基于多點(diǎn)支撐的橋涵臨時(shí)加固方法

郭瑞軍

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原030006）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型設(shè)備逐漸增多，橋涵臨時(shí)加固設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。特種車輛重量有的甚至達(dá)上千噸，每個(gè)軸重也有幾十噸，因此，其運(yùn)輸路線所經(jīng)過的橋涵面臨著巨大的考驗(yàn)。若不對其進(jìn)行加固，這些橋涵會(huì)遭到很嚴(yán)重的破壞，損壞后再加固意味著較高的經(jīng)濟(jì)成本。若對路線橋涵做永久性加固，則特種車輛經(jīng)過后，對于本來承載能力已經(jīng)達(dá)到要求的橋涵將是一種浪費(fèi)。多點(diǎn)支撐體系是在橋梁結(jié)構(gòu)下部增設(shè)支撐，通過減小結(jié)構(gòu)跨徑以減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力的體系，如利用該體系加固坦拱橋技術(shù)[1]。首先分析原結(jié)構(gòu)的受力情況，之后根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)來決定增設(shè)支撐的位置，并通過調(diào)解支撐點(diǎn)的位置以及支撐點(diǎn)的彈性力來調(diào)節(jié)其他截面的內(nèi)力，最終使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力處于理想狀態(tài)。

本著節(jié)約工程投資、縮短工期、不中斷交通的原則，為提高橋涵的承載力，保證特種車輛的安全通行，基于多點(diǎn)支撐的加固原理，以山西某加固項(xiàng)目為依托，對特種車輛所經(jīng)橋涵進(jìn)行了加固處理。

1 工程概況以及特種車輛

1.1 依托工程

山西某橋梁，全橋共1 跨，全長7m，梁高0.3m，是一座板式橋梁。橋面布置為9.0m（車行道）+2×1.0m（人行道）。下部結(jié)構(gòu)為圬工涵臺，鋼筋混凝土臺帽。

1.2 特種車輛

特種車輛荷載計(jì)算模型為600t，共6件，其中單件設(shè)備自重488.1t，尺寸為35×6.4×4.4m，平板車自重為112，如圖1所示。

圖1 特種車輛模型示意圖（單位：mm）

2 臨時(shí)加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù)橋梁病害情況和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，經(jīng)專家討論確定該橋的加固設(shè)計(jì)方案。主梁采用增加臨時(shí)支撐加固對橋梁進(jìn)行加固[2-4]。采用臨時(shí)支撐加固法，通過計(jì)算分析后，在離兩橋臺0.6m 處給板梁每延米施加45kN 的上頂力，在跨中處每延米施加65kN的上頂力。

本次臨時(shí)加固采用搭設(shè)腳手架，上頂力或鋪設(shè)鋼板的方案對橋梁進(jìn)行臨時(shí)加固處理。首先對地基進(jìn)行處理，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行腳手架的搭設(shè)；在跨中搭設(shè)臨時(shí)腳手架，千斤頂設(shè)置在鋼管排架的中間位置（50cm/2），對頂層水平桿加強(qiáng)（增加肢數(shù)）后，其上橫置2 根工字鋼，放上千斤頂，再放工字鋼施加預(yù)頂力，雙肢（2×50 斷面）單組橫向應(yīng)為6個(gè)千斤頂，單肢橫向應(yīng)為3個(gè)；同時(shí)施力后擰緊頂托螺絲，再卸掉千斤頂。在車輛通過前對每個(gè)工字鋼施加向上的頂推力，以達(dá)到臨時(shí)加固的目的。加固方案如圖2所示。

圖2 多點(diǎn)支撐加固方案圖

3 臨時(shí)加固前后建模對比分析

3.1 加固模型的建立

本文運(yùn)用Midas Civil有限元軟件進(jìn)行了建模分析[5]，橋梁為板式結(jié)構(gòu)，偏安全考慮，對橫橋向單位寬度1m 的板進(jìn)行驗(yàn)算分析。因特種荷載行駛速度緩慢，對模型進(jìn)行了簡化處理，以靜力集中荷載模擬特種荷載軸重，按橋長可以布置的最大軸重值加載。通過在梁下部建立多點(diǎn)集中力來模擬千斤頂頂推力，并通過調(diào)整集中力大小來實(shí)現(xiàn)頂推力對主梁內(nèi)力的調(diào)整，最終使結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。加固模型如圖3、圖4所示。

3.2 加固前后荷載組合

因特種車輛在行駛過橋時(shí)速度較小，且為臨時(shí)短時(shí)間通過，因此，按橋涵短期組合進(jìn)行驗(yàn)算。荷載組合如下[6]：

（1）短期組合：1.2 恒載+1.0 汽車荷載（剪力最大布載，不含沖擊）；

（2）短期組合：1.2 恒載+1.0 汽車荷載（彎矩最大布載，不含沖擊）。

圖3 離散化模型

圖4 主梁加固的模擬

3.3 加固前后對比分析

針對主梁的整體驗(yàn)算，考慮恒載及特種車輛荷載的影響，對主梁梁端截面、L/4 截面以及跨中截面這幾個(gè)最不利截面區(qū)段進(jìn)行了強(qiáng)度驗(yàn)算，對比分析加固前后，結(jié)構(gòu)內(nèi)力及驗(yàn)算結(jié)果如表1～表4及圖5～圖8 所示（其中“NG”代表驗(yàn)算不通過，“OK”代表通過）。

（1）主梁抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算（剪力最大布載）

表1 加固前后主梁抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算（剪力最大布載）

圖5 加固前后主梁抗彎強(qiáng)度（剪力最大布載）

從表1 和圖5 中可以看出，加固前主梁跨中截面的計(jì)算彎矩為222.222 kN·m，大于抗力設(shè)計(jì)值12.729 kN·m。經(jīng)過本文設(shè)計(jì)的臨時(shí)加固方案加固后，L/4 截面、跨中、3L/4 截面的彎矩與加固前相比分別減小了20.3%、30.9%、21.6%，分別比設(shè)計(jì)抗力值小48.6%、26.7%、28.7%，加固效果非常顯著。

（2）主梁抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算（剪力最大布載）

從表2 和圖6 中可以看出，加固前梁端截面的計(jì)算剪力為208.932kN，大于抗力設(shè)計(jì)值47.7 kN。經(jīng)過本文設(shè)計(jì)的臨時(shí)加固方案加固后，3L/4 截面、梁端的彎矩較加固前分別減小了29.2%、27.5%，比設(shè)計(jì)抗力值小58.6%、6.1%。

表2 加固前后主梁抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算（剪力最大布載）

圖6 加固前后主梁抗剪強(qiáng)度(剪力最大布載)

（3）主梁抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算（彎矩最大布載）

從表3 和圖7 中可以看出，加固前主梁跨中截面的計(jì)算彎矩為249.711kN·m，大于抗力設(shè)計(jì)值40.218 kN·m。經(jīng)過本文設(shè)計(jì)的臨時(shí)加固方案加固后，L/4 截面、跨中、3L/4 截面的彎矩較加固前分別減小了16.8%、27.5%、21.0%，比設(shè)計(jì)抗力值小35.0%、13.6%、26.0%，加固效果非常顯著。

表3 加固前后主梁抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算（彎矩最大布載）

圖7 加固前后主梁抗彎強(qiáng)度（彎矩最大布載）

（4）主梁抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算（彎矩最大布載）

從表4 和圖8 中可以看出，加固前梁端截面的計(jì)算剪力為175.945kN，大于抗力設(shè)計(jì)值47.7kN。經(jīng)過本文設(shè)計(jì)的臨時(shí)加固方案加固后，跨中、3L/4截面、梁端的彎矩較加固前分別減小了60.0%、44.9%、15.6%，比設(shè)計(jì)抗力值小88.6%、79.1%、7.9%。

綜合以上分析可以看出，在加固之前，在最大剪力布載與最大彎矩布載條件下，主梁跨中截面抗彎驗(yàn)算以及梁端截面抗剪驗(yàn)算都未通過。在加固之后，在最大剪力布載的情況下，跨中最大彎矩比原來減小了30.9%，L/4 處彎矩減小了20%左右；梁端最大剪力比加固前減小了27.5%，L/4 處彎矩減小了29%左右，因梁下支撐點(diǎn)的緣故，中跨的抗剪承載力會(huì)有較小的損失，為2.1%。在最大彎矩布載條件下，跨中最大彎矩比原來減小了27.9%，L/4 處彎矩減小了16%左右；梁端最大剪力比加固前減小了15.6%，L/4 處彎矩減小了40%左右，中跨的抗剪承載力沒有明顯的提高?？梢姡ㄟ^多點(diǎn)支撐體系的加固，使得涵洞的承載能力得到了提高，且最終特種車輛安全通過。

表4 加固前后主梁抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算（彎矩最大布載）

圖8 加固前后主梁抗剪強(qiáng)度（彎矩最大布載）

4 結(jié)語

本文基于多點(diǎn)支撐原理，以某座橋梁為依托工程，對其進(jìn)行了加固前后對比分析，驗(yàn)證了該加固方法加固效果明顯，并可以方便地通過調(diào)解上端千斤頂以控制結(jié)構(gòu)的受力情況，易于操作，但該種加固方法，需注意多點(diǎn)支撐體系下端地基的承載能力。綜上所述，本文所提出的加固方法可作為特種車輛荷載臨時(shí)加固參考方案。

[1] 周建庭，張勁泉，任紅偉，等.多點(diǎn)支撐加固坦拱橋試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2009，26（11）：66-70.

[2] 解玉俠，周建庭，高凱.特重型物件過橋的臨時(shí)性加固技術(shù)方案探討[J].西部交通科技，2013（11）：16-19.

[3] 鄧子娜.超重荷載下橋梁結(jié)構(gòu)安全性能評估及臨時(shí)加固設(shè)計(jì)方法研究[J].中外公路，2011，31（3）：207-209.

[4] 魏超飛.混凝土梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究[J].山西交通科技，2009（5）：25-27.

[5] 邱順冬.橋梁工程軟件Midas Civil 應(yīng)用工程實(shí)例[J].北京：人民交通出版社，2011.

[6] JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].