重型車輛下橋梁適應(yīng)性安全檢測(cè)與評(píng)估

李 快，王秋芬，李 季

（麗水經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)和規(guī)劃服務(wù)中心，浙江麗水 323000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁在滿足正常交通荷載需要時(shí)，有時(shí)也要通過超重車輛。超重車輛不同于普通超載車輛，其單輛荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通超載車輛；為保證橋梁的安全，需要對(duì)超重車輛通過區(qū)域橋梁進(jìn)行安全檢測(cè)評(píng)估。由于通過橋梁所在路線等級(jí)、橋型、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)、建設(shè)年代均不同，對(duì)此類橋梁檢測(cè)與評(píng)估既不同于單座橋梁的評(píng)估，也不同于正常設(shè)計(jì)荷載的普通安全評(píng)估。針對(duì)超重車輛行駛特點(diǎn)，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，提出適應(yīng)于重型荷載安全通過的橋梁安全檢測(cè)與評(píng)估及相關(guān)注意事項(xiàng)，為類似工程提供依據(jù)。

1 適應(yīng)性安全檢測(cè)與評(píng)估

常規(guī)的橋梁安全評(píng)估，本質(zhì)上是結(jié)構(gòu)抗力與荷載作用效應(yīng)的比較，橋梁的結(jié)構(gòu)抗力主要是根據(jù)橋梁的技術(shù)狀況（例如結(jié)構(gòu)的病害、材料的強(qiáng)度等）進(jìn)行折減計(jì)算，荷載作用效應(yīng)主要根據(jù)橋梁恒載（主要是恒載、附加荷載）和活載組合計(jì)算得來。橋梁安全評(píng)估的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)也是根據(jù)上述的要求進(jìn)行，最終兩者進(jìn)行比較抗力大于作用效應(yīng)，橋梁承載力就滿足要求[1-3]。超重車輛有自身的特點(diǎn)：第一，它的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通超載車輛；第二，它能人為控制車輛有序通過橋梁，例如車速、時(shí)間點(diǎn)與持續(xù)時(shí)間、通過方式（單輛還是多輛）；第三，其總重不變，但單軸的重量可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整；第四，超重車輛一次性通過，時(shí)間短暫，基本上可視為短期的恒載。按規(guī)范計(jì)算橋梁承載力，許多因素是簡化后作為安全儲(chǔ)備考慮進(jìn)去的，因此超重車輛通過橋梁除了常規(guī)的檢測(cè)與計(jì)算外，還應(yīng)從減荷與挖潛兩方面進(jìn)行。

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)除了重點(diǎn)調(diào)查橋梁受力結(jié)構(gòu)的病害，以及材料強(qiáng)度、內(nèi)部鋼筋銹蝕程度外，應(yīng)側(cè)重以下幾個(gè)方面：

a.橋面縱坡?？v坡大小決定超重車輛剎車產(chǎn)生的水平制動(dòng)力，特別是注意長距離、大縱坡橋梁需要考慮車輛的水平制動(dòng)力。

b.橋面的平整度。橋面平整度是影響超重車輛的豎向沖擊力大小的重要因素。對(duì)于不平整橋面應(yīng)進(jìn)行維修，超重車輛以5 km/h通過橋梁時(shí)，車輛荷載可不考慮沖擊系數(shù)。

c.橋面鋪裝、欄桿結(jié)構(gòu)。橋面鋪裝整體性，對(duì)車輛軸重的擴(kuò)散作用，整體性防撞欄桿有很大的剛度，特別是中小橋防撞欄桿的高度，幾乎等于主梁高度。通常橋梁承載力計(jì)算并不考慮橋面連續(xù)與擴(kuò)散作用與防撞欄桿剛度，超重車輛通過橋梁時(shí)可作為安全儲(chǔ)備考慮進(jìn)去。

d.橋梁排水設(shè)施調(diào)查。排水設(shè)施的完善性，特別是對(duì)于實(shí)腹拱拱橋的拱上填料的自重影響很大，同時(shí)拱上填料對(duì)車軸荷載的擴(kuò)散作用正常計(jì)算基本簡化了，因此需要在良好天氣通過橋梁。

（2）超重車輛單軸荷載的調(diào)整。超重車輛的總重不變，但可以通過調(diào)整車上貨物的重心一定范圍內(nèi)調(diào)整單軸的重量，再通過試算找到作用效應(yīng)最小的最優(yōu)的貨物重心位置。

（3）計(jì)算荷載關(guān)于荷載組合及系數(shù)的取值問題（例如橋梁安全等級(jí)、車輛的沖擊系數(shù)等）。

2 案例分析

2.1 工程背景

裝載風(fēng)力發(fā)電設(shè)備超車輛經(jīng)過某區(qū)域6座橋。橋梁全部為拱橋，其中1、3、5號(hào)為實(shí)腹式拱橋，2、4、6號(hào)為空腹式拱橋。橋梁的跨徑、橋型匯總?cè)绫?。

表1 橋型匯總表

從上述橋梁來看，運(yùn)輸經(jīng)過的橋梁中4號(hào)橋梁跨徑最大，且為空腹式拱橋（實(shí)腹拱對(duì)車輛荷載有擴(kuò)散作用）。本文以4號(hào)橋?yàn)槔榻B超重車輛的橋梁安全檢測(cè)與評(píng)估的過程與注意事項(xiàng)。

2.2 技術(shù)狀態(tài)評(píng)定

4號(hào)橋?yàn)槭皹?，通過上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢測(cè)。4號(hào)橋總體上部結(jié)構(gòu)整體狀況良好，主拱圈及腹拱砌縫完好。橋面縱坡不大，為混凝土板塊，局部出現(xiàn)坑槽（橋面有一定擴(kuò)散作用，避免車輛“跳車”需要簡單整平），腹拱局部出現(xiàn)滲水（車輛需要幾天晴好天氣后通過）。欄桿為普通樣式，對(duì)橋梁的整體剛度不起作用，作為荷載計(jì)入。

2.3 汽車荷載的調(diào)整

本次通過4號(hào)橋梁有兩種類型車輛（59 t和84 t），通過試算找到作用效應(yīng)最小的最優(yōu)的貨物重心位置，如圖1～圖3所示，并通過橋梁的中軸線。

圖1 機(jī)艙輪轂加載車輛（59 t）（單位：mm）

圖2 風(fēng)力電機(jī)加載車輛（84 t）（單位：mm）

圖3 行車布置示意圖（單位：mm）

2.4 橋梁評(píng)估與承載力評(píng)定

將全橋構(gòu)件簡化為梁單元，主拱截面按成拱截面計(jì)算內(nèi)力，拱式拱上建筑考慮聯(lián)合作用，腹拱圈以上填料，側(cè)墻自重作為荷載加載，橫墻與主拱圈采用剛接。無鉸拱與橫墻連接處采用剛接處理，鑒于運(yùn)輸期間為夏季，溫度按整體升溫15℃（降溫有利，通過橋梁時(shí)選擇夜間進(jìn)行）、原設(shè)計(jì)溫度兩種情況進(jìn)行計(jì)算。拱腳作鉸接處理，橋面伸縮縫釋放梁端約束處理，橋面板與拱圈采用彈性連接進(jìn)行模擬。其余細(xì)部按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行處理。橋梁基礎(chǔ)位于水面以下，不便于觀測(cè)，所有計(jì)算均未計(jì)入橋臺(tái)基礎(chǔ)不均與沉降引起的內(nèi)力。圖4為4號(hào)橋模型，表2列出了84 t幾種荷載組合及系數(shù)取值。圖5～圖8為最不利荷載組合下彎矩包絡(luò)圖、軸力包絡(luò)圖、軸向應(yīng)力圖和彎曲應(yīng)力圖。表3為4號(hào)橋驗(yàn)算結(jié)果。

圖4 4號(hào)橋模型

表2 （84 t）荷載組合表

圖5 最不利荷載組合下彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

圖6 最不利荷載組合下軸力包絡(luò)圖（單位：kN）

圖7 最不利荷載組合下軸向應(yīng)力圖（單位：kN）

圖8 最不利荷載組合下彎曲應(yīng)力圖(單位：kN·m)

表3 （84t）4號(hào)橋驗(yàn)算結(jié)果

3 采取的必要措施

為了確保超重車輛施加荷載與理論計(jì)算基本一致，在通過橋梁時(shí)還需做以下幾方面的事項(xiàng)。

（1）禁止橋面會(huì)車或急剎車，盡量勻速通過橋梁，車輛過橋時(shí),嚴(yán)格遵循不變速、不制動(dòng)及限速5 km/h的原則。

（2）為保證橋梁受力安全，超重車過橋時(shí)應(yīng)全封閉橋梁，不得有其他車輛通過，也不得有人群，超重車輛應(yīng)在凌晨天亮?xí)r逐一通過，禁止兩輛或多輛車同時(shí)上橋。

（3）通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，4號(hào)橋下雨時(shí)橋梁拱腳位于水平面以下，由于拱腳大部分為砂漿砌體結(jié)構(gòu)，對(duì)構(gòu)件的承載力影響較大，因此建議運(yùn)輸前確保拱橋水位降至主拱圈拱腳以下，且暴雨天氣極易引起水位暴漲，該類天氣禁止運(yùn)輸車輛通行。

（4）為保證車輛運(yùn)輸安全，應(yīng)派專人對(duì)橋梁進(jìn)行觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即封鎖交通。

[1]JTJD62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTGT J21—2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

[3]楊建宏.超重車輛通過橋梁安全評(píng)定系統(tǒng)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2003.