基于中印規(guī)范的大件運(yùn)輸安全過(guò)橋?qū)嵗治?/h1>
2018-09-10 08:59:52嚴(yán)建瑋
城市道橋與防洪 2018年7期
嚴(yán)建瑋
（上海同豐工程咨詢有限公司，上海市 200444）
0 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)輸出能力的加強(qiáng)，在南亞地區(qū)基礎(chǔ)性投資建設(shè)日益增多，在建設(shè)的同時(shí)，配套的公路重型工業(yè)設(shè)備運(yùn)輸也越來(lái)越多。一般情況下重型設(shè)備在從制造地或港口碼頭運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)的陸路運(yùn)輸過(guò)程中必不可少的會(huì)經(jīng)過(guò)一些沿線橋梁，由于配套大件運(yùn)輸車輛的尺寸、輪（軸）距及重量與橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的一般車輛不同，所運(yùn)載的重型設(shè)備重量高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千噸，其對(duì)沿途經(jīng)過(guò)的橋梁產(chǎn)生的作用效應(yīng)往往超過(guò)橋梁設(shè)計(jì)荷載的作用效應(yīng)[1]，對(duì)于一些服役齡期較長(zhǎng)的橋梁能否承受大件運(yùn)輸荷載的作用是在運(yùn)輸前必須考慮的問(wèn)題，因此對(duì)大件運(yùn)輸車經(jīng)過(guò)的橋梁進(jìn)行檢測(cè)、檢算分析是確保設(shè)備運(yùn)輸安全過(guò)橋的必要手段。
1 大件運(yùn)輸橋梁承載能力判定方法
目前國(guó)內(nèi)提出的大件運(yùn)輸橋梁承載能力評(píng)定常用的方法主要有實(shí)際荷載判別法[2]、等代荷載判別法[3]及試驗(yàn)荷載法[4]。
實(shí)際荷載判別法的原理是計(jì)算出大件運(yùn)輸荷載在橋梁結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力效應(yīng)和原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載能力，通過(guò)比較兩者的大小來(lái)判定能否過(guò)橋，其使用的條件包括：既有橋梁的分項(xiàng)檢算系數(shù)明確，包括承載能力檢算系數(shù)、惡化系數(shù)等；橋梁結(jié)構(gòu)的抗力計(jì)算參數(shù)明確，包括結(jié)構(gòu)配筋數(shù)量、地基土層參數(shù)等。故該方法需在上述條件滿足時(shí)才能采用，一旦沿線橋梁數(shù)量較多，且對(duì)于服役齡期較長(zhǎng)、缺乏設(shè)計(jì)圖紙的橋梁來(lái)說(shuō)，該方法較為煩瑣，但計(jì)算結(jié)果清晰、準(zhǔn)確。
等代荷載判別法的原理是在同一跨徑用同一種影響線分別計(jì)算大件運(yùn)輸荷載和橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的作用效應(yīng)，并將兩者進(jìn)行比較判別，以確定運(yùn)輸荷載能否安全過(guò)橋[5]。其使用的條件包括：橋梁設(shè)計(jì)荷載必須明確；橋梁基本結(jié)構(gòu)參數(shù)明確，包括結(jié)構(gòu)主梁結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)合方式等。該方法可快速對(duì)橋梁能否通行進(jìn)行判定，有著效率高且較為準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
試驗(yàn)荷載法是對(duì)橋梁進(jìn)行分級(jí)加載，直到加載與大件運(yùn)輸荷載對(duì)橋梁產(chǎn)生的荷載效應(yīng)相同。加載過(guò)程中仔細(xì)觀察橋梁應(yīng)變、撓度變化，當(dāng)測(cè)試值超過(guò)理論值或規(guī)范限值時(shí)應(yīng)停止加載。該方法能夠直觀確定橋梁實(shí)際承載力，但相對(duì)復(fù)雜、費(fèi)時(shí)且費(fèi)用較高。一般用于運(yùn)輸路線中典型橋梁和運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)、存在病害較多而無(wú)法準(zhǔn)確確定承載力的橋梁。
以上三種方法的適用性需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況來(lái)確定，條件具備時(shí)可以優(yōu)先選擇。南亞部分國(guó)家橋梁設(shè)計(jì)采用的規(guī)范多源于印度IRC規(guī)范，在缺少設(shè)計(jì)圖紙的情況下，結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算參數(shù)及檢算系數(shù)難以確定，即使確定也需耗費(fèi)大量的時(shí)間與物力，故在橋梁設(shè)計(jì)荷載明確的基礎(chǔ)上，可優(yōu)選等代荷載判別法對(duì)大件運(yùn)輸荷載過(guò)橋進(jìn)行判定。但考慮到印度IRC規(guī)范與我國(guó)規(guī)范荷載組合規(guī)定上存在差異，單用等代活荷載進(jìn)行判定是不夠的，因此本文基于兩國(guó)不同規(guī)范，提出了荷載組合對(duì)比法，即分別計(jì)算大件運(yùn)輸荷載和標(biāo)準(zhǔn)荷載在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值，將兩種極限組合內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比判定。另外考慮到這些國(guó)家部分公路橋梁服役齡期較長(zhǎng)，技術(shù)狀況劣化可能造成橋梁的實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力存在差異，故在條件允許的情況下應(yīng)采用試驗(yàn)荷載法對(duì)荷載組合對(duì)比法進(jìn)行輔證。
2 工程實(shí)例背景
2.1 大件運(yùn)輸車輛規(guī)格與參數(shù)
本文基于孟加拉國(guó)國(guó)內(nèi)某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目，該電站位于孟加拉國(guó)東北部，設(shè)備通過(guò)駁船運(yùn)輸至臨時(shí)碼頭，然后經(jīng)N2公路陸路運(yùn)輸至目的地。運(yùn)輸?shù)拇蠹O(shè)備中，最大機(jī)組重量為205 t，運(yùn)輸方式采用橋式運(yùn)輸車組（2縱列，前后各10軸液壓全掛車承載），單軸荷載16.2 t。運(yùn)輸車編組相關(guān)參數(shù)如圖1所示。
2.2 沿線橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)
該次陸路運(yùn)輸沿線橋梁共有26座，其中普通鋼筋混凝土（RC）梁橋10座，預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）梁橋16座，結(jié)構(gòu)形式主要以簡(jiǎn)支T梁和工字梁為主。本文主要針對(duì)建造年代不明，且無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙的PC橋梁進(jìn)行研究。這批PC梁橋均按雙車道設(shè)計(jì)，主梁均由5榀工字梁組成，尺寸不等。以運(yùn)輸樁號(hào)K14+400梁橋?yàn)槔?，該橋?yàn)?跨PC簡(jiǎn)支梁，總長(zhǎng)172 m，跨徑組合31.0 m+41.0 m+41.0 m+31.0 m，梁高均為2.25 m，底寬均為0.75 m，梁間距均為1.19 m，橋面板厚均為0.2 m，橋?qū)挋M向布置為 0.25 m（欄桿）+1.25 m（人行道）+7.5 m（車行道）+1.25 m（人行道）+0.25 m（欄桿），橋面鋪裝采用6~10 cm厚瀝青混凝土。橋梁結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 典型橋梁結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）
2.3 沿線橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)
印度IRC規(guī)范規(guī)定的汽車活載分為Class-AA、Class-A和Class-B三個(gè)等級(jí)[6]，根據(jù)當(dāng)?shù)毓饭芾聿块T提供該批橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為Class-A級(jí)荷載。
3 實(shí)例橋梁承載能力判定
3.1 荷載橫向分布系數(shù)
3.1.1 大件運(yùn)輸荷載橫向分布
圖1 運(yùn)輸車編組示意圖(單位：mm)
根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)范[7]規(guī)定，大件車輛過(guò)橋時(shí)均嚴(yán)格要求沿橋面中心線行駛，且行車速度一般不能超過(guò)5 km/h，行駛過(guò)程中不允許有加速或者制動(dòng)，大件車輛通行過(guò)程中其他車輛不得上橋。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可知，典型PC工字梁橋（K14+400）技術(shù)狀況良好，擬定該次運(yùn)輸車過(guò)橋時(shí)沿該橋橋面中心線行駛。在此狀態(tài)下，典型橋梁各跨中梁在跨中處的橫向分布系數(shù)最大，結(jié)構(gòu)承受的荷載最為不利。采用剛性橫梁法和杠桿法計(jì)算工字梁跨中截面和支點(diǎn)截面的理論橫向分布系數(shù)[8-9]，需要注意的是，具有較多不確定參數(shù)的橋梁，僅僅依據(jù)理論算法確定橫向分布系數(shù)是不夠的，在條件許可的情況下需通過(guò)實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)測(cè)定來(lái)對(duì)理論值進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)橋梁實(shí)際的橫向整體性進(jìn)行判定。該次為測(cè)試實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)，將大件運(yùn)輸車輛橫向2縱列輪位加載位置進(jìn)行簡(jiǎn)化，并通過(guò)社會(huì)車輛等效加載模擬（見(jiàn)圖3），以近似測(cè)定大件運(yùn)輸車荷載作用下沿橫向?qū)Ω髦髁翰煌峙涞谋壤禂?shù)。
圖3 橫向分布測(cè)試等效輪位簡(jiǎn)化圖（單位：mm）
3.1.2 設(shè)計(jì)荷載橫向分布
印度IRC：6—2000規(guī)范中第207.1.3條規(guī)定，5.3~9.6m總車道寬度的橋梁設(shè)計(jì)車道數(shù)按兩車道計(jì)算，縱向效應(yīng)不予折減。按照最不利工況加載，該橋兩車道汽車荷載偏載橫向布置如圖4所示。
圖4 IRC：6—2000規(guī)范中兩車道汽車荷載偏載橫向布置圖（單位：mm）
表1 跨中橫向分布系數(shù)
理論及實(shí)測(cè)主梁跨中橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知，通過(guò)等效模擬大件運(yùn)輸荷載橫向加載，邊跨中梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值大14.0%，中跨中梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值大7.0%，考慮到實(shí)測(cè)中載橫向分布系數(shù)較理論值大，應(yīng)依據(jù)實(shí)測(cè)橫向分布對(duì)荷載組合值進(jìn)行修正檢算。
3.2 荷載組合對(duì)比法
3.2.1 大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合
大件運(yùn)輸荷載參照我國(guó)規(guī)范[10]中的掛車組合進(jìn)行計(jì)算，即S=1.2SG+1.1SQ（SG為永久荷載中結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)；SQ為基本可變荷載中平板掛車或履帶車產(chǎn)生的效應(yīng)）。該次大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合算式為S大件=1.2×一期恒載+1.2×二期恒載+1.1×大件運(yùn)輸荷載。
3.2.2 設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合
根據(jù) IRC：6—2000中第 207.1.3條規(guī)定，Class-A活載縱向分布簡(jiǎn)圖如圖5所示。同時(shí)參照印度混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 IRC：18—2000[11]中第11.7條規(guī)定，設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合按S設(shè)計(jì)=1.25×一期恒載+2.0×二期恒載＋2.5×活載（Class-A＋人群荷載）計(jì)算，其中根據(jù)IRC：6—2000規(guī)范中第211.2條規(guī)定，當(dāng)計(jì)算跨徑3 m≤L≤45 m時(shí)，汽車活載計(jì)入的沖擊系數(shù)按式（1）進(jìn)行計(jì)算：
式中：μ為沖擊系數(shù)；L為橋梁計(jì)算跨徑。
3.2.3 判定方法
荷載組合對(duì)比法作為一種承載能力極限狀態(tài)判定方法，無(wú)須確定橋梁承載能力極限狀態(tài)下的抗力效應(yīng)，僅需將大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合和設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合進(jìn)行比較，即可初步判斷橋梁能否滿足大件運(yùn)輸安全通行要求。其判定準(zhǔn)則為：
圖5 IRC中Class-A活載縱向分布簡(jiǎn)圖
（1）當(dāng)S大件/S設(shè)計(jì)≤1，橋梁具備通過(guò)大件運(yùn)輸荷載的能力。
（2）當(dāng)S大件/S設(shè)計(jì)＞1，橋梁不具備通過(guò)大件運(yùn)輸荷載的能力，需減小軸重或?qū)蛄翰扇〖庸檀胧?，建議加固后采用實(shí)際荷載判別法或試驗(yàn)荷載法進(jìn)行二次判定。
3.3 承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)比較判定
表2和表3分別給出了承載能力極限狀態(tài)下，大件運(yùn)輸荷載和設(shè)計(jì)荷載對(duì)于橋梁跨中截面的彎矩組合值、支點(diǎn)截面的剪力組合值以及相應(yīng)判定結(jié)果。
表2 大件運(yùn)輸荷載、設(shè)計(jì)荷載彎矩組合值及判定結(jié)果
表3 大件運(yùn)輸荷載、設(shè)計(jì)荷載剪力組合值及判定結(jié)果
由表2和表3可以看出，按實(shí)測(cè)橫向分布計(jì)算，橋跨主梁控制斷面在大件運(yùn)輸荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值均明顯小于Class-A設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值，S大件/S設(shè)計(jì)＜1，表明橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力滿足該次大件運(yùn)輸安全通行要求。
3.4 正常使用極限狀態(tài)判定
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全通過(guò)控制應(yīng)力狀態(tài)和極限承載能力來(lái)保證[12]。考慮到該次運(yùn)輸路線上PC梁橋缺少設(shè)計(jì)圖紙，無(wú)法對(duì)正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力、剛度進(jìn)行判定，故在使用荷載組合對(duì)比法的同時(shí)，對(duì)選取的典型橋梁輔以試驗(yàn)荷載法進(jìn)行判定。受文章篇幅所限，文中對(duì)荷載實(shí)驗(yàn)法判定過(guò)程不再詳述。試驗(yàn)主要結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4可以看出，各工況下典型橋梁試驗(yàn)跨應(yīng)變及撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.30~0.81，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.71~0.95，均小于1.0，滿足我國(guó)規(guī)范要求[13]，亦滿足該次大件運(yùn)輸荷載的正常使用要求。
4 結(jié)語(yǔ)
（1）大件運(yùn)輸過(guò)橋承載能力判定方法的選擇上應(yīng)綜合考慮多種因素，本文在現(xiàn)有的評(píng)定方法基礎(chǔ)上提出了荷載組合對(duì)比法，該方法作為等代荷載判別法的一種衍生，適用于與我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范存在明顯差異的國(guó)外橋梁的承載能力判定，是一種省時(shí)、有效的方法。
（2）橫向分布系數(shù)是決定橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁在荷載作用下內(nèi)力大小的重要因素，本文提出采用等效模擬大件運(yùn)輸荷載輪位方法獲得橋梁實(shí)際橫向分布系數(shù)，該方法可判定橋梁實(shí)際橫向聯(lián)系狀況，亦可對(duì)理論橫向分布進(jìn)行驗(yàn)證。
（3）對(duì)于一些服役齡期較長(zhǎng)、技術(shù)狀況劣化明顯的橋梁，僅采用荷載組合對(duì)比法判定是不夠的，在條件允許的情況下應(yīng)采用試驗(yàn)荷載法進(jìn)行輔證。
表4 橋跨試驗(yàn)梁實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)
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隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)輸出能力的加強(qiáng)，在南亞地區(qū)基礎(chǔ)性投資建設(shè)日益增多，在建設(shè)的同時(shí)，配套的公路重型工業(yè)設(shè)備運(yùn)輸也越來(lái)越多。一般情況下重型設(shè)備在從制造地或港口碼頭運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)的陸路運(yùn)輸過(guò)程中必不可少的會(huì)經(jīng)過(guò)一些沿線橋梁，由于配套大件運(yùn)輸車輛的尺寸、輪（軸）距及重量與橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的一般車輛不同，所運(yùn)載的重型設(shè)備重量高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千噸，其對(duì)沿途經(jīng)過(guò)的橋梁產(chǎn)生的作用效應(yīng)往往超過(guò)橋梁設(shè)計(jì)荷載的作用效應(yīng)[1]，對(duì)于一些服役齡期較長(zhǎng)的橋梁能否承受大件運(yùn)輸荷載的作用是在運(yùn)輸前必須考慮的問(wèn)題，因此對(duì)大件運(yùn)輸車經(jīng)過(guò)的橋梁進(jìn)行檢測(cè)、檢算分析是確保設(shè)備運(yùn)輸安全過(guò)橋的必要手段。
1 大件運(yùn)輸橋梁承載能力判定方法
目前國(guó)內(nèi)提出的大件運(yùn)輸橋梁承載能力評(píng)定常用的方法主要有實(shí)際荷載判別法[2]、等代荷載判別法[3]及試驗(yàn)荷載法[4]。
實(shí)際荷載判別法的原理是計(jì)算出大件運(yùn)輸荷載在橋梁結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力效應(yīng)和原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載能力，通過(guò)比較兩者的大小來(lái)判定能否過(guò)橋，其使用的條件包括：既有橋梁的分項(xiàng)檢算系數(shù)明確，包括承載能力檢算系數(shù)、惡化系數(shù)等；橋梁結(jié)構(gòu)的抗力計(jì)算參數(shù)明確，包括結(jié)構(gòu)配筋數(shù)量、地基土層參數(shù)等。故該方法需在上述條件滿足時(shí)才能采用，一旦沿線橋梁數(shù)量較多，且對(duì)于服役齡期較長(zhǎng)、缺乏設(shè)計(jì)圖紙的橋梁來(lái)說(shuō)，該方法較為煩瑣，但計(jì)算結(jié)果清晰、準(zhǔn)確。
等代荷載判別法的原理是在同一跨徑用同一種影響線分別計(jì)算大件運(yùn)輸荷載和橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的作用效應(yīng)，并將兩者進(jìn)行比較判別，以確定運(yùn)輸荷載能否安全過(guò)橋[5]。其使用的條件包括：橋梁設(shè)計(jì)荷載必須明確；橋梁基本結(jié)構(gòu)參數(shù)明確，包括結(jié)構(gòu)主梁結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)合方式等。該方法可快速對(duì)橋梁能否通行進(jìn)行判定，有著效率高且較為準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
試驗(yàn)荷載法是對(duì)橋梁進(jìn)行分級(jí)加載，直到加載與大件運(yùn)輸荷載對(duì)橋梁產(chǎn)生的荷載效應(yīng)相同。加載過(guò)程中仔細(xì)觀察橋梁應(yīng)變、撓度變化，當(dāng)測(cè)試值超過(guò)理論值或規(guī)范限值時(shí)應(yīng)停止加載。該方法能夠直觀確定橋梁實(shí)際承載力，但相對(duì)復(fù)雜、費(fèi)時(shí)且費(fèi)用較高。一般用于運(yùn)輸路線中典型橋梁和運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)、存在病害較多而無(wú)法準(zhǔn)確確定承載力的橋梁。
以上三種方法的適用性需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況來(lái)確定，條件具備時(shí)可以優(yōu)先選擇。南亞部分國(guó)家橋梁設(shè)計(jì)采用的規(guī)范多源于印度IRC規(guī)范，在缺少設(shè)計(jì)圖紙的情況下，結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算參數(shù)及檢算系數(shù)難以確定，即使確定也需耗費(fèi)大量的時(shí)間與物力，故在橋梁設(shè)計(jì)荷載明確的基礎(chǔ)上，可優(yōu)選等代荷載判別法對(duì)大件運(yùn)輸荷載過(guò)橋進(jìn)行判定。但考慮到印度IRC規(guī)范與我國(guó)規(guī)范荷載組合規(guī)定上存在差異，單用等代活荷載進(jìn)行判定是不夠的，因此本文基于兩國(guó)不同規(guī)范，提出了荷載組合對(duì)比法，即分別計(jì)算大件運(yùn)輸荷載和標(biāo)準(zhǔn)荷載在橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值，將兩種極限組合內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比判定。另外考慮到這些國(guó)家部分公路橋梁服役齡期較長(zhǎng)，技術(shù)狀況劣化可能造成橋梁的實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力存在差異，故在條件允許的情況下應(yīng)采用試驗(yàn)荷載法對(duì)荷載組合對(duì)比法進(jìn)行輔證。
2 工程實(shí)例背景
2.1 大件運(yùn)輸車輛規(guī)格與參數(shù)
本文基于孟加拉國(guó)國(guó)內(nèi)某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目，該電站位于孟加拉國(guó)東北部，設(shè)備通過(guò)駁船運(yùn)輸至臨時(shí)碼頭，然后經(jīng)N2公路陸路運(yùn)輸至目的地。運(yùn)輸?shù)拇蠹O(shè)備中，最大機(jī)組重量為205 t，運(yùn)輸方式采用橋式運(yùn)輸車組（2縱列，前后各10軸液壓全掛車承載），單軸荷載16.2 t。運(yùn)輸車編組相關(guān)參數(shù)如圖1所示。
2.2 沿線橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)
該次陸路運(yùn)輸沿線橋梁共有26座，其中普通鋼筋混凝土（RC）梁橋10座，預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）梁橋16座，結(jié)構(gòu)形式主要以簡(jiǎn)支T梁和工字梁為主。本文主要針對(duì)建造年代不明，且無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙的PC橋梁進(jìn)行研究。這批PC梁橋均按雙車道設(shè)計(jì)，主梁均由5榀工字梁組成，尺寸不等。以運(yùn)輸樁號(hào)K14+400梁橋?yàn)槔?，該橋?yàn)?跨PC簡(jiǎn)支梁，總長(zhǎng)172 m，跨徑組合31.0 m+41.0 m+41.0 m+31.0 m，梁高均為2.25 m，底寬均為0.75 m，梁間距均為1.19 m，橋面板厚均為0.2 m，橋?qū)挋M向布置為 0.25 m（欄桿）+1.25 m（人行道）+7.5 m（車行道）+1.25 m（人行道）+0.25 m（欄桿），橋面鋪裝采用6~10 cm厚瀝青混凝土。橋梁結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 典型橋梁結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）
2.3 沿線橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)
印度IRC規(guī)范規(guī)定的汽車活載分為Class-AA、Class-A和Class-B三個(gè)等級(jí)[6]，根據(jù)當(dāng)?shù)毓饭芾聿块T提供該批橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為Class-A級(jí)荷載。
3 實(shí)例橋梁承載能力判定
3.1 荷載橫向分布系數(shù)
3.1.1 大件運(yùn)輸荷載橫向分布
圖1 運(yùn)輸車編組示意圖(單位：mm)
根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)范[7]規(guī)定，大件車輛過(guò)橋時(shí)均嚴(yán)格要求沿橋面中心線行駛，且行車速度一般不能超過(guò)5 km/h，行駛過(guò)程中不允許有加速或者制動(dòng)，大件車輛通行過(guò)程中其他車輛不得上橋。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可知，典型PC工字梁橋（K14+400）技術(shù)狀況良好，擬定該次運(yùn)輸車過(guò)橋時(shí)沿該橋橋面中心線行駛。在此狀態(tài)下，典型橋梁各跨中梁在跨中處的橫向分布系數(shù)最大，結(jié)構(gòu)承受的荷載最為不利。采用剛性橫梁法和杠桿法計(jì)算工字梁跨中截面和支點(diǎn)截面的理論橫向分布系數(shù)[8-9]，需要注意的是，具有較多不確定參數(shù)的橋梁，僅僅依據(jù)理論算法確定橫向分布系數(shù)是不夠的，在條件許可的情況下需通過(guò)實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)測(cè)定來(lái)對(duì)理論值進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)橋梁實(shí)際的橫向整體性進(jìn)行判定。該次為測(cè)試實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)，將大件運(yùn)輸車輛橫向2縱列輪位加載位置進(jìn)行簡(jiǎn)化，并通過(guò)社會(huì)車輛等效加載模擬（見(jiàn)圖3），以近似測(cè)定大件運(yùn)輸車荷載作用下沿橫向?qū)Ω髦髁翰煌峙涞谋壤禂?shù)。
圖3 橫向分布測(cè)試等效輪位簡(jiǎn)化圖（單位：mm）
3.1.2 設(shè)計(jì)荷載橫向分布
印度IRC：6—2000規(guī)范中第207.1.3條規(guī)定，5.3~9.6m總車道寬度的橋梁設(shè)計(jì)車道數(shù)按兩車道計(jì)算，縱向效應(yīng)不予折減。按照最不利工況加載，該橋兩車道汽車荷載偏載橫向布置如圖4所示。
圖4 IRC：6—2000規(guī)范中兩車道汽車荷載偏載橫向布置圖（單位：mm）
表1 跨中橫向分布系數(shù)
理論及實(shí)測(cè)主梁跨中橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知，通過(guò)等效模擬大件運(yùn)輸荷載橫向加載，邊跨中梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值大14.0%，中跨中梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值大7.0%，考慮到實(shí)測(cè)中載橫向分布系數(shù)較理論值大，應(yīng)依據(jù)實(shí)測(cè)橫向分布對(duì)荷載組合值進(jìn)行修正檢算。
3.2 荷載組合對(duì)比法
3.2.1 大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合
大件運(yùn)輸荷載參照我國(guó)規(guī)范[10]中的掛車組合進(jìn)行計(jì)算，即S=1.2SG+1.1SQ（SG為永久荷載中結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)；SQ為基本可變荷載中平板掛車或履帶車產(chǎn)生的效應(yīng)）。該次大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合算式為S大件=1.2×一期恒載+1.2×二期恒載+1.1×大件運(yùn)輸荷載。
3.2.2 設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合
根據(jù) IRC：6—2000中第 207.1.3條規(guī)定，Class-A活載縱向分布簡(jiǎn)圖如圖5所示。同時(shí)參照印度混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 IRC：18—2000[11]中第11.7條規(guī)定，設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合按S設(shè)計(jì)=1.25×一期恒載+2.0×二期恒載＋2.5×活載（Class-A＋人群荷載）計(jì)算，其中根據(jù)IRC：6—2000規(guī)范中第211.2條規(guī)定，當(dāng)計(jì)算跨徑3 m≤L≤45 m時(shí)，汽車活載計(jì)入的沖擊系數(shù)按式（1）進(jìn)行計(jì)算：
式中：μ為沖擊系數(shù)；L為橋梁計(jì)算跨徑。
3.2.3 判定方法
荷載組合對(duì)比法作為一種承載能力極限狀態(tài)判定方法，無(wú)須確定橋梁承載能力極限狀態(tài)下的抗力效應(yīng)，僅需將大件運(yùn)輸荷載效應(yīng)組合和設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)組合進(jìn)行比較，即可初步判斷橋梁能否滿足大件運(yùn)輸安全通行要求。其判定準(zhǔn)則為：
圖5 IRC中Class-A活載縱向分布簡(jiǎn)圖
（1）當(dāng)S大件/S設(shè)計(jì)≤1，橋梁具備通過(guò)大件運(yùn)輸荷載的能力。
（2）當(dāng)S大件/S設(shè)計(jì)＞1，橋梁不具備通過(guò)大件運(yùn)輸荷載的能力，需減小軸重或?qū)蛄翰扇〖庸檀胧?，建議加固后采用實(shí)際荷載判別法或試驗(yàn)荷載法進(jìn)行二次判定。
3.3 承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)比較判定
表2和表3分別給出了承載能力極限狀態(tài)下，大件運(yùn)輸荷載和設(shè)計(jì)荷載對(duì)于橋梁跨中截面的彎矩組合值、支點(diǎn)截面的剪力組合值以及相應(yīng)判定結(jié)果。
表2 大件運(yùn)輸荷載、設(shè)計(jì)荷載彎矩組合值及判定結(jié)果
表3 大件運(yùn)輸荷載、設(shè)計(jì)荷載剪力組合值及判定結(jié)果
由表2和表3可以看出，按實(shí)測(cè)橫向分布計(jì)算，橋跨主梁控制斷面在大件運(yùn)輸荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值均明顯小于Class-A設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)組合值，S大件/S設(shè)計(jì)＜1，表明橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力滿足該次大件運(yùn)輸安全通行要求。
3.4 正常使用極限狀態(tài)判定
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全通過(guò)控制應(yīng)力狀態(tài)和極限承載能力來(lái)保證[12]。考慮到該次運(yùn)輸路線上PC梁橋缺少設(shè)計(jì)圖紙，無(wú)法對(duì)正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力、剛度進(jìn)行判定，故在使用荷載組合對(duì)比法的同時(shí)，對(duì)選取的典型橋梁輔以試驗(yàn)荷載法進(jìn)行判定。受文章篇幅所限，文中對(duì)荷載實(shí)驗(yàn)法判定過(guò)程不再詳述。試驗(yàn)主要結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4可以看出，各工況下典型橋梁試驗(yàn)跨應(yīng)變及撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.30~0.81，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.71~0.95，均小于1.0，滿足我國(guó)規(guī)范要求[13]，亦滿足該次大件運(yùn)輸荷載的正常使用要求。
4 結(jié)語(yǔ)
（1）大件運(yùn)輸過(guò)橋承載能力判定方法的選擇上應(yīng)綜合考慮多種因素，本文在現(xiàn)有的評(píng)定方法基礎(chǔ)上提出了荷載組合對(duì)比法，該方法作為等代荷載判別法的一種衍生，適用于與我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范存在明顯差異的國(guó)外橋梁的承載能力判定，是一種省時(shí)、有效的方法。
（2）橫向分布系數(shù)是決定橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁在荷載作用下內(nèi)力大小的重要因素，本文提出采用等效模擬大件運(yùn)輸荷載輪位方法獲得橋梁實(shí)際橫向分布系數(shù)，該方法可判定橋梁實(shí)際橫向聯(lián)系狀況，亦可對(duì)理論橫向分布進(jìn)行驗(yàn)證。
（3）對(duì)于一些服役齡期較長(zhǎng)、技術(shù)狀況劣化明顯的橋梁，僅采用荷載組合對(duì)比法判定是不夠的，在條件允許的情況下應(yīng)采用試驗(yàn)荷載法進(jìn)行輔證。
表4 橋跨試驗(yàn)梁實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)
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