橋梁維修加固過(guò)程中臨時(shí)結(jié)構(gòu)數(shù)值分析研究

陸栩梁

摘要 臨時(shí)結(jié)構(gòu)作為橋梁維修加固的輔助設(shè)施，其影響著維修過(guò)程的安全性。文章以實(shí)際工程為例，利用有限元軟件對(duì)掛籃施工平臺(tái)以及橋上施工平臺(tái)進(jìn)行數(shù)值分析，通過(guò)施加不同的維修工況以此判斷臨時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，結(jié)果表明，不同工況下臨時(shí)結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力均不同，但均處于規(guī)范控制值范圍內(nèi)，通過(guò)該研究可為橋梁維修加固過(guò)程中臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 橋梁維修;橋梁加固;臨時(shí)結(jié)構(gòu);數(shù)值分析

中圖分類(lèi)號(hào) U445.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0104-03

0 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)承受著越來(lái)越大的荷載壓力，再加上自然條件、地理環(huán)境等因素的影響，使得橋梁工程項(xiàng)目在長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)方面的病害[1]。部分橋梁過(guò)早劃分至危橋行列，若發(fā)生安全事故，將給社會(huì)造成巨大損失。因此，舊橋維修加固已成為橋梁養(yǎng)維護(hù)的重要環(huán)節(jié)[2]。橋梁屬于懸空設(shè)施，在維修加固的過(guò)程中需要設(shè)置臨時(shí)結(jié)構(gòu)輔助施工[3]，要求臨時(shí)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性及強(qiáng)度以保障維修加固過(guò)程中的安全。該文以呂山大橋橋梁維修加固工程為例，結(jié)合實(shí)際工程出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，利用有限元軟件對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，確保臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

1 工程概況

呂山大橋位于G318滬聶線(xiàn)長(zhǎng)興段，橋梁全長(zhǎng)439.16 m，于2011年建成通車(chē)。其中，橋跨組合為（6×30 m）+71.76 m+（6×30 m），設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)。據(jù)2020年9月對(duì)呂山大橋進(jìn)行特殊檢測(cè)結(jié)果顯示，存在橋面板裂縫發(fā)展較快、主拱肋混凝土不密實(shí)等問(wèn)題。此外，根據(jù)綜合靜載、動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，橋梁承載能力不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載（公路-Ⅰ級(jí)）要求。

針對(duì)呂山大橋出現(xiàn)的問(wèn)題，維修加固的方法有以下幾點(diǎn)：

（1）新增縱梁。

（2）拱肋加固。

（3）新增2道風(fēng)撐。

（4）系梁體外索安裝。

（5）更換吊桿。

（6）橋面板裂縫修復(fù)。

（7）全橋鋼結(jié)構(gòu)及混凝土防腐涂裝。

（8）引橋缺陷修復(fù)。

（9）支座更換。

（10）橋面鋪裝更換。

（11）伸縮縫更換。

為方便上述加固方法實(shí)施，項(xiàng)目主要采用的臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)施有掛籃施工平臺(tái)以及橋上施工平臺(tái)。該文著重開(kāi)展這兩類(lèi)臨時(shí)結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析。

2 掛籃臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型

2.1 掛籃參數(shù)

項(xiàng)目中掛籃施工平臺(tái)長(zhǎng)29.6 m，寬1.5 m，高4.2 m，主要采用Q235鋼材及木板。該施工平臺(tái)屬于臨時(shí)結(jié)構(gòu)，采用容許應(yīng)力法作為強(qiáng)度控制，上下弦、腹桿、斜桿等構(gòu)件控制指標(biāo)為[σ]≤210 MPa，[τ]≤160 MPa。

2.2 有限元模型

有限元模型如圖1所示，模型考慮的荷載如下：

（1）桁架自重：平臺(tái)的主材為Q235，容重7.8 kN/m;防護(hù)網(wǎng)荷載為0.1 kN/m。

（2）人群及機(jī)具荷載：根據(jù)平臺(tái)使用需求，考慮三種施工工況：1）工況Ⅰ（涂裝工況）：人群及機(jī)具荷載考慮1.0 kN/m的均布荷載;2）工況Ⅱ（吊桿更換工況）：人群及機(jī)具荷載考慮掛籃端部3個(gè)節(jié)段2.0 kN/m的均布荷載;3）工況Ⅲ（縱梁增設(shè)工況）：人群及機(jī)具荷載考慮掛籃中部3個(gè)節(jié)段2.5 kN/m的均布荷載。

（3）風(fēng)荷載：根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3360-01—2018）[4]可得迎風(fēng)面桁架的風(fēng)載為：1.02 kN/m。

（4）荷載組合：1.2倍自重+1.2倍防護(hù)網(wǎng)+1.4倍人群機(jī)具荷載+1.4倍風(fēng)荷載。

2.3 結(jié)果分析

不同工況下掛籃結(jié)構(gòu)垂直方向變形以及應(yīng)力結(jié)果如圖2所示。由圖可知，不同工況下的掛籃垂直方向位移不同。其中，在工況Ⅰ下掛籃的結(jié)構(gòu)垂直方向位移最大，數(shù)值達(dá)48.6 mm，工況Ⅲ下位移次之，數(shù)值達(dá)47.4 mm，工況Ⅱ下位移最小，數(shù)值達(dá)22.7 mm，根據(jù)《裝配式公路鋼橋.制造》（JT-T 728—2008）規(guī)范最大允許撓度為L(zhǎng)/300=25 730/300=85.7 mm。因此，通過(guò)對(duì)比可知三種工況下位移均在控制范圍內(nèi)。此外，工況Ⅰ最大拉、壓應(yīng)力（179.7 MPa、152.8 MPa）>工況Ⅲ最大拉、壓應(yīng)力（167.7 MPa、127.8 MPa）>工況Ⅱ最大拉、壓應(yīng)力（154.4 MPa、123.9 MPa），根據(jù)各構(gòu)件強(qiáng)度控制指標(biāo)可以看出，掛籃平臺(tái)在設(shè)計(jì)荷載作用下是安全穩(wěn)定的。

3 橋上施工平臺(tái)模型

3.1 平臺(tái)參數(shù)

橋上施工平臺(tái)支架選用直徑為48 mm壁厚3.5 mm鋼管，材料為Q235，扣件連接，鋼管立桿縱距120～150 cm，橫距120 cm，立桿根部設(shè)置掃地桿離地間距不超過(guò)200 mm。兩根相鄰縱向水平桿的接頭設(shè)置在不同跨內(nèi)，錯(cuò)開(kāi)的距離大于500 mm。

3.2 有限元模型

平臺(tái)有限元模型考慮的荷載如下：

（1）支架自重支架主材為Q235，容重7.8 kN/m。

（2）人群及機(jī)具荷載。根據(jù)此平臺(tái)使用需求，人群及機(jī)具荷載為：1.5 kN/m2的均布荷載。

（3）風(fēng)荷載。根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130—2011）[5]可得迎風(fēng)面桁架的風(fēng)載為：0.25 kN/m。

（4）荷載組合：1.2倍自重+1.4倍人群機(jī)具荷載+1.4倍風(fēng)荷載。

3.3 結(jié)果分析

有限元模型運(yùn)行后穩(wěn)定分析結(jié)果如表1所示，根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002—2017）[6]規(guī)定，其彈性屈曲系數(shù)應(yīng)均不小于4，支架滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。

此外，施工平臺(tái)應(yīng)力云圖如圖3所示，其中，平臺(tái)最大拉應(yīng)力為190.8 MPa，最大壓應(yīng)力為180.6 MPa，兩者均小于構(gòu)件強(qiáng)度控制指標(biāo)，該項(xiàng)目橋上施工平臺(tái)在設(shè)計(jì)荷載作用下是安全穩(wěn)定的。

4 結(jié)論

綜上所述，橋梁維修加固工況復(fù)雜，根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果顯示，不同臨時(shí)結(jié)構(gòu)、不同工況下的臨時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及位移等數(shù)據(jù)各不相同。因此，針對(duì)橋梁維修加固工程中的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，充分考慮其可能出現(xiàn)的不同工況特點(diǎn)，保證臨時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性符合要求，對(duì)目前橋梁維修工程的安全具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王美寬， 潘玲瓏， 王榮慶. 論橋梁結(jié)構(gòu)加固與維修技術(shù)分析[J]. 工業(yè)建筑， 2021（7）：253.

[2]《中國(guó)公路學(xué)報(bào)》編輯部. 中國(guó)橋梁工程學(xué)術(shù)研究綜述·2021[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2021（2）：97.

[3]劉孟. 公路橋梁施工中臨時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析[J]. 交通世界， 2020（36）：21-22+43.

[4]公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范： JTG/T 3360-01——2018[S].北京：人民交通出版社股份有限公司， 2018.

[5]建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范： JGJ 130—2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

[6]鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范： TB 10002—2017[S].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2017.