張輝輝

(武漢中遠海運集裝箱運輸有限公司,武漢 430000)

近年來，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，一些超大、超重的工業(yè)設(shè)備被制造出來，如超高反應(yīng)塔、火箭推進器等設(shè)備[1,2]。由于這些工業(yè)設(shè)備制造地與使用地往往相距一定距離，因此需要將這些設(shè)備從生產(chǎn)地運輸?shù)绞褂玫?。并且由于設(shè)備往往是不可拆分運輸?shù)?，運輸件的重量可能非常大，如果運輸由海運承擔，將不存在運載重量上的制約因素[3]。但目前仍有大量的重載運輸工作需要由公路運輸完成。而公路等級、沿途橋梁承重能力將成為運輸線路選擇的重要因素。

一方面由于運輸沿途部分橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計荷載低于重載運輸?shù)膶嶋H運輸荷載，另一方面，由于環(huán)境長期侵蝕，車輛船只偶然撞擊等因素，在役橋梁承載力存在不同程度的下降[4]。因此往往需要對運輸沿途的橋梁結(jié)構(gòu)進行承載力加固[5,6]。

該文以一個實際橋梁結(jié)構(gòu)為例，首先從理論上分析了結(jié)構(gòu)的彎矩、剪力承載力，并且根據(jù)荷載的具體形式及大小，分析了運輸車輛及載件作用下結(jié)構(gòu)的彎矩及剪力響應(yīng)。然后根據(jù)兩者的對比分析確定加固材料、加固形式。最后分析加固后的承載能力，對重載運輸?shù)耐ㄟ^性進行驗算。該文的加固方案技術(shù)路線清晰，加固效果優(yōu)良，可為類似工程提供參考。

1 項目基本概況

1.1 橋梁概況

巖腳高橋位于貴州省遵義市境內(nèi)，為一孔凈跨20.0 m裝配式空心板梁橋，橋梁全長26.50 m，其中計算跨徑19.3 m。橋梁里程樁號為K0+170.750～ K0+197.250。橋梁設(shè)計荷載為汽車-超20級，掛車-120。橋面寬度：0.5 m(防撞墻)+0.62 m(檢修道)+凈7.0 m+0.62 m(檢修道)+0.5 m(防撞墻)=9.24 m。

空心板及橋面鋪裝為40號砼，欄桿30號砼。預(yù)應(yīng)力筋采用標準強度1 500 MPa的低松弛鋼鉸線，直徑15.24 mm，單根有效截面積140 mm2。預(yù)應(yīng)力采用后張法施工。

橋梁橫向劃分為7塊板，邊板懸臂挑出25 cm，如圖1所示。

由于該橋為老橋，在常年的維護中，空心板的下沉勢必導(dǎo)致橋面鋪裝層加大，故橋面鋪裝由原設(shè)計的15 cm加厚到30 cm進行計算。

1.2 荷載概況

由于特種運輸要求，現(xiàn)需要通過一列掛車，掛車滿載407 t。407 t掛車相關(guān)數(shù)據(jù)為：縱向軸距1.6 m；軸重291 kN?？v橫向布置如圖2所示。

2 橋梁通過性驗算

2.1 跨中荷載橫向分布系數(shù)

空心板橫截面及簡化截面形式如圖3所示，利用Midas中的截面特征計算器可求得中板及邊板的截面特性，結(jié)果如表1所示。

表1 空心板截面特性

采用鉸接板梁法求解空心板跨中橫向分布系數(shù)，使用計算軟件橋梁博士3.20版，計算結(jié)果如表2所示。

表2 影響線矩陣

特載通行時，要求掛車結(jié)構(gòu)中心線與橋梁中心線重合，橫橋向荷載加載位置固定，根據(jù)影響線矩陣及荷載加載位置可求得：2、3號板跨中橫向分布系數(shù)為0.159，4號板跨中橫向分布系數(shù)為0.145。

2.2 支點荷載橫向分布系數(shù)

按杠桿法進行計算，加載位置如圖4所示。

掛車荷載支點橫向分布系數(shù)

荷載橫向分布系數(shù)順橋向變化如圖5所示。

2.3 特載過橋計算

特載過橋計算利用軟件橋梁博士3.20建立單梁模型進行結(jié)構(gòu)驗算。全橋共劃分為23個節(jié)點，22個單元，采用橋梁博士建造結(jié)構(gòu)的三維有限元模型如圖6所示。

二期恒載——橋面鋪裝及防撞欄桿：取容重為26 kN/m3，欄桿截面積為2×0.3 m2，則

gq=(0.1×9.24+0.2×8.24+2×0.3)×26=81.91 kN/m

采用平均分攤的方法，則每塊板g=81.91/7=11.7 kN/m

建模計算將支點處(2、22節(jié)點)、1/4跨處(7、17節(jié)點)、跨中處(12號節(jié)點)彎矩、剪力匯總?cè)绫?所示。

表3 控制點荷載匯總表

按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2004)4.1.6條，對荷載進行組合，驗算結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)值[7]，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取值為1.1，汽車荷載效應(yīng)取值1.4，組合后可知各控制節(jié)點荷載狀況，如表4所示。根據(jù)計算結(jié)果，匯總各控制點承載能力如表5所示。

表4 控制點荷載組合表

表5 控制點承載能力表

通過以上計算可知，既有橋梁未進行加固前通行滿載407 t的掛車時，抗彎能力不滿足要求，但抗剪能力能夠滿足要求。

3 加固方案及驗算

3.1 加固方案

考慮此次重件運輸車輛僅有一臺(次)通行，由于橋梁結(jié)構(gòu)形式為簡支空心板，為了加固時施工方便，節(jié)約工期，對巖腳高橋采用增大截面法進行加固[8,9]，及鑿除既有鋪裝層，重新鋪裝強度更高的C50聚丙烯纖維混凝土作為鋪裝層，鋪裝層為15 cm厚聚丙烯纖維混凝土+5 cm厚瀝青混凝土，并在聚丙烯纖維混凝土中設(shè)置直徑14 mm的HRB400鋼筋網(wǎng)片，間距10×10 cm。

①C50聚丙烯纖維混凝土：彈性模量Ec=3.45×104MPa，軸心抗壓強度標準值32.4 MPa，軸心抗拉強度標準值2.65 MPa，軸心抗壓強度設(shè)計值22.4 MPa，軸心抗拉強度設(shè)計值1.83 MPa。

②水泥：采用普通硅酸鹽42.5級以上的水泥，水泥質(zhì)量須符合國經(jīng)貿(mào)運行[2001]288號《關(guān)于實施水泥新標準有關(guān)問題的通知》的要求。

③改性聚丙烯纖維：聚丙烯纖維抗拉強度≥350 MPa；拉伸極限27.2%，纖維直徑18～20 μm，纖維長度>12 mm，彈性模量≥3 500 MPa。其它技術(shù)指標應(yīng)滿足《公路水泥混凝土纖維材料聚丙烯纖維和聚丙腈纖維》(JT/T 525—2004)的要求。

④混凝土E200界面劑：為保證新老混凝土結(jié)合面的粘接強度，應(yīng)使用E200混凝土界面劑。

E200界面劑由主劑、硬化劑和固化劑組成，主劑與固化劑的質(zhì)量比為4∶1，可用時間在20 ℃時為(40±10)min，根據(jù)主劑和固化劑總用量、溫度不同而不同。不宜在溫度低于5 ℃時使用。

3.2 加固后驗算

采用與前面相同的方式計算加固后彎矩的極限承載力，并與荷載產(chǎn)生的彎矩響應(yīng)值相比較，得到結(jié)果如表6所示。

表6 加固效果驗算

從表6中可以看出，加固后，關(guān)鍵節(jié)點的承載力均得到明顯的提升，且均大于重載交通產(chǎn)生的荷載值，加固前結(jié)構(gòu)的跨中承載力小于荷載產(chǎn)生的彎矩值，因此重載車無法通過，而在加固后，承載力能夠保證車輛安全通過，證明了加固的有效性。

4 結(jié) 論

該文以一個實際橋梁的加固過程為案例，詳細分析了重載交通作用下橋梁結(jié)構(gòu)加固的計算分析過程，加固后結(jié)構(gòu)的承載力得到明顯增強，重載運輸通過的安全性得到提高?？蔀轭愃七\輸途中遇到的加固問題提供參考依據(jù)。該文在結(jié)構(gòu)承載力計算、結(jié)構(gòu)荷載響應(yīng)計算過程中運用理論分析與有限元模型相結(jié)合的方式進行，不僅提高了計算的準確度，也為類似結(jié)構(gòu)的多片梁形式的橋梁計算提供參考。