謝 丹 惠小磊 張國(guó)強(qiáng)

（1、陜西西公院工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710065 2、陜西交控市政路橋集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710065 3、西安公路研究院有限公司，陜西 西安 710065）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型建筑需求不斷增多，一些大型設(shè)備需要通過特種車輛過橋運(yùn)輸。但是由于設(shè)計(jì)荷載等級(jí)所限，原有城市橋梁已不能滿足特種車輛過橋的需要；另外，現(xiàn)有橋梁確實(shí)存在一些隱患和問題，如早期修建的橋梁日益老化，承載能力明顯下降，若特種車輛直接行駛在這些橋梁上，可能會(huì)引起橋梁的損壞甚至發(fā)生重大安全事故[1，2]。因此，對(duì)超限車輛通行路線的橋梁通過能力進(jìn)行安全評(píng)估就顯得格外重要。本文以某工業(yè)園區(qū)大橋?yàn)槔?，進(jìn)行承載能力分析，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)給出了超限車輛過橋的建議和措施。

1 工程概況

該橋建于2008 年，全長(zhǎng)167m。上部結(jié)構(gòu)采用8-20m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩聯(lián)，4 跨一聯(lián)，單幅橫向布置4片梁，單幅橋面寬度為0.5m（護(hù)欄）+11m（行車道）+0.5m（護(hù)欄）；下部結(jié)構(gòu)為肋板式臺(tái)，雙柱墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。該橋目前運(yùn)營(yíng)狀況良好。

為運(yùn)輸特種設(shè)備，需兩輛車貨總重均為225 噸的特種車經(jīng)過該大橋。為確保運(yùn)輸安全，驗(yàn)證特種車通過橋梁的可行性，對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)荷載驗(yàn)算和特種車輛荷載驗(yàn)算，對(duì)驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而確定特種車輛過橋時(shí)所產(chǎn)生的荷載效應(yīng)是否滿足設(shè)計(jì)荷載要求，并在理論驗(yàn)算結(jié)果表明特種車輛荷載效應(yīng)滿足原設(shè)計(jì)要求時(shí)提出安全的通行措施。橋梁檢算主要從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面進(jìn)行承載能力檢測(cè)評(píng)定，理論承載能力評(píng)定考慮承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算[3，4]。

2 橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算方法

該大橋設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)，車輛荷載橫向布置圖見圖1；兩輛特種車長(zhǎng)均為60m，高5m，寬4.8m，縱向均為13 軸，車貨總重均為225 噸，具體各軸重分配及布置見圖1。

圖1 特種車軸重橫向分配

本次驗(yàn)算按照單梁計(jì)算，故需要計(jì)算出設(shè)計(jì)荷載和特種車輛荷載作用下最大橫向分布系數(shù)的單梁位置，從而對(duì)最大橫向分布系數(shù)的單梁在兩種荷載作用下進(jìn)行計(jì)算。其中設(shè)計(jì)荷載按公路-Ⅰ級(jí)橫向中載、偏載兩種情況計(jì)算，取橫向分布系數(shù)最大者計(jì)；特種車按單車道一輛車橫向居中布置計(jì)算。

如果設(shè)特種車在該單梁上產(chǎn)生的內(nèi)力值為M（V）t；公路-Ⅰ級(jí)荷載在該單梁上產(chǎn)生的最大內(nèi)力值為M（V）g；則當(dāng)M（V）t/M（V）g≤1.3 時(shí)，該特種車通過K15+035 蘆河大橋是可行的；則當(dāng)M（V）t/M（V）g＞1.3 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行極限承載能力驗(yàn)算，通過驗(yàn)算結(jié)果判定特種車通過該橋的可行性[5]。

根據(jù)有限元計(jì)算原理并通過計(jì)算機(jī)電算程序，采用剛接板梁法對(duì)該大橋按公路-Ⅰ級(jí)與特種車輛分別進(jìn)行橫向分布系數(shù)計(jì)算，具體結(jié)果如表1。

表1 橫向分布系數(shù)

由以上數(shù)據(jù)可以看出設(shè)計(jì)荷載對(duì)1、4 號(hào)梁的橫向分布系數(shù)最大，特種車輛對(duì)2、3 號(hào)梁的橫向分布系數(shù)最大；故為保證特種車輛過橋安全，對(duì)2 號(hào)梁進(jìn)行單梁計(jì)算。2號(hào)梁在設(shè)計(jì)荷載及特種車單獨(dú)作用下橫向分布系數(shù)取值分別為0.590、0.281。

考慮到特種車輛軸重特別大，分別對(duì)特種車輛車輪荷載和設(shè)計(jì)車輪荷載進(jìn)行了局部驗(yàn)算，對(duì)驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以驗(yàn)證梁間板的承載能力是否滿足特種車輛車輪荷載效應(yīng)[6]。

3 主梁計(jì)算

3.1 計(jì)算模型的建立

根據(jù)有限元原理，上部結(jié)構(gòu)采用計(jì)算機(jī)電算程序進(jìn)行單梁計(jì)算，梁體所分擔(dān)的荷載按橫向分布系數(shù)計(jì)，縱向荷載分布由電算程序按規(guī)范規(guī)定自動(dòng)計(jì)算設(shè)計(jì)荷載最不利狀況，特種車輛荷載縱向分布根據(jù)跨中控制截面彎矩影響線取最不利布置。共劃分80 個(gè)計(jì)算單元，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型離散圖如圖2 所示。

圖2 單梁計(jì)算離散圖

3.2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

在計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力效應(yīng)時(shí)計(jì)入汽車沖擊系數(shù)[7]，在計(jì)算特種車輛荷載效應(yīng)時(shí)，不計(jì)入汽車沖擊系數(shù)，要求特種車輛過橋時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范要求以5Km/h的車速勻速通過。公路-Ⅰ級(jí)荷載、特種車1、特種車2 作用下主梁控制截面內(nèi)力情況分別見表2、表3、表4。

表2 公路-Ⅰ級(jí)荷載作用下主梁控制截面內(nèi)力

表3 特種車1 作用下主梁控制截面內(nèi)力

表4 特種車2 作用下主梁控制截面內(nèi)力

4 車輪荷載局部簡(jiǎn)算

板（濕接縫+兩側(cè)翼緣板）寬1.3m,厚0.2m(均值)。順橋向La=19.2m,橋向Lb=1.3m，La/Lb=14.8，遠(yuǎn)大于2。按要求，行車道板為單向板，為安全計(jì)不考慮縱橋向彎矩、剪力的傳遞，取單位寬度按簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

4.1 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算彎矩時(shí)，計(jì)算跨徑l=l0+t=1.5m；計(jì)算剪力時(shí)，計(jì)算跨徑l=l0=1.3m。本次驗(yàn)算荷載為公路-Ⅰ級(jí)、特種車荷載。特種車按規(guī)范要求居中行駛。

公路-Ⅰ級(jí)荷載取后軸進(jìn)行計(jì)算。汽車后輪的著地長(zhǎng)度a2=0.2m，寬度b2=0.6m,后軸上的壓力140KN，此時(shí)橋面板上的輪壓區(qū)域?yàn)椋篴1=a2+2h=0.54m；b1=b2+2h=0.84m。特種車取后軸進(jìn)行計(jì)算。汽車后輪的著地長(zhǎng)度a2=0.2m，寬度b2=0.6m,后軸上的壓力取最大值195KN，此時(shí)橋面板上的輪壓區(qū)域?yàn)椋篴1=a2+2h=0.54m；b1=b2+2h=0.79m。

車輪在板跨中部時(shí)：a=a2+2h+l/3=0.94m＜2l/3=1m，應(yīng)取1m；a’= a2+2h+t=0.74m。a(a’)＜d=1.4m，即有效分布寬度小于兩后軸輪距，所以兩后軸各自的有效分布寬度不發(fā)生重疊，故板內(nèi)的車輪荷載為P/2=70KN。根據(jù)圖4 所示，車輛居中行駛時(shí)，車輪在板端。則a=0.84＜d=1.55m，即有效分布寬度小于后軸輪距，所以后軸各自的有效分布寬度不發(fā)生重疊，故板內(nèi)的車輪荷載為P/4=48.75KN。

4.2 驗(yàn)算結(jié)果分析

橋梁結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)評(píng)定采用荷載效應(yīng)比較分析法。首先，依據(jù)設(shè)計(jì)荷載得出橋梁主要控制截面內(nèi)力組合值；然后，根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)資料及由質(zhì)量調(diào)查獲得的折減系數(shù)，計(jì)算出橋梁各構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)下的抵抗力；最后，通過比較兩者的大小來判斷該橋承載能力極限狀態(tài)能否滿足要求，只有當(dāng)荷載效應(yīng)不利組合值小于或等于抵抗效應(yīng)時(shí)，其承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。公路-Ⅰ級(jí)荷載按最不利位置布置，計(jì)算時(shí)考慮沖擊系數(shù)的影響；特種車按圖2 位置布置，計(jì)算時(shí)不考慮沖擊系數(shù)。驗(yàn)算結(jié)果滿足要求。

經(jīng)過兩種荷載進(jìn)行橫向分布與折減后對(duì)該橋2 號(hào)梁各截面的內(nèi)力值折線圖如圖3、圖4 所示。

圖3 2 號(hào)梁剪力彎矩比較折線圖(特種車1)

圖4 2 號(hào)梁剪力彎矩比較折線圖(特種車2)

由以上兩種荷載作用下各截面的內(nèi)力值與2 號(hào)梁各截面內(nèi)力折線圖可以看出M(V)t/M(V)g＜1.3，車輪荷載的局部對(duì)比簡(jiǎn)算結(jié)果表明特種車輛車輪荷載效應(yīng)小于設(shè)計(jì)荷載車輪效應(yīng)，故這兩輛特種車分別單獨(dú)通過該是可行的。

5 結(jié)論

由以上計(jì)算可知，特種1 和2 分別單獨(dú)通過該大橋是可行的。特種車輛對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩效應(yīng)和剪力效應(yīng)均小于橋梁原設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)。重車運(yùn)輸過程中橋梁上部結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。特種車輛可以安全通過大橋，但要注意特種車輛過橋可能會(huì)損壞橋梁，因此過橋時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.在重車運(yùn)輸過程中，車速不得超過5km/h，且車速要均勻，不得在橋上出現(xiàn)剎車或加速的情況；

b.在重車運(yùn)輸過程中，車輛須盡量沿橋梁中心線通過（居中通過），過橋過程中盡量不調(diào)整行駛方向；

c.在重車運(yùn)輸過程中，須安排2 名專業(yè)人員在橋梁側(cè)面觀察，實(shí)時(shí)跟蹤梁板裂縫情況；如有新裂縫產(chǎn)生或舊裂縫持續(xù)發(fā)展的情況（或其他危險(xiǎn)情況），立即終止運(yùn)輸，車輛駛離橋梁；

d.運(yùn)輸完畢后，需要按規(guī)定向橋梁有關(guān)部門報(bào)備情況，以便對(duì)橋梁進(jìn)行后續(xù)檢查；

e.過橋時(shí)應(yīng)臨時(shí)封閉全橋交通，除特種車以外，橋上不允許有任何其他車輛以及任何行人；

f.特種車過橋時(shí)應(yīng)沿橋中心線行駛，車速按5km/h 勻速行駛通過，不得突然加速或剎車；

g.重車過橋的時(shí)間段宜在07:00～19：00，嚴(yán)禁夜間及雨霧天通行。