劉而繼、康春光

（武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司，湖北武漢430061）

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,大件運(yùn)輸?shù)膰嵨怀什粩嘣黾拥内厔輀1]。由于車輛超載等原因,造成橋梁損傷甚至橋梁坍塌等事故頻發(fā),大件運(yùn)輸車輛過橋安全性校核具有重要意義[2]。公路大件運(yùn)輸過程具有一定的危險(xiǎn)性,為保障運(yùn)輸?shù)陌踩訹3]，應(yīng)嚴(yán)格按照運(yùn)輸規(guī)范進(jìn)行運(yùn)輸。大件運(yùn)輸過程中,保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要,因此,橋梁檢測和加固也是不可或缺的[4]。

大件運(yùn)輸過程中經(jīng)常遇到某些途經(jīng)路線上的橋梁限載情況，通常普遍的做法是對(duì)橋梁進(jìn)行加固后提升橋梁的承載能力使大件運(yùn)輸重車安全通過橋梁，該方法對(duì)橋梁承載能力的提升水平有限且時(shí)間較長。因此，可在原橋梁周邊位置快速建立滿足荷載通行條件的臨時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)以供大件運(yùn)輸車輛的通行?；诖吮尘?，分析兩種不同結(jié)構(gòu)形式的臨時(shí)鋼棧橋（上承式貝雷梁鋼棧橋、下承式貝雷梁鋼棧橋）在大件運(yùn)輸情況下的受力性能，合理選擇貝雷梁鋼棧橋的結(jié)構(gòu)形式。

1 工程概況

某一石油化工行業(yè)的物流單位需運(yùn)輸一件超過160t 重型石油冶煉設(shè)備，通過20世紀(jì)90年代修建于國道上的跨江1×36m 雙曲拱橋。該橋梁設(shè)計(jì)車輛荷載為“汽車-超20、掛-120”，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）[5]被評(píng)定為4 類橋。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）[6]與《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）對(duì)該橋分別進(jìn)行靜載試驗(yàn)與動(dòng)載試驗(yàn)，橋梁強(qiáng)度和整體剛度不滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)“汽車-超20、掛-120”的要求，主梁腹板斜向裂縫為結(jié)構(gòu)性受力裂縫，對(duì)局部截面削弱明顯，影響結(jié)構(gòu)安全。因此該橋梁不具備大件運(yùn)輸車輛安全通行的條件。

貝雷梁具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)輸方便、架設(shè)快捷、載重量大、跨距與立柱高度可調(diào)、互換性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橋梁工程施工領(lǐng)域[7]。綜合以上特點(diǎn)分析得出，在原舊橋的西側(cè)建設(shè)一座滿足該車輛荷載通行條件的臨時(shí)性貝雷梁鋼棧橋。

2 不同形式貝雷梁鋼棧橋計(jì)算

2.1 鋼棧橋構(gòu)造

橋梁采用“321”型貝雷梁作為主要材料。橋梁橫向布置為5m×0.9m，總寬為4.5m，貝雷梁棧橋跨度選擇4m×9m。分別設(shè)計(jì)上承式、下承式標(biāo)準(zhǔn)形式貝雷梁鋼棧橋，并通過Midas Civil 有限元分析軟件建立計(jì)算模型對(duì)這兩種不同類型的臨時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能上的分析對(duì)比。上承式貝雷梁鋼棧橋設(shè)計(jì)三維模型如圖1所示，下承式貝雷梁鋼棧橋設(shè)計(jì)三維模型如圖2所示。

圖1 上承式貝雷梁鋼棧橋示意圖

圖2 下承式貝雷梁鋼棧橋示意圖

上部結(jié)構(gòu)貝雷片、上弦桿、下弦桿、豎向支撐架、水平支撐架、橫向分配梁、橋面板均采用16Mn 鋼板，下部結(jié)構(gòu)承重梁、鋼管樁、樁間橫向、縱向、斜向支撐均采用Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。

2.2 貝雷梁鋼棧橋有限元模型計(jì)算

大件運(yùn)輸車經(jīng)過動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)(WIM)確定荷載軸距、軸重比例，簡化后作為荷載依據(jù)分析貝雷梁鋼棧橋的受力性能，特種車主車軸線荷載為16t（2×3.4m），副車軸線荷載為16×18t（16×1.3m）。

以單跨9m（4×9m）鋼棧橋作為計(jì)算模型，有限元計(jì)算模型的參數(shù)如表1所示，上、下承式鋼棧橋的計(jì)算模型分別如圖3、圖4所示，采用有限元計(jì)算軟件Midas Civil 分別計(jì)算貝雷梁鋼棧橋主梁受力、變形及支反力。

表1 鋼棧橋計(jì)算模型信息

圖3 上承式貝雷梁鋼棧橋計(jì)算模型

圖4 下承式貝雷梁鋼棧橋計(jì)算模型

3 上、下承式受力對(duì)比分析

3.1 橋面板受力性能分析對(duì)比

如圖5、圖6所示，上承式鋼棧橋橋面板順橋向側(cè)邊產(chǎn)生的應(yīng)力最大，下承式鋼棧橋橋面板橫橋向側(cè)邊產(chǎn)生的應(yīng)力最大，且應(yīng)力普遍大于上承式。如圖7、圖8所示，上、下承式橋面系板均在中心位置產(chǎn)生的撓度值最大，下承式最大撓度值約為上承式最大撓度值的2 倍。綜上可知，下承式橋面板的受力性能弱于上承式。

圖5 上承式橋應(yīng)力

圖6 下承式橋應(yīng)力

圖7 上承式橋位移

圖8 下承式橋位移

3.2 承重梁受力性能分析對(duì)比

如圖9、圖10 的應(yīng)力及圖11、圖12 的變形所示，兩種結(jié)構(gòu)類型鋼棧橋的承重梁應(yīng)力及撓度最大值大致相同，上承式承重梁最大應(yīng)力及撓度發(fā)生于中間鋼管支撐上方，下承式承重梁最大應(yīng)力及撓度發(fā)生于兩側(cè)鋼管支撐上方，下承式承重梁較上承式承重梁受力性能更為均勻。

圖9 上承式橋承重梁應(yīng)力

圖10 下承式橋承重梁應(yīng)力

圖11 上承式橋承重梁變形

圖12 下承式橋承重梁變形

3.3 貝雷梁性能分析對(duì)比

如圖13、圖14 及圖15、圖16所示，貝雷梁最大應(yīng)力發(fā)生位置均位于支點(diǎn)處，該處應(yīng)力容易發(fā)生應(yīng)力集中，且下承式應(yīng)力最大值相對(duì)于上承式約高10%，下承式應(yīng)力分布均勻性較弱。上承式相對(duì)于下承式變形更為均勻，下承式變形往橋面內(nèi)側(cè)偏移。

圖13 上承式橋貝雷梁應(yīng)力

圖14 下承式橋貝雷梁應(yīng)力

圖15 上承式橋貝雷梁變形

圖16 下承式橋貝雷梁變形

3.4 下部結(jié)構(gòu)分析對(duì)比

如圖17、圖18 及圖19、圖20所示，上承式鋼管支撐主要由中間鋼管受力，下承式鋼管支撐主要由邊側(cè)鋼管受力，上承式應(yīng)力最大值約為下承式的2 倍，上承式下部結(jié)構(gòu)整體變形強(qiáng)于下承式，上承式鋼棧橋變形協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)。

圖17 上承式橋下部結(jié)構(gòu)應(yīng)力

圖18 下承式橋下部結(jié)構(gòu)應(yīng)力

圖19 上承式橋下部結(jié)構(gòu)變形

圖20 下承式橋下部結(jié)構(gòu)變形

4 結(jié)論

基于大件運(yùn)輸?shù)暮奢d作用，分別對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)形式的貝雷梁鋼棧橋進(jìn)行空間有限元分析計(jì)算分析，得出以下結(jié)論：

一是上承式貝雷梁鋼棧橋上部結(jié)構(gòu)的整體受力性能要優(yōu)于下承式，上部結(jié)構(gòu)受力更為均勻，構(gòu)件之間承擔(dān)外力聯(lián)系密切，可將結(jié)構(gòu)的材料性能充分發(fā)揮。

二是上承式貝雷梁鋼棧橋下部結(jié)構(gòu)的整體受力性能要弱于下承式，下部鋼管支撐受力主要集中于中間鋼管，造成該鋼管支撐的應(yīng)力相對(duì)較大，上承式整體變形能力強(qiáng)于下承式。鑒于大件運(yùn)輸作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)的概率較大，使用上承式作為大件運(yùn)輸車通行的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，需對(duì)下部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性進(jìn)行關(guān)注并優(yōu)化。

三是大件運(yùn)輸下貝雷梁鋼棧橋某一構(gòu)件的連接失效將導(dǎo)致應(yīng)力的快速提升，臨時(shí)貝雷梁鋼棧橋通行大件運(yùn)輸車輛之前需建立檢查制度，以保證通行安全。