特殊活載作用下簡支梁橋臨時支撐的剛度優(yōu)化

郭凱紅

（聞合高速公路建設管理處，山西 運城 044000）

0 引言

在中國經(jīng)濟飛速發(fā)展的年代，公路建設發(fā)展迅速，公路交通量在不斷增加，而車輛重載超速的情況也越來越嚴重，公路橋梁活載日趨增加，造成一些橋梁負荷增大，存在承載力不足的現(xiàn)象。

許多既有橋梁要經(jīng)受臨時或長期大型特殊荷載的考驗，對于經(jīng)常承受特大型荷載的橋梁必須進行必要的加固補強，而對臨時需要通過特大型荷載的橋梁可以通過采取臨時加固措施滿足活載通過要求。增加支撐是一種較為常見的、臨時提高結(jié)構(gòu)安全功能的措施，通過增設支點（柱子或托架等）來減小結(jié)構(gòu)的計算跨徑，達到降低結(jié)構(gòu)內(nèi)力峰值和提高結(jié)構(gòu)承載能力的加固方法[1]，但是當支撐剛度設計不合理時，在支撐點截面會出現(xiàn)較大的負彎矩而使主梁在結(jié)構(gòu)上緣出現(xiàn)承載力不足而破壞的情形，為了避免這類破壞發(fā)生，可以通過協(xié)調(diào)主梁和支撐的剛度使結(jié)構(gòu)內(nèi)力達到合理狀態(tài)。本文針對增加支撐加固提出對支撐剛度的優(yōu)化設計，尋求剛度和強度之間合理的平衡[2]，使加固達到理想效果。

1 理論分析

式中：δ為表示單位力產(chǎn)生的位移；Δ1p為外力在力的方向上產(chǎn)生的位移。求得M表達式：

式中：n為表示支撐剛度與主梁剛度比，即：k支撐/k主梁；k為剛度系數(shù)。

圖1 計算模型

圖2 加載模型

由上面分析可知結(jié)構(gòu)在活載作用下，彈性支撐點截面的內(nèi)力與支撐剛度相關，可以通過調(diào)節(jié)主梁與支撐之間的剛度關系使主梁的內(nèi)力達到比較合理的受力狀態(tài)。

2 工程實例應用

2.1 理論計算

某橋為一主跨30 m簡支T型梁橋，原設計荷載為汽車—20級，現(xiàn)在需通過一特殊掛車活載，掛車車軸共12排，軸距從前往后依次為2.25 m+1.92 m+9×1.5 m，總長 17.67 m，相應的軸重分別為 8.5（t）+17（t）+17（t）+9×25（t），總軸重 267.5 t。為了保證特殊掛車活載能安全地通過橋梁，在橋梁跨中增設臨時支撐改善橋梁受力狀態(tài)。由于原結(jié)構(gòu)處于全截面下緣受拉狀態(tài)，主要受力鋼筋布置在截面下緣，增加支撐后可能出現(xiàn)上緣受拉狀態(tài)而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。為了避免這類破壞發(fā)生，可以通過協(xié)調(diào)支撐剛度使主梁內(nèi)力達到合理的狀態(tài)。

表1 活載作用下各主要截面內(nèi)力

上面計算結(jié)果可以看出增加支撐能夠削減主梁各截面內(nèi)力值；剛性支撐對正荷載效應削減較大，但同時會出現(xiàn)較大的負效應對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利；彈性支撐當n=12時，整個主梁在活載作用下始終保持下緣受拉狀態(tài)，與原結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)一致，并且各截面內(nèi)力也相應減小，能夠滿足荷載通過要求。剛性支撐和彈性支撐計算結(jié)果表明增加彈性支撐比剛性支撐更加合理。

2.2 試驗結(jié)果

該橋按照上面理論分析結(jié)果，用增加彈性支撐的方式進行臨時加固，對加固前后荷載試驗檢驗橋梁的承載能力進行對比。試驗采用了兩輛東風-30 t（車重+貨重）載重車，按雙車道進行加載，在各梁跨中截面和1/4截面分別布置了應變片和千分表，采集數(shù)據(jù)進行分析（如圖3所示），橋縱向按最不利位置加載，橫向考慮中載和偏載兩種情況。加固前后試驗結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖3 千分表和應變片位置

圖4 跨中截面加固前后位移

圖5 四分點截面加固前后位移

由試驗檢測結(jié)果可以看出增加彈性支撐后跨中界面和四分點截面撓度都相應減小，1/4截面位移減小幾乎達到一半左右，跨中截面減少也接近1/4，這與理論計算結(jié)果比較吻合，說明支撐剛度選取很合理，加固達到了預期效果。

3 存在問題說明

本文基于車道荷載加均布載和集中力進行理論推導，但車輛并非均勻的線性荷載，所以對于車輛荷載需要進一步按其實際與橋梁結(jié)構(gòu)接觸情況進行加載進行推導。

4 結(jié)語

a）對于有特殊活載通過的簡支結(jié)構(gòu)情況，可以在跨中施加支撐減小截面正彎矩，保證結(jié)構(gòu)的安全。

b）通過協(xié)調(diào)上部構(gòu)造和臨時支撐的剛度，使得上部構(gòu)造的內(nèi)力分布達到較合理狀態(tài)，而不至于使結(jié)構(gòu)因為施加臨時支撐，而產(chǎn)生較大次內(nèi)力導致破壞。

c）實際工程中施加臨時支撐時，原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受恒載處于變形狀態(tài)，考慮支撐剛度時需按結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)結(jié)合原結(jié)構(gòu)配筋情況進行調(diào)節(jié)，以期使結(jié)構(gòu)內(nèi)力達到預期的理想效果。