魏有恩（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路試驗(yàn)檢測(cè)中心站，福州350004）

中小跨徑PC簡(jiǎn)支T梁橋通行超重車(chē)輛的承載能力評(píng)定

魏有恩1，2
（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路試驗(yàn)檢測(cè)中心站，福州350004）

超重車(chē)輛因工程建設(shè)設(shè)備運(yùn)輸需要，不得不通過(guò)早期建造的中小跨徑橋梁，對(duì)橋梁安全運(yùn)營(yíng)造成極大的影響。本文結(jié)合對(duì)某高速鐵路關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)輸線路上中小跨徑P C簡(jiǎn)支T梁橋的承載能力檢測(cè)評(píng)定，判斷運(yùn)輸方案的安全合理性，為類似工程提供技術(shù)參考。

中小跨徑P C簡(jiǎn)支T梁橋超重車(chē)輛承載能力評(píng)定

1 引言

PC簡(jiǎn)支T梁橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，上世紀(jì)八九十年代在福建省得到廣泛采用[1]。隨著“十三·五”國(guó)家對(duì)高速鐵路建設(shè)的投入加大，高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目在各地遍地開(kāi)花。鐵路建設(shè)中需要的超重型設(shè)備運(yùn)輸已經(jīng)在公路運(yùn)輸中日趨頻繁。由于設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的限制，特別是早期修建的該種橋梁，原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)均不能滿足超重車(chē)輛通行的需要。加之中小跨徑橋梁恒活載比例較小，汽車(chē)荷載對(duì)橋梁影響較大，實(shí)際中出現(xiàn)的超重車(chē)輛壓垮橋梁的事故，也多為中小跨徑橋梁[2]。因此，在超重車(chē)輛運(yùn)輸前對(duì)運(yùn)輸路線上的中小跨徑PC簡(jiǎn)支T梁橋進(jìn)行承載能力評(píng)定顯得格外重要[3]。本文結(jié)合福建省某高速鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)輸，對(duì)某座中小跨徑PC簡(jiǎn)支T梁橋承載能力評(píng)定的案例，介紹中小跨徑PC簡(jiǎn)支T梁橋通行超重車(chē)輛的承載能力評(píng)定方法。

2 橋梁承載能力評(píng)定常用方法

2.1 等代荷載法

等代荷載法就是在同一跨徑用同一種影響線分別計(jì)算出大件運(yùn)輸車(chē)輛和標(biāo)準(zhǔn)車(chē)的等代荷載，將兩者進(jìn)行比較，以判別大件運(yùn)輸車(chē)輛能否安全通過(guò)橋梁或橋梁是否需要進(jìn)行加固。該方法只是粗略地判斷了超重車(chē)輛能否安全過(guò)橋，很少采用。

2.2 實(shí)際荷載驗(yàn)算法

實(shí)際荷載驗(yàn)算法是利用大件運(yùn)輸車(chē)輛產(chǎn)生的最大內(nèi)力效應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)荷載在最不利內(nèi)力組合作用下產(chǎn)生的內(nèi)力效應(yīng)進(jìn)行比較判別[2]。該方法沒(méi)有考慮舊橋的實(shí)際承載能力，沒(méi)有考慮混凝土、鋼筋材質(zhì)的退化狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷，致使超重車(chē)輛對(duì)橋梁產(chǎn)生大的損傷或垮塌。

2.3 荷載試驗(yàn)法

荷載試驗(yàn)法是對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)后，建立橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作模型，通過(guò)理論與實(shí)測(cè)對(duì)比結(jié)果確定橋梁的實(shí)際承載能力。

無(wú)論多么高新的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)都不能取代用于評(píng)估公路大橋性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)承受工作荷載時(shí)，記錄下應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，根據(jù)測(cè)試結(jié)果工程師就能更好地了解橋梁的真實(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)。本文選用荷載試驗(yàn)方法進(jìn)行超重車(chē)輛通行承載能力的評(píng)定。

3 工程概況

某橋于1994年1月建成投入營(yíng)運(yùn)，道路等級(jí)：二級(jí)公路，設(shè)計(jì)荷載為汽-20級(jí)，上跨漳龍鐵路線。橋梁全長(zhǎng)67.95m，橋面凈寬0.5m混凝土護(hù)欄+9.5m車(chē)行道+0.5m混凝土護(hù)欄=10.50m，跨中橫斷面如圖1所示。上部結(jié)構(gòu)為3孔20m裝配式鋼筋混凝土T形梁，為三跨一聯(lián)T型梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)。T梁高1.50m，肋寬0.18～0.35m，翼板厚0.15～0.20m，翼緣寬1.60m（邊梁1.89m）。橋墩為雙柱式墩身，橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)，漿砌片石護(hù)坡，樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)建造材料采用30#混凝土，受力鋼筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋，構(gòu)造鋼筋采用Ⅰ級(jí)鋼筋。

圖1 某橋跨中橫斷面示意

現(xiàn)因高速鐵路施工，需要運(yùn)輸100t的重型設(shè)備，加之運(yùn)輸車(chē)輛總重125t從此橋梁通行?，F(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)該中橋路邊設(shè)置了禁止載重30t、軸重13t的標(biāo)志。為保證物資運(yùn)輸安全以及橋下通行鐵路線的安全，需對(duì)該橋?qū)嶋H承載能力進(jìn)行評(píng)定，分析運(yùn)輸車(chē)輛是否可以安全通行。

圖2 橋梁有限元模型圖

圖3 運(yùn)輸車(chē)輛縱向布置圖（單位：m）

4 橋梁承載能力評(píng)定

4.1 評(píng)定思路

基于汽-20級(jí)設(shè)計(jì)荷載，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)對(duì)橋梁實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行探明。建立有限元模型，采用自定義的車(chē)輛荷載的形式，在模型上添加移動(dòng)荷載工況，模擬超重車(chē)輛過(guò)橋狀態(tài)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)、橋梁技術(shù)狀況評(píng)定以及橋梁材質(zhì)狀況評(píng)定的結(jié)果，綜合評(píng)定該橋是否能通行超重車(chē)輛。

4.2 有限元模型建立

采用大型有限元通用軟件Midas Civil，運(yùn)用梁格法[4]建立該橋空間有限元模型，梁體結(jié)構(gòu)采用135個(gè)節(jié)點(diǎn)、220個(gè)梁?jiǎn)卧?6個(gè)板單元模擬，如圖2所示，超重車(chē)輛輪距參數(shù)如圖3所示。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)結(jié)果

要實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急業(yè)務(wù)信息的整合，關(guān)鍵點(diǎn)便是明晰地震應(yīng)急工作各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流向，數(shù)據(jù)流向體現(xiàn)在數(shù)據(jù)接口的概念定義上。地震應(yīng)急業(yè)務(wù)信息涉及的數(shù)據(jù)接口包括PC平臺(tái)地震應(yīng)急信息上傳服務(wù)器接口，服務(wù)端推送地震應(yīng)急信息至移動(dòng)平臺(tái)、PC平臺(tái)接口及PC端審核管理地震應(yīng)急信息接口。該系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與安全性要求較高，采用Socket加密的數(shù)據(jù)傳輸接口。

現(xiàn)場(chǎng)以設(shè)計(jì)活載產(chǎn)生的該項(xiàng)目最不利效應(yīng)值等效換算，以汽-20級(jí)設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的該試驗(yàn)項(xiàng)目的最不利效應(yīng)值等效換算，確定所需的試驗(yàn)荷載、加載車(chē)輛和輪位。該橋的靜載試驗(yàn)荷載效率ηq滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）基本荷載試驗(yàn)規(guī)定的要求[6]。

4.3.1 橋梁靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）撓度：全橋各測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.90~ 0.94，相對(duì)殘余撓度最大值為8.0%。測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范[5]規(guī)定的1.00，相對(duì)殘余撓度最大值小于規(guī)范[5]規(guī)定的20%。

（2）應(yīng)變：全橋各測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.79~ 0.88，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為11.9%。測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范[5]規(guī)定的1.00，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值小于規(guī)范[5]規(guī)定的20%。

（3）裂縫：在T梁梁底貫穿的橫向跨縫粘貼裂縫傳感器，觀測(cè)在荷載試驗(yàn)工況作用下的裂縫開(kāi)展情況。在短期加載車(chē)輛荷載作用下，監(jiān)測(cè)裂縫縫寬最大增加0.08mm（原始縫寬0.14mm），開(kāi)展后裂縫寬度為0.22mm。

4.3.2 橋梁動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）自振特性試驗(yàn)：該橋第2跨實(shí)測(cè)豎向1階自振頻率為6.16Hz，大于理論計(jì)算值5.47Hz，阻尼比為1.69%，實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型基本一致。

（2）無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)：在不同行車(chē)速度情況下，換算成標(biāo)準(zhǔn)車(chē)列后，實(shí)測(cè)得第2跨跨中截面的跑車(chē)沖擊系數(shù)為1.06、1.08、1.07，均小于理論沖擊系數(shù)1.31。

4.4 評(píng)定橋梁承載能力

4.4.1 橋梁通行承載能力的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

超重車(chē)輛能否安全地通過(guò)橋梁，一般根據(jù)配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)[5]，按公式（1）進(jìn)行計(jì)算評(píng)定。

式中：γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；S為荷載效應(yīng)函數(shù)；R為抗力效應(yīng)函數(shù)；fd為材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；abc為構(gòu)件混凝土幾何參數(shù)值；構(gòu)件鋼筋幾何參數(shù)值；Z2為通過(guò)荷載試驗(yàn)方式確定的承載能力檢算系數(shù)；ξe為承載能力惡化系數(shù)；ξc為配筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面折減系數(shù)；ξs為鋼筋的截面折減系數(shù)。

4.4.2 橋梁承載能力評(píng)定結(jié)果

基于該橋的目標(biāo)荷載（即通行超重車(chē)輛荷載），對(duì)該橋承載能力極限狀態(tài)受彎荷載效應(yīng)基本組合下T梁跨中截面抗彎承載能力進(jìn)行了檢算，結(jié)果見(jiàn)表1。該橋抗彎承載力彎矩包絡(luò)圖如圖4所示。

圖4 最不利荷載組合下主梁抗彎承載力彎矩包絡(luò)圖

表1 T梁跨中截面抗彎承載能力驗(yàn)算

注：修正后的荷載效應(yīng)按公式r0S計(jì)算，修正后的抗力效應(yīng)按公式RZ2（1-ξe）計(jì)算，富余度按公式[RZ2）/r0S-1]×100計(jì)算[5]，式中各參數(shù)同公式1。

由表1可知，該橋T梁在承載能力極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)能夠滿足正截面抗彎承載力的要求，表明該橋承載能力目前滿足的目標(biāo)荷載通行要求，該超重運(yùn)輸車(chē)輛能夠安全通行。

5 結(jié)論

（1）該橋承載能力能夠滿足該關(guān)鍵設(shè)備安全通行要求；

（2）運(yùn)梁車(chē)需嚴(yán)格遵守交通管制條例，車(chē)輛過(guò)橋時(shí)應(yīng)居中行駛，按低于10km/h的速度勻速行駛通過(guò)，禁止在橋梁范圍內(nèi)加速和剎車(chē)，同時(shí)橋下鐵路線不能有火車(chē)通行；

（3）通行過(guò)程中需對(duì)關(guān)鍵部位以及裂縫開(kāi)展情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

（4）通過(guò)荷載試驗(yàn)法能夠直觀獲得橋梁基于實(shí)際情況的承載能力，考慮因混凝土、鋼筋材質(zhì)的退化狀態(tài)，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷，保障超重車(chē)輛安全的運(yùn)輸。

[1]游德泉.普通鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋T形轉(zhuǎn)箱形截面加固方法研究[J].公路交通技術(shù)，2016（4）∶105-109.

[2]張龍龍.常規(guī)橋梁大件運(yùn)輸控制荷載研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)橋梁與隧道工程系，2014.

[3]胡勝來(lái)，鄭國(guó)華，刁榮亭.超重車(chē)輛運(yùn)輸中橋梁承載能力的評(píng)估[J].工程建設(shè)與檔案.2015（19）：505，509.

[4]E.C.漢勃力.橋梁上部結(jié)構(gòu)性能[M].郭文輝，譯.北京：人民交通出版社，1982.

[5]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTG/T J21-01-2015，公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2015.