淺談裝配式公路鋼橋加固方法

黃 明

江西省吉安市公路局路橋工程局（343000）

裝配式公路鋼橋是一種可分解的、能快速架設(shè)的橋梁。由于其具有簡單輕巧、經(jīng)濟(jì)實用、適用性強(qiáng)、組合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)好、互換性強(qiáng)和容易組裝等各種優(yōu)點,深受廣大用戶的歡迎，并在國際上享有很高的聲譽。HD200型裝配式公路鋼橋是在原有的“321”鋼橋上發(fā)展起來的，這種鋼橋從外觀上看與“321”鋼橋沒有多大區(qū)別，只是將桁架的高度由1.4 m提高到2.0m。它采取加強(qiáng)弦桿間的接頭與桁架間的接頭錯開布置，減小因銷孔間隙引起的非彈性變形，并采用預(yù)拱的方法，大大減少橋梁跨中豎向撓度，提高了橋梁的抗彎能力和剛度，減小了橋梁的豎向變形，節(jié)約了將近30%的鋼材。

1 工程實例

剛果（金）科羅韋茲大橋為兩跨連續(xù)HD200型單車道裝備式公路鋼橋，橋梁主梁由貝雷桁架拼裝而成。橋型為兩跨連續(xù)梁橋，單跨54.9m。全橋總長109.8m，橋面寬3.6m。由36個單元組成，每個單元由3個貝雷片組成，3個貝雷片橫向連接為一個單元。貝雷片長3.05m。貝雷片由三種類型的槽鋼焊接而成，每個貝雷片重約380 kg，一個單元(包括橫向連接)重約1 180 kg，全橋左右各36個共72個單元，加上行車道板和加強(qiáng)筋質(zhì)量,全橋總重約141 t。其中鋼材均為16 Mn鋼，密度7 800 kg/m3?；締卧Y(jié)構(gòu)CAD模型如圖1所示。

橋梁結(jié)構(gòu)主要由貝雷桁架現(xiàn)場拼接而成,單片貝雷主要由上弦桿、下弦桿、豎桿以及斜桿組成，HD200型鋼橋主要由桁架、支座、U型鋼橋面板、抗風(fēng)拉桿組成。桁架的容許應(yīng)力如表1所示。

表1 HD200桁架容許內(nèi)力表

圖2為HD200型單車道立面及平面圖,科羅韋茲大橋為兩跨連續(xù)，由于鄰近橋梁施工需要，將科羅韋茲大橋作為施工便橋，要求通過56 t重車，而從實際過車情況看，原橋在過重車時，跨中撓度明顯較大，不能滿足要求。現(xiàn)對原有橋梁進(jìn)行加固處理，為了對原橋使用狀況有進(jìn)一步的了解，在現(xiàn)場進(jìn)行了撓度測試，結(jié)果見表2。

表2 科羅韋茲大橋撓度觀測表

說明:各觀測點位置及跨中撓度表示如圖3所示。則由現(xiàn)場撓度測量結(jié)果可知，在25t重車加載于第二跨跨中時，ω2=0.147m，撓度過大，需要進(jìn)行加固處理。

2 加固方案的選取

對于連續(xù)梁橋的加固方法有很多種,科羅韋茲大橋擬采用增設(shè)支撐結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行加固,也就是在兩跨的跨中增加兩個橋墩，從而降低控制截面應(yīng)力,提高橋梁整體承載能力。橋墩采用打入式鋼管混凝土樁，打樁船進(jìn)行打樁作業(yè)，則成橋后橋梁整體結(jié)構(gòu)由兩跨連續(xù)變?yōu)樗目邕B續(xù)。

3 有限元建模及分析計算

3.1 強(qiáng)度剛度驗算

為簡化計算，只對單邊貝雷桁架建立有限元模型，采用midas/civil軟件對桁架進(jìn)行有限元建模,鋼材材料均為16 Mn鋼，質(zhì)量密度為7 800 kg/m3。材料的容許拉應(yīng)力σs=350 MPa、容許壓應(yīng)力[σ]=273 MPa。建模時上下弦均為梁單元，斜撐以及豎桿為桁架單元。由于貝雷片縱向連接為銷接，則建模時釋放貝雷片端部y-y軸的旋轉(zhuǎn)自由度,一個單元（3片貝雷架）模型如圖4所示。

表3 構(gòu)件斷面特性表

3.2 穩(wěn)定驗算

原橋狀態(tài)下:斜桿的換算長細(xì)比為λy=l0y/iy=200/1.22=163.93,查得穩(wěn)定系數(shù)為ψ=0.188，在56 t汽車荷載作用下，斜桿的最大軸壓力為 180.6 kN，則N/Aψ=180.6/0.188×7.04=136.45 MPa＜[σ]=273MPa。

豎桿的換算長細(xì)比為λy=l0y/iy=112.5/1.22=92.21，查得穩(wěn)定系數(shù)為ψ=0.483，在56 t汽車荷載作用下，豎桿的最大軸壓力為 399.56 kN,N/Aψ=399.56/0.483×7.04=117.5 MPa＜[σ]=273 MPa。則穩(wěn)定性均滿足要求。

4 結(jié)論

科羅韋茲大橋采用中間增設(shè)支撐結(jié)構(gòu)的方法加固后，貝雷桁架各桿件最大應(yīng)力明顯減少,跨中撓度也有顯著的改善，結(jié)構(gòu)安全度大大提高。如施工條件允許，中間增設(shè)橋墩方案應(yīng)為最佳方案，如施工條件不理想，亦可采用橋頭兩側(cè)架設(shè)龍門架，用矮塔斜拉的方式進(jìn)行加固。

表4 結(jié)構(gòu)撓度、應(yīng)力對比表（撓度單位cm,應(yīng)力單位MPa）

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].人民交通出版社,2001.

[2]黃紹金,劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[J].北京:人民交通出版社,2001.

[3]交通部.公路橋涵結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,1986.

[4]交通部.公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2008.