大件運(yùn)輸橋梁承載能力研究與過程監(jiān)測分析

陳彥羽，毛建平，楊勤華

(廣西交通工程檢測有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

近年來，我國物流行業(yè)的規(guī)模達(dá)到空前發(fā)展，大件運(yùn)輸特種車輛也越來越多，而大件運(yùn)輸車輛在軸載數(shù)量、間距及荷載分布方面與現(xiàn)行規(guī)范中的設(shè)計汽車有較大區(qū)別。大件運(yùn)輸車輛的通行對公路橋梁結(jié)構(gòu)要求更高，在確保橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，需充分利用現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)，降低運(yùn)輸成本，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

本文以途經(jīng)廣西境內(nèi)某大型變壓器運(yùn)輸項目為背景，分析其中某一段路線上橋梁現(xiàn)有承載能力是否滿足規(guī)范要求，通過對橋梁結(jié)構(gòu)的計算分析，驗(yàn)證大件運(yùn)輸車輛是否滿足典型橋梁的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要求。不滿足規(guī)范要求時，通過大件運(yùn)輸車輛軸載荷載重分配，并對較薄弱的橋梁進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，評估橋梁的運(yùn)營安全?？蔀轭愃祈椖刻峁┯幸鎱⒖己徒梃b。

1 項目概況

陜西巨運(yùn)汽車運(yùn)輸有限責(zé)任公司有大型變壓器(重189 t)經(jīng)廣西境內(nèi)高速公路運(yùn)輸至云南與廣西交界附近。途經(jīng)路線為：田東互通收費(fèi)站入—G80廣昆高速公路—G69銀百高速公路—S60合那高速公路—那坡收費(fèi)站出。該路段長度約為230 km。本路線內(nèi)經(jīng)過1座特大橋，66座大橋，55座中橋，7座小橋。其中橋梁類型如表1所示，大件運(yùn)輸特種車輛(總重270 t)軸載示意如圖1所示，具體參數(shù)如表2所示。

表1 途經(jīng)路線橋梁上構(gòu)類型統(tǒng)計表

圖1 大件運(yùn)輸特種車輛軸載示意圖(mm，t)

表2 大件運(yùn)輸特種車輛車貨具體參數(shù)表

根據(jù)大件運(yùn)輸特種車輛通行要求，需對沿線橋涵等構(gòu)造物進(jìn)行受力驗(yàn)算。根據(jù)不同跨徑、上構(gòu)類型及橋面寬度等因素選取具有代表性的11座橋梁進(jìn)行驗(yàn)算。具體驗(yàn)算橋梁如表3所示。

表3 驗(yàn)算橋梁一覽表

2 橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

2.1 大件運(yùn)輸車輛驗(yàn)算結(jié)果

橋梁承載能力驗(yàn)算評定采用“荷載效應(yīng)比較法”與承載能力驗(yàn)算系數(shù)法結(jié)合進(jìn)行。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11-2004)[1]，當(dāng)荷載效應(yīng)比較法中大件運(yùn)輸特種車輛荷載效應(yīng)與設(shè)計汽車荷載效應(yīng)之比<1.0時，可以認(rèn)為大件運(yùn)輸特種車輛能正常通行該橋。如荷載效應(yīng)比較法中大件運(yùn)輸特種車輛荷載效應(yīng)與設(shè)計汽車荷載效應(yīng)之比≥1.0時，需進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)算評定。按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)[2]進(jìn)行荷載組合，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)[3]進(jìn)行驗(yàn)算。11座橋梁荷載效應(yīng)比驗(yàn)算結(jié)果如表4所示。

表4 荷載效應(yīng)比較法驗(yàn)算結(jié)果表

采用大件運(yùn)輸特種車輛荷載對上述效應(yīng)比≥1的橋梁上部構(gòu)件(包括支座)進(jìn)行承載能力極限承載狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算[4]。因篇幅有限，僅選取最不利截面的驗(yàn)算結(jié)果如表5～8所示。

表5 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果表

表6 正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算結(jié)果表

表7 正常使用極限狀態(tài)撓度驗(yàn)算結(jié)果表

表8 支座豎向承載力驗(yàn)算結(jié)果表

由表5～8可知，根據(jù)圖1大件運(yùn)輸特種車輛軸載計算，平隴分離式立交橋小箱梁抗彎承載能力、凌桑外分離式立交2號橋橋墩板式橡膠支座不滿足單輛大件運(yùn)輸特種車輛通行要求。

2.2 降低軸載后驗(yàn)算

此次大件運(yùn)輸車輛僅單次通行，采用特種車輛荷載軸載重新分布，即降低軸載使平隴分離式立交橋小箱梁抗彎承載能力、凌桑外分離式立交2號橋橋墩板式橡膠支座滿足規(guī)范要求。為了保證橋梁的結(jié)構(gòu)安全，對大件運(yùn)輸特種車輛軸載進(jìn)行調(diào)整計算，將大件運(yùn)輸特種車輛掛車最大軸重由圖1中的17.5 t(17 t)調(diào)整至圖2中的16 t后，平隴分離式立交橋抗彎承載能力驗(yàn)算和凌桑外分離式立交2號橋支座豎向承載力驗(yàn)算結(jié)果分別如表9、表10所示。

圖2 降軸后大件運(yùn)輸特種車輛軸載示意圖(mm，t)

表9 降軸后承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果表

表10 降軸后支座豎向承載力驗(yàn)算結(jié)果表(kN)

3 通行過程監(jiān)測

僅單次通行大件運(yùn)輸車輛的橋梁，為保證橋梁的結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全，同時考慮運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，采用調(diào)整車輛大型變壓器位置達(dá)到降低車輛軸載的方法，并對上述兩座橋梁進(jìn)行通行過程監(jiān)測，了解大件運(yùn)輸特種車輛通行的橋梁時受力情況，為大件運(yùn)輸特種車輛的通行提供可靠的技術(shù)依據(jù)[5]。

監(jiān)測內(nèi)容包括：控制斷面撓度和應(yīng)變監(jiān)測、支座檢測及通行前后橋跨結(jié)構(gòu)外觀監(jiān)測。

3.1 控制截面及測點(diǎn)布置

根據(jù)大件運(yùn)輸特種車輛通行位置及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，選擇1號跨跨中截面(A截面)為控制截面。監(jiān)測應(yīng)變及撓度測點(diǎn)布置于控制截面的底板，控制斷面示意圖、測點(diǎn)布置及編號如圖3～5所示。

圖3 平隴分離式立交橋監(jiān)測控制截面示意圖(cm)

圖4 凌桑外分離式立交2號橋監(jiān)測控制截面示意圖(cm)

注：A-1～A-3為混凝土板應(yīng)變測點(diǎn)，W-1～W-3為撓度測點(diǎn)

本次監(jiān)測應(yīng)變及撓度測點(diǎn)布置于控制截面的底板，測點(diǎn)布置及編號如圖6所示。

注：A-1、A-2為混凝土板應(yīng)變測點(diǎn)，W-1、W-2為撓度測點(diǎn)

對凌桑外分離式立交2號橋進(jìn)行支座壓縮變形監(jiān)測，測點(diǎn)布置于1號墩頂，測點(diǎn)布置及編號如圖7所示。

注： Z-1、Z-2為支座壓縮變形測點(diǎn)

3.2 監(jiān)測結(jié)果

3.2.1 應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果

如圖8所示可知，大件運(yùn)輸特種車輛通行過程中，控制測點(diǎn)應(yīng)變值由小變大，第14 s達(dá)到最大值169με，車輛通過后，應(yīng)變值基本恢復(fù)到通行前水平，相對殘余應(yīng)變均<20%。整個通行過程中，控制截面各應(yīng)變測點(diǎn)最大校驗(yàn)系數(shù)為0.53～0.58，均<1.0。

圖8 平隴分離式立交橋特種車輛通行過程應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果曲線圖

如圖9所示可知，大件運(yùn)輸特種車輛通行過程中，控制測點(diǎn)應(yīng)變值由小變大，第17 s達(dá)到最大值67με，車輛通過后，應(yīng)變值基本恢復(fù)到通行前水平，相對殘余應(yīng)變均<20%。整個通行過程中，控制截面各應(yīng)變測點(diǎn)最大校驗(yàn)系數(shù)為0.40～0.43，均<1.0。

圖9 凌桑外分離式立交2號橋特種車輛通行過程應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果曲線圖

3.2.2 撓度監(jiān)測結(jié)果

如圖10所示可知，大件運(yùn)輸特種車輛通行過程中，控制測點(diǎn)撓度值由小變大，第14 s達(dá)到最大值10.07 mm，最大撓度值

圖10 平隴分離式立交橋特種車輛通行過程撓度監(jiān)測結(jié)果曲線圖

如圖11所示可知，大件運(yùn)輸特種車輛通行過程中，控制測點(diǎn)撓度值由小變大，第16 s達(dá)到最大值2.83 mm，最大撓度值

圖11 凌桑外分離式立交2號橋特種車輛通行過程撓度監(jiān)測結(jié)果曲線圖

3.2.3 支座壓縮監(jiān)測結(jié)果

如圖12所示可知，大件運(yùn)輸特種車輛通行過程中，1號墩支座實(shí)測最大值壓縮量為1.22 mm，車輛通過后，支座壓縮基本恢復(fù)到通行前水平，表明支座工作正常。

圖12 凌桑外分離式立交2號橋特種車輛通行過程1號墩支座壓縮監(jiān)測結(jié)果曲線圖

3.2.4 橋梁外觀狀況監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測檢查，在大件運(yùn)輸特種車輛通行過程及通過后，平隴分離式立交橋和凌桑外分離式立交2號橋梁體未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫及其他異常情況。

4 結(jié)語

通過“荷載效應(yīng)比較法”對效應(yīng)比≥1.0的橋梁進(jìn)一步計算，對于不滿足規(guī)范要求的橋梁進(jìn)行降軸載處理后重新計算，保證大件運(yùn)輸車輛通過時橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。對大件運(yùn)輸車輛的通行監(jiān)測表明：降軸載后單輛大件運(yùn)輸特種車輛通行過程中及通過后，橋梁強(qiáng)度及剛度滿足要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，梁體未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫及其他異常情況，支座壓縮基本恢復(fù)到通行前的水平，表明支座工作正常。