安稳电厂大件运输旧桥临时加固方案研究

文/ 王军礼 重庆市綦江区公路局 重庆 401420

安稳电厂大件运输旧桥临时加固方案研究

文/ 王军礼 重庆市綦江区公路局 重庆 401420

重庆安稳电厂扩建，需运输自重350吨，车货总重434.5吨的发电机定子通过双曲拱桥，原桥能力不能满足大件通过的需要，采用在原桥主拱圈下设置工字钢联合支架作为附加拱圈的方式进行临时加固后满足承载要求，并顺利通过，为旧桥临时加固以及大件运输积累了经验。

大件运输；附加拱圈；临时加固

1、工程概况

因重庆市綦江区安稳镇电厂建设需要，需通过一座旧拱桥--羊叉桥将大件变电器运送至电厂，本次运输车货总重434.5吨（其中货重350吨、平板车重52.5吨，牵引车重32吨）。羊叉桥全长52.0m，桥梁全宽6.0m：[护栏（0.4m）+桥面铺装（5.2m）+护栏（0.4m）]，下部结构为重力式桥台及刚性墩；桥面铺装为水泥混凝土路面，栏杆为钢筋混凝土防撞护栏，上部结构为跨径2×20m的钢筋混凝土双曲拱桥。该桥于2016年初已进行过加固整治，整治方案是采用增大截面法，在原拱肋下方设置25cm厚钢筋混凝土板将6片拱肋连成整体，以增大截面尺寸和截面刚度，加固后，满足了车货总重311吨大件货物的通行要求。

2、附加拱圈设计

2.1 附加拱圈方案

此次为满足临时通行434.5吨大件货物的需要，充分利用原桥承载力，综合考虑各种因素，本次临时辅助支撑设计采用附加拱圈形式，在原桥主拱圈下设置工字钢联合支架拱圈，附加拱圈的上表面与原桥拱圈下表面充分接触，通过千斤顶对附加拱圈的拱脚施加轴向顶推力，强迫附加拱圈对原桥主拱圈施加均布压力，这部分压力可以抵消原桥部分恒载，达到提高桥梁承载能力的目的。此外，在主动施加一定的顶推力后，将附加拱圈与原拱圈进行固定连接，使附加拱圈与原拱圈形成整体，联合受力，从而提高原拱圈的承载能力。初步计算表明，附加拱圈提供100吨的反向压力，即可满足本次大件车辆过桥需要。

2.2 附加拱圈布置形式

附加拱圈主要由12榀钢拱架组成，每榀钢拱架型号为20a的热轧型工字钢利用连接钢板焊接而成（纵向长度根据现场实测值确定，分段拼装而成）每两榀钢拱架通过横向钢板焊接形成一榀，全桥共形成六榀钢拱架；各榀钢拱架在拱脚处放置在牛腿上，通过千斤顶将拱架与主拱圈紧密贴合在一起，附加拱圈,截面如图1、图2，每榀钢拱架的重量为0.43吨。

图1 附加拱圈横断面布置图

图2 附加拱圈纵断面布置图

在安装每榀工字钢之前先在每榀工字钢下方对应位置植入钢板，等每榀工字钢临时用螺杆固定后，通过千斤顶的调整位置并施加轴向压力，待每榀工字钢顶压就位后将工字钢与钢板进行焊接，从而保证附加拱圈与原拱圈共同受力并提供附加拱圈的横向约束。

3、附加拱圈验算

(1)混凝土

a、C 40 混凝土(适用于加固混凝土拱圈和桥墩、台前墙及腹拱圈加固)：弹性模量：3.45×104 MPa；剪切模量：1.3×104 MPa；轴心抗压强度设计值：fcd=18.4MPa；轴心抗拉强度设计值：ftd=1.65 MPa；泊桑比：0.2；线膨胀系数：1.0×10-5/°C；容重：γ=26.0 kN/m3。

b、C 20 混凝土(适用于原拱肋和微弯板)：弹性模量：2.55×104MPa；剪切模量：1.02×104 MPa；轴心抗压强度设计值：fcd=9.2MPa；轴心抗拉强度设计值：ftd=1.06 MPa；泊桑比：0.2；线膨胀系数：1.0 ×10-5/°C；容重：γ=26.0 kN/m3。

c、砌体(适用于桥墩、桥台)：砌体弹性模量：7.3×103 MPa；砌体线膨胀系数：0.8×10-5 /°C； d、桥面铺装：钢筋混凝土容重：γ=25.0 kN/ m3；沥青混凝土容重：γ=22.0 kN/ m3。

(2)普通钢筋

a、R 235钢筋：弹性模量Es=2.1×105 MPa；抗拉设计强度fsd=195 MPa；标准强度fsk=235 MPa。

b、HRB335钢筋：弹性模量Es=2.0×105 MPa；抗拉设计强度fsd=280 MPa；标准强度fsk=335 MPa。

(3)工字钢

工字钢采用型号为 20a 的热轧工字钢,其参数如下,截面面积35.5cm2,对 x 轴的截面惯性矩为 IX=2370cm4,弯曲截面系数W x=237cm3,IX：SX=17.2cm,每米理论重量为27.9kg。

3.2 牛腿的验算

图3 牛腿立面图

如图3 所示，支承工字钢的牛腿采用不同尺寸的钢板焊接在一块100cm×42cm厚度为2cm的底座钢板上。每个牛腿采用8根Ф16普通螺杆植筋固定。作用在每个牛腿上的力为F为200kN，钢板及螺栓的材料均为Q 235钢，许用应力 =170MPa， =130MPa。当F垂直作用在牛腿上时，通过分析每个螺杆的受力，当各个螺杆直径相同，当外力F作用在牛腿上时，每个螺杆受力相同。

通过受力分析，外力F与牛腿作用时竖直方向的剪力

按剪切强度条件得

由上可知，牛腿满足受力条件。

3.3 拱底钢板混凝土压应力计算

通过在附加拱圈每个拱脚轴线处施加10吨的力，相当于每榀工字钢承受100KN的轴向力，通过M IDAS软件模拟附加拱圈受力状态，计算得出在拱顶焊接钢板处梁底混凝土所受压力为23.1KN，考虑车辆通过桥梁时的特殊性，取安全系数为1.4。由第一次加固设计资料知拱底材料为C 40混凝土，其标准抗压强度为20.1MPa，附加拱圈与拱底接触的钢板尺寸为（28×65）cm，则拱底混凝土承受压应力为0.2MPa，可知拱底混凝土承受压应力远小于混

凝土抗压强度，故拱底混凝土抗压满足要求。

4、桥梁结构分析

本次检算采用M idas Civil 2015软件，结合实测几何尺寸，建立加固前及加固后结构计算模型。拱上填料的弹性模量比主拱材料的弹性模量小一个数量级，以弱化其刚度贡献，桥面铺装和栏杆、护栏用均布线荷载模拟，车道荷载作用于桥面梁单元，通过拱上建筑传递至主拱圈。桥墩墩底和桥台基础均模拟为固结。桥梁结构检算模型如图4，荷载组合作用下结构内力计算结果如表1、表2。

图4 桥梁检算模型

表1 1.2×恒载+1.2×特载+1.2×附加拱圈效应

表2 1.2×恒载+1.4×公路—Ⅱ级+1.2×附加拱圈效应

结论：

通过对比羊叉桥在大件运输（1.2恒荷载+1.2特载+1.2×附加拱圈效应）工况和公路-Ⅱ级荷载（1.2恒荷载+1.4公路-Ⅱ级荷载+1.2×附加拱圈效应下的内力情况，可以看到在附加拱圈加固后，大件运输荷载下的最大内力与公路-Ⅱ级荷载比较接近，产生的荷载效应与公路-Ⅱ级荷载相当，略小于公路-Ⅱ级，满足设计规范限值，可确保特殊荷载顺利通过桥梁。

结语：

大件车辆已于2016年7月安全通过临时加固桥梁,根据运输现场监测单位反馈的信息,被加固桥梁在大件车辆通过时受力状态良好,临时加固效果显著。大件运输旧桥临时加固情况在綦江区发生较少,有许多的技术不很完善,本次成功案例为大件运输旧桥临时加固改造积累了经验。

[1]中华人民共和国交通部.JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].人民交通出版社,2008.

[2]中华人民共和国交通部.JTG D60-2015，公路桥涵通用设计规范.人民交通出版社,2015.

[3]中华人民共和国交通部.JTG/T J21-2011,公路桥梁承载能力检测评定规程.人民交通出版社,2011.

[4]叶见曙.结构设计原理[M].人民交通出版社,2005.

[5]单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].人民交通出版社,2007.