安穩(wěn)電廠大件運(yùn)輸舊橋臨時加固方案研究

文/ 王軍禮 重慶市綦江區(qū)公路局 重慶 401420

安穩(wěn)電廠大件運(yùn)輸舊橋臨時加固方案研究

文/ 王軍禮 重慶市綦江區(qū)公路局 重慶 401420

重慶安穩(wěn)電廠擴(kuò)建，需運(yùn)輸自重350噸，車貨總重434.5噸的發(fā)電機(jī)定子通過雙曲拱橋，原橋能力不能滿足大件通過的需要，采用在原橋主拱圈下設(shè)置工字鋼聯(lián)合支架作為附加拱圈的方式進(jìn)行臨時加固后滿足承載要求，并順利通過，為舊橋臨時加固以及大件運(yùn)輸積累了經(jīng)驗(yàn)。

大件運(yùn)輸；附加拱圈；臨時加固

1、工程概況

因重慶市綦江區(qū)安穩(wěn)鎮(zhèn)電廠建設(shè)需要，需通過一座舊拱橋--羊叉橋?qū)⒋蠹冸娖鬟\(yùn)送至電廠，本次運(yùn)輸車貨總重434.5噸（其中貨重350噸、平板車重52.5噸，牽引車重32噸）。羊叉橋全長52.0m，橋梁全寬6.0m：[護(hù)欄（0.4m）+橋面鋪裝（5.2m）+護(hù)欄（0.4m）]，下部結(jié)構(gòu)為重力式橋臺及剛性墩；橋面鋪裝為水泥混凝土路面，欄桿為鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，上部結(jié)構(gòu)為跨徑2×20m的鋼筋混凝土雙曲拱橋。該橋于2016年初已進(jìn)行過加固整治，整治方案是采用增大截面法，在原拱肋下方設(shè)置25cm厚鋼筋混凝土板將6片拱肋連成整體，以增大截面尺寸和截面剛度，加固后，滿足了車貨總重311噸大件貨物的通行要求。

2、附加拱圈設(shè)計(jì)

2.1 附加拱圈方案

此次為滿足臨時通行434.5噸大件貨物的需要，充分利用原橋承載力，綜合考慮各種因素，本次臨時輔助支撐設(shè)計(jì)采用附加拱圈形式，在原橋主拱圈下設(shè)置工字鋼聯(lián)合支架拱圈，附加拱圈的上表面與原橋拱圈下表面充分接觸，通過千斤頂對附加拱圈的拱腳施加軸向頂推力，強(qiáng)迫附加拱圈對原橋主拱圈施加均布壓力，這部分壓力可以抵消原橋部分恒載，達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。此外，在主動施加一定的頂推力后，將附加拱圈與原拱圈進(jìn)行固定連接，使附加拱圈與原拱圈形成整體，聯(lián)合受力，從而提高原拱圈的承載能力。初步計(jì)算表明，附加拱圈提供100噸的反向壓力，即可滿足本次大件車輛過橋需要。

2.2 附加拱圈布置形式

附加拱圈主要由12榀鋼拱架組成，每榀鋼拱架型號為20a的熱軋型工字鋼利用連接鋼板焊接而成（縱向長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測值確定，分段拼裝而成）每兩榀鋼拱架通過橫向鋼板焊接形成一榀，全橋共形成六榀鋼拱架；各榀鋼拱架在拱腳處放置在牛腿上，通過千斤頂將拱架與主拱圈緊密貼合在一起，附加拱圈,截面如圖1、圖2，每榀鋼拱架的重量為0.43噸。

圖1 附加拱圈橫斷面布置圖

圖2 附加拱圈縱斷面布置圖

在安裝每榀工字鋼之前先在每榀工字鋼下方對應(yīng)位置植入鋼板，等每榀工字鋼臨時用螺桿固定后，通過千斤頂?shù)恼{(diào)整位置并施加軸向壓力，待每榀工字鋼頂壓就位后將工字鋼與鋼板進(jìn)行焊接，從而保證附加拱圈與原拱圈共同受力并提供附加拱圈的橫向約束。

3、附加拱圈驗(yàn)算

(1)混凝土

a、C 40 混凝土(適用于加固混凝土拱圈和橋墩、臺前墻及腹拱圈加固)：彈性模量：3.45×104 MPa；剪切模量：1.3×104 MPa；軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fcd=18.4MPa；軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ftd=1.65 MPa；泊桑比：0.2；線膨脹系數(shù)：1.0×10-5/°C；容重：γ=26.0 kN/m3。

b、C 20 混凝土(適用于原拱肋和微彎板)：彈性模量：2.55×104MPa；剪切模量：1.02×104 MPa；軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fcd=9.2MPa；軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ftd=1.06 MPa；泊桑比：0.2；線膨脹系數(shù)：1.0 ×10-5/°C；容重：γ=26.0 kN/m3。

c、砌體(適用于橋墩、橋臺)：砌體彈性模量：7.3×103 MPa；砌體線膨脹系數(shù)：0.8×10-5 /°C； d、橋面鋪裝：鋼筋混凝土容重：γ=25.0 kN/ m3；瀝青混凝土容重：γ=22.0 kN/ m3。

(2)普通鋼筋

a、R 235鋼筋：彈性模量Es=2.1×105 MPa；抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fsd=195 MPa；標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk=235 MPa。

b、HRB335鋼筋：彈性模量Es=2.0×105 MPa；抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fsd=280 MPa；標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk=335 MPa。

(3)工字鋼

工字鋼采用型號為 20a 的熱軋工字鋼,其參數(shù)如下,截面面積35.5cm2,對 x 軸的截面慣性矩為 IX=2370cm4,彎曲截面系數(shù)W x=237cm3,IX：SX=17.2cm,每米理論重量為27.9kg。

3.2 牛腿的驗(yàn)算

圖3 牛腿立面圖

如圖3 所示，支承工字鋼的牛腿采用不同尺寸的鋼板焊接在一塊100cm×42cm厚度為2cm的底座鋼板上。每個牛腿采用8根Ф16普通螺桿植筋固定。作用在每個牛腿上的力為F為200kN，鋼板及螺栓的材料均為Q 235鋼，許用應(yīng)力 =170MPa， =130MPa。當(dāng)F垂直作用在牛腿上時，通過分析每個螺桿的受力，當(dāng)各個螺桿直徑相同，當(dāng)外力F作用在牛腿上時，每個螺桿受力相同。

通過受力分析，外力F與牛腿作用時豎直方向的剪力

按剪切強(qiáng)度條件得

由上可知，牛腿滿足受力條件。

3.3 拱底鋼板混凝土壓應(yīng)力計(jì)算

通過在附加拱圈每個拱腳軸線處施加10噸的力，相當(dāng)于每榀工字鋼承受100KN的軸向力，通過M IDAS軟件模擬附加拱圈受力狀態(tài)，計(jì)算得出在拱頂焊接鋼板處梁底混凝土所受壓力為23.1KN，考慮車輛通過橋梁時的特殊性，取安全系數(shù)為1.4。由第一次加固設(shè)計(jì)資料知拱底材料為C 40混凝土，其標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為20.1MPa，附加拱圈與拱底接觸的鋼板尺寸為（28×65）cm，則拱底混凝土承受壓應(yīng)力為0.2MPa，可知拱底混凝土承受壓應(yīng)力遠(yuǎn)小于混

凝土抗壓強(qiáng)度，故拱底混凝土抗壓滿足要求。

4、橋梁結(jié)構(gòu)分析

本次檢算采用M idas Civil 2015軟件，結(jié)合實(shí)測幾何尺寸，建立加固前及加固后結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。拱上填料的彈性模量比主拱材料的彈性模量小一個數(shù)量級，以弱化其剛度貢獻(xiàn)，橋面鋪裝和欄桿、護(hù)欄用均布線荷載模擬，車道荷載作用于橋面梁單元，通過拱上建筑傳遞至主拱圈。橋墩墩底和橋臺基礎(chǔ)均模擬為固結(jié)。橋梁結(jié)構(gòu)檢算模型如圖4，荷載組合作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表1、表2。

圖4 橋梁檢算模型

表1 1.2×恒載+1.2×特載+1.2×附加拱圈效應(yīng)

表2 1.2×恒載+1.4×公路—Ⅱ級+1.2×附加拱圈效應(yīng)

結(jié)論：

通過對比羊叉橋在大件運(yùn)輸（1.2恒荷載+1.2特載+1.2×附加拱圈效應(yīng)）工況和公路-Ⅱ級荷載（1.2恒荷載+1.4公路-Ⅱ級荷載+1.2×附加拱圈效應(yīng)下的內(nèi)力情況，可以看到在附加拱圈加固后，大件運(yùn)輸荷載下的最大內(nèi)力與公路-Ⅱ級荷載比較接近，產(chǎn)生的荷載效應(yīng)與公路-Ⅱ級荷載相當(dāng)，略小于公路-Ⅱ級，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范限值，可確保特殊荷載順利通過橋梁。

結(jié)語：

大件車輛已于2016年7月安全通過臨時加固橋梁,根據(jù)運(yùn)輸現(xiàn)場監(jiān)測單位反饋的信息,被加固橋梁在大件車輛通過時受力狀態(tài)良好,臨時加固效果顯著。大件運(yùn)輸舊橋臨時加固情況在綦江區(qū)發(fā)生較少,有許多的技術(shù)不很完善,本次成功案例為大件運(yùn)輸舊橋臨時加固改造積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]中華人民共和國交通部.JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].人民交通出版社,2008.

[2]中華人民共和國交通部.JTG D60-2015，公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范.人民交通出版社,2015.

[3]中華人民共和國交通部.JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程.人民交通出版社,2011.

[4]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].人民交通出版社,2005.

[5]單成林.舊橋加固設(shè)計(jì)原理及計(jì)算示例[M].人民交通出版社,2007.