拟用特种车辆荷载Q'=30 t 产生的弯矩标准值SQ'=207 kN·m，结构抗力设计值为R=460 kN·m，冲击系数按规范[2]取为μ=0.3，拟用特种车辆荷载系数为λ，验算公式为：

由式（4）可解得λ≤0.969。

3.5 部分铰缝脱落后正常使用极限状态验算（横向分布系数为0.373）

3.5.1 挠度验算

拟用特种车辆荷载Q'=30 t 产生的挠度w=10.09 mm，规范[2]规定的容许挠度为[w]=L/600=16.67 mm，验算公式为：

由式（5）可解得λ≤1.652。

3.5.2 裂缝宽度验算

拟用特种车辆荷载Q'=30 t 产生的裂缝宽度δ=0.172 mm，规范[2]规定的容许裂缝宽度为[δ]=0.2 mm，验算公式为：

由式（6）可解得λ≤1.163。

3.6 特种车辆最大车重结果

综合式（1）～式（6）的验算结果，可知拟用特种车辆荷载Q'=30 t 系数λ 的取值范围为λ≤0.969，从而可得特种车辆最大车重为：

4 特种车辆最大车重过桥时观测分析

经过上述分析验算后，设定特种车辆车重为Q=29 t，过桥时，采用挠度应变传感系统对桥梁挠度和应变进行监控测量，发现桥梁挠度和应变均在计算控制范围内，原有裂缝在特种车辆过桥过程中有所扩展，但并未超过规范[2]规定限值，且桥梁未产生新裂缝及其他异常状况，即上述分析验算方法可行。

5 结论

本文运用整体受力横向分布系数法和内插横向分布系数法，对某旧混凝土桥梁通过特种车辆时的最大车重进行了较为详细的分析研究，结果表明，该桥能够通行的特种车辆的最大车重为Q=29.07 t，实际特种车辆过桥时，证明上述分析验算方法可行，研究方法及成果对于山西省旧混凝土桥梁的利用具有重要的工程实际意义。