郭凱紅

（聞合高速公路建設(shè)管理處，山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

在中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的年代，公路建設(shè)發(fā)展迅速，公路交通量在不斷增加，而車輛重載超速的情況也越來越嚴(yán)重，公路橋梁活載日趨增加，造成一些橋梁負(fù)荷增大，存在承載力不足的現(xiàn)象。

許多既有橋梁要經(jīng)受臨時(shí)或長(zhǎng)期大型特殊荷載的考驗(yàn)，對(duì)于經(jīng)常承受特大型荷載的橋梁必須進(jìn)行必要的加固補(bǔ)強(qiáng)，而對(duì)臨時(shí)需要通過特大型荷載的橋梁可以通過采取臨時(shí)加固措施滿足活載通過要求。增加支撐是一種較為常見的、臨時(shí)提高結(jié)構(gòu)安全功能的措施，通過增設(shè)支點(diǎn)（柱子或托架等）來減小結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨徑，達(dá)到降低結(jié)構(gòu)內(nèi)力峰值和提高結(jié)構(gòu)承載能力的加固方法[1]，但是當(dāng)支撐剛度設(shè)計(jì)不合理時(shí)，在支撐點(diǎn)截面會(huì)出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩而使主梁在結(jié)構(gòu)上緣出現(xiàn)承載力不足而破壞的情形，為了避免這類破壞發(fā)生，可以通過協(xié)調(diào)主梁和支撐的剛度使結(jié)構(gòu)內(nèi)力達(dá)到合理狀態(tài)。本文針對(duì)增加支撐加固提出對(duì)支撐剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋求剛度和強(qiáng)度之間合理的平衡[2]，使加固達(dá)到理想效果。

1 理論分析

式中：δ為表示單位力產(chǎn)生的位移；Δ1p為外力在力的方向上產(chǎn)生的位移。求得M表達(dá)式：

式中：n為表示支撐剛度與主梁剛度比，即：k支撐/k主梁；k為剛度系數(shù)。

圖1 計(jì)算模型

圖2 加載模型

由上面分析可知結(jié)構(gòu)在活載作用下，彈性支撐點(diǎn)截面的內(nèi)力與支撐剛度相關(guān)，可以通過調(diào)節(jié)主梁與支撐之間的剛度關(guān)系使主梁的內(nèi)力達(dá)到比較合理的受力狀態(tài)。

2 工程實(shí)例應(yīng)用

2.1 理論計(jì)算

某橋?yàn)橐恢骺?0 m簡(jiǎn)支T型梁橋，原設(shè)計(jì)荷載為汽車—20級(jí)，現(xiàn)在需通過一特殊掛車活載，掛車車軸共12排，軸距從前往后依次為2.25 m+1.92 m+9×1.5 m，總長(zhǎng) 17.67 m，相應(yīng)的軸重分別為 8.5（t）+17（t）+17（t）+9×25（t），總軸重 267.5 t。為了保證特殊掛車活載能安全地通過橋梁，在橋梁跨中增設(shè)臨時(shí)支撐改善橋梁受力狀態(tài)。由于原結(jié)構(gòu)處于全截面下緣受拉狀態(tài)，主要受力鋼筋布置在截面下緣，增加支撐后可能出現(xiàn)上緣受拉狀態(tài)而對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。為了避免這類破壞發(fā)生，可以通過協(xié)調(diào)支撐剛度使主梁內(nèi)力達(dá)到合理的狀態(tài)。

表1 活載作用下各主要截面內(nèi)力

上面計(jì)算結(jié)果可以看出增加支撐能夠削減主梁各截面內(nèi)力值；剛性支撐對(duì)正荷載效應(yīng)削減較大，但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的負(fù)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利；彈性支撐當(dāng)n=12時(shí)，整個(gè)主梁在活載作用下始終保持下緣受拉狀態(tài)，與原結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)一致，并且各截面內(nèi)力也相應(yīng)減小，能夠滿足荷載通過要求。剛性支撐和彈性支撐計(jì)算結(jié)果表明增加彈性支撐比剛性支撐更加合理。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

該橋按照上面理論分析結(jié)果，用增加彈性支撐的方式進(jìn)行臨時(shí)加固，對(duì)加固前后荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)橋梁的承載能力進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)采用了兩輛東風(fēng)-30 t（車重+貨重）載重車，按雙車道進(jìn)行加載，在各梁跨中截面和1/4截面分別布置了應(yīng)變片和千分表，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（如圖3所示），橋縱向按最不利位置加載，橫向考慮中載和偏載兩種情況。加固前后試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖3 千分表和應(yīng)變片位置

圖4 跨中截面加固前后位移

圖5 四分點(diǎn)截面加固前后位移

由試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可以看出增加彈性支撐后跨中界面和四分點(diǎn)截面撓度都相應(yīng)減小，1/4截面位移減小幾乎達(dá)到一半左右，跨中截面減少也接近1/4，這與理論計(jì)算結(jié)果比較吻合，說明支撐剛度選取很合理，加固達(dá)到了預(yù)期效果。

3 存在問題說明

本文基于車道荷載加均布載和集中力進(jìn)行理論推導(dǎo)，但車輛并非均勻的線性荷載，所以對(duì)于車輛荷載需要進(jìn)一步按其實(shí)際與橋梁結(jié)構(gòu)接觸情況進(jìn)行加載進(jìn)行推導(dǎo)。

4 結(jié)語(yǔ)

a）對(duì)于有特殊活載通過的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)情況，可以在跨中施加支撐減小截面正彎矩，保證結(jié)構(gòu)的安全。

b）通過協(xié)調(diào)上部構(gòu)造和臨時(shí)支撐的剛度，使得上部構(gòu)造的內(nèi)力分布達(dá)到較合理狀態(tài)，而不至于使結(jié)構(gòu)因?yàn)槭┘优R時(shí)支撐，而產(chǎn)生較大次內(nèi)力導(dǎo)致破壞。

c）實(shí)際工程中施加臨時(shí)支撐時(shí)，原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受恒載處于變形狀態(tài)，考慮支撐剛度時(shí)需按結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)結(jié)合原結(jié)構(gòu)配筋情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以期使結(jié)構(gòu)內(nèi)力達(dá)到預(yù)期的理想效果。