文/王軍禮 重慶市綦江區(qū)公路局 重慶 401420

311噸大件通過雙曲拱橋方案的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

文/王軍禮 重慶市綦江區(qū)公路局 重慶 401420

重慶安穩(wěn)電廠擴(kuò)建，需運(yùn)輸自重230噸，車貨總重311噸的發(fā)電機(jī)定子通過雙曲拱橋，原橋能力不能滿足大件通過的需要，采用變雙曲拱橋?yàn)橄湫喂暗姆绞竭M(jìn)行加固改造后滿足承載要求，并順利通過，為舊橋尤其是雙曲拱橋加固改造以及大件運(yùn)輸積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

大件運(yùn)輸；雙曲拱橋；加固

雙曲拱橋是20世紀(jì)60年代我國江蘇無錫的建橋工人在實(shí)踐中摸索創(chuàng)造出來的一種輕型拱式橋梁，該橋型極具中華民族氣息和特點(diǎn)。雙曲拱橋因其結(jié)構(gòu)新穎、外形美觀、材料省、造價(jià)低、自重小、施工易等優(yōu)點(diǎn)而在全國范圍內(nèi)大量建設(shè)，尤其是在山地區(qū)域得到迅速推廣，為各地的交通發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)。但是由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)荷載較低，上部結(jié)構(gòu)中的拱肋、拱波、拱板等結(jié)合面小、整體性較差、受力復(fù)雜，承載能力儲備不足，無法滿足日益增長的交通量需求，更不能直接承受超大件荷載的通行。本文結(jié)合311噸大件過橋就雙曲拱橋加固改造的方案進(jìn)行探討研究。

1、項(xiàng)目概況

本文研究案例橋梁名稱：羊叉橋，位于重慶市綦江區(qū)安穩(wěn)鎮(zhèn)，橋梁全長52.0m，橋梁全寬6.0m：[護(hù)欄（0.4m）+橋面鋪裝（5.2m）+護(hù)欄（0.4m）]，下部結(jié)構(gòu)為重力式橋臺及剛性墩；橋面鋪裝為水泥混凝土路面，欄桿為鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，上部結(jié)構(gòu)為跨徑2×20m的鋼筋混凝土雙曲拱橋。安穩(wěn)電廠擴(kuò)建有發(fā)電機(jī)組需從該橋通過車輛貨物總重311噸(牽引車32噸、平板車49噸、貨物230噸)，遠(yuǎn)大于橋梁設(shè)計(jì)荷載，且該橋運(yùn)營多年，故針對此次大件運(yùn)輸對該橋進(jìn)行加固改造。

2、橋梁加固設(shè)計(jì)方案

考慮到羊叉橋的建成年代、現(xiàn)狀以及日后的使用情況，此次加固采用永久性加固方案，具體設(shè)計(jì)思路如下：

1.在原拱肋下方設(shè)置25cm厚鋼筋混凝土板將6片拱肋連成整體，增大截面尺寸和截面剛度。

2.在原拱肋下方植筋并與新增鋼筋混凝土板進(jìn)行連接；

3.在原拱橋邊肋外側(cè)新增鋼筋混凝土拱圈，通過植筋與原拱肋側(cè)面連接，并與新增混凝土板牢固連接；

4.拱上腹孔橫橋向1m范圍內(nèi)增設(shè)20cm鋼筋混凝土拱圈。

3、主要材料

1.混凝土：

（1）水泥：采用高品質(zhì)的強(qiáng)度等級為42.5 的硅酸鹽水泥。

（2）粗骨料：采用連續(xù)級配，碎石宜采用錘擊式破碎生產(chǎn)。

（3）加固用混凝土均采用C40商品混凝土。

2.普通鋼筋均采用HRB400級，符合現(xiàn)行GB13013和GB1499的規(guī)定。

4、橋梁加固施工工序

場地清理并搭設(shè)支架→設(shè)立禁行標(biāo)志和告示牌→橋臺前墻、橋墩、主拱植筋、安放鋼筋、立?！v向?qū)ΨQ澆筑橋臺前墻、橋墩混凝土→封閉交通，分段澆筑主拱混凝土→澆筑腹拱混凝土→待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后→開放交通→清理場地。

5、加固設(shè)計(jì)驗(yàn)算

1.驗(yàn)算荷載：以重慶安穩(wěn)電廠提供的通行車輛參數(shù)如表5.1、表5.2及通行荷載311噸(牽引車32噸、平板車49噸、貨物230噸)作為驗(yàn)算荷載。

表5.1　牽引車參數(shù)

表5.2　十四軸線（兩縱列）液壓全掛平板車車組技術(shù)參數(shù)

2.計(jì)算方法和內(nèi)容

采用橋梁專用有限元分析軟件MIDAS2012進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)尺寸，建立有限元分析模型，采用梁單元進(jìn)行模擬，最大單元長度為1m。主拱肋按設(shè)計(jì)材料參數(shù)計(jì)入，拱上填料的彈性模量比主拱材料的彈性模量小一個(gè)數(shù)量級，以弱化其剛度貢獻(xiàn)。為考慮連拱效應(yīng)，兩跨拱同時(shí)分析。橋墩、橋臺與主拱采用剛臂單元，主拱與拱上填料單元也采用剛臂連接。橋墩墩底和橋臺基礎(chǔ)均模擬為固結(jié)?？紤]的荷載有結(jié)構(gòu)自重和前述的十四軸線（兩縱列）液壓全掛平板車車組及電廠運(yùn)送的機(jī)電設(shè)備重量。模型中的牽引車按100+110+110kN計(jì)入，板車自重及機(jī)電設(shè)備重量平均分配到各軸重為199kN，計(jì)算時(shí)軸重按200kN計(jì)入，軸距為1.6m。車輛荷載考慮1.2的放大系數(shù)。計(jì)算分析的主要內(nèi)容：加固前結(jié)構(gòu)分析、加固后結(jié)構(gòu)分析。

3.主要計(jì)算參數(shù)

（1）砼容重：γ=25kN/m3，原主拱肋和橋墩混凝土按C30計(jì)算，新增混凝土按C40混凝土計(jì)算；

（2）砼線膨脹系數(shù)：α=1.0×105；

（3）砼彈性模量：Ec=3.0×104MPa；

（4）汽車荷載沖擊系數(shù)按《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D60-2015）采用基頻方法計(jì)算沖擊系數(shù)；

（5）恒載計(jì)算根據(jù)實(shí)測尺寸進(jìn)行計(jì)算。

6、計(jì)算結(jié)果

經(jīng)增大截面加固后，在特殊荷載作用下，墩頂?shù)乃轿灰?，拱頂?shù)奈灰平捣_(dá)到47%-55%如表6.1，拱頂和拱腳截面的拉應(yīng)力降低40%-100%如表6.2。

表6.1　特殊荷載作用下加固前后變形對照表

表6.2　特殊荷載作用下加固前后應(yīng)力對照表

加固后，在自重與特殊荷載共同作用下，主拱拱頂截面上緣全跨范圍內(nèi)均處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力在拱腳附近，為-1.9MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范限值。在拱頂下緣產(chǎn)生0.3MPa的拉應(yīng)力，在拱腳下緣產(chǎn)生-3.4MPa的壓應(yīng)力，拉應(yīng)力和壓應(yīng)力均小于規(guī)范限值。因此，加固后在自重和特殊荷載組合作用下，應(yīng)力滿足規(guī)范要求的。

7、結(jié)論

1.經(jīng)計(jì)算分析，羊叉橋加固改造方案對在特殊荷載作用下的受力性能改善明顯，使變形和應(yīng)力大幅降低；

2.加固后的羊叉橋，在自重和特殊荷載共同作用，截面的應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范限值，可確保特殊荷載順利通過橋梁。

結(jié)語：

大件車輛已于2016年3月安全通過被加固橋梁,根據(jù)運(yùn)輸現(xiàn)場監(jiān)測單位反饋的信息,被加固橋梁在大件車輛通過時(shí)受力狀態(tài)良好,加固效果顯著。大件運(yùn)輸舊橋臨時(shí)加固情況在綦江區(qū)發(fā)生較少,有許多的技術(shù)不很完善,本次成功案例為讀者提供了在舊橋尤其是雙曲拱橋加固改造方面應(yīng)考慮的各種因素,也為日后的大件運(yùn)輸積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]中華人民共和國交通部.JTG/TJ22-2008,公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].人民交通出版社,2008.

[2]盛洪飛.橋梁墩臺與基礎(chǔ)工程[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005.

[3]姚玲森.橋梁工程[M].人民交通出版社,2008.

[4]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].人民交通出版社,2005.

[5]單成林.舊橋加固設(shè)計(jì)原理及計(jì)算示例[M].人民交通出版社,2007.