沙田大桥特种车辆承载力验算及加固.pdf

文章编号:1671-7619(2005)05-0021-04沙田大桥特种车辆承载力验算及加固万锦平(广东省东莞市地方公路管理总站,广东东莞 523010)摘要:为确保东莞市沙田大桥安全通行 360t超限特种车辆,对该桥承载力进行了验算、分析与评估。计算分析结果表明,桥梁结构理论承载力满足特种车通行需求。但考虑到该桥部分 T 梁梁端劈裂等病害的影响,结构实际承载力有所降低,对该桥 T梁进行了加固及加固后盖梁特种车辆等效荷载试验。部分方法和结论可供同类桥梁参考。关键词:桥梁;承载力;加固;特种车辆中图分类号:U445.72 文献标识码:B0 引言近年来,随着我国现代化建设的发展,由公路运输特大、特重型工业设备日趋频繁。随着超重车的出现,原有公路桥梁因为设计荷载等级的限制,难以适应超重车辆过桥的需要;此外,现有桥梁现有隐患的问题,早期修建的桥梁日益老化,技术状况和承载力也明显降低。这些问题的存在使得超重车辆的通行极有可能引起桥梁的损坏,甚至引发重大事故。因此,对超重车辆通行路线的桥梁必须进行承载能力验算与评估,并采取必要的加固措施。东莞市沙田镇沙田大桥根据实际运营需要,需通行总重约 360t的特种车辆。笔者以此为例,对沙田大桥特种车辆承载力进行了验算,并针对该桥存在问题,介绍 T 梁加固方案以及加固后特种车辆等效荷载试验。1 承载能力验算与评估1.1 沙田大桥及特种车辆概况沙田大桥位于东莞市沙田镇,其设计荷载标准为汽车-20级,验算荷载为挂车-100。大桥上部构造为 9跨 20m 普通钢筋混凝土简支 T梁,下部构造均采用双柱式墩台,墩台基础采用 2根直径 1.3m 的钻孔灌注桩。每跨桥梁采用 7片等截面预制 T 梁,其横向布置如图 1所示。特种车辆参数如图 2所示,其中燃机重 205,t 托架重 55,t 每辆平板车重 50,t 平均轴重约 12 t 1,2。图 1 沙田大桥横向布置示意图图 2 15轴 2特种车辆参数图#21#2005年增刊 广 东 公 路 交 通GuangDong GongLu JiaoTong 总第 92期1.2 主梁承载力验算与评估当特种车辆沿桥梁中心行驶时,根据横向分布系数理论 3,4,每跨简支 T梁中间片 T 梁处于最不利位置。根据简支梁的特点及其影响线可知,T梁最大剪力出现在支座处,最大弯矩出现在跨中。表 1给出了不同荷载作用下主梁最大剪力与弯矩理论计算结果。表 1 不同荷载作用下主梁控制内力计算结果荷载类别支座处剪力/kN跨中弯矩/kN#m汽车)20212.8945.2挂车)100496.41 192.5特种车393.31 081.2从表 1可以看出,特种车作用下,主梁支座处剪力大于设计荷载汽)20,但小于验算荷载挂)100的剪力;跨中弯矩大于汽)20,但略小于挂)100的跨中弯矩。因此,从理论计算结果看,主梁结构满足特种车通行要求1.3 盖梁承载力验算与评估采用杠杆原理法 3,考虑到重车轴布置在梁肋上效应最大,且帽梁的跨中弯矩最大,故重车布置于中间片 T梁时为最不利。表 2为不同荷载作用下的盖梁内力极值结果。表 2 活载作用下盖梁的内力计算表荷载类别最大正弯矩/kN#m最大负弯矩/kN#m最大剪力/kN汽车)20359.7-465.5299.9挂车)100854.6-465.5478.2特种车1 136.8-632.1675.2从表 2可以看出,特种车的最大剪力大于汽)20和挂)100的最大剪力;特种车的最大正弯矩大于汽)20和挂)100的最大正弯矩;特种车的最大负弯矩绝对值大于汽)20和挂)100的最大绝对负弯矩。因此,从理论计算结果看,特种车通过该桥时,盖梁内力超出了桥梁设计荷载所产生的内力。但要判断特种车通过桥梁的时候盖梁是否安全,还需进行盖梁极限承载力分析。桥台与中墩极限承载力计算结果如表 3所示。表 3 盖梁极限承载力计算表荷载类别最大正弯矩/kN#m最大负弯矩/kN#m最大剪力/kN桥台盖梁极限承载力3 081.1-4 183.61 761.1桥墩盖梁极限承载力3 267.3-4 219.92 016.8特种车和恒载组合20 257-2 246.21 708.1从表 3可以看出,尽管特种车通行沙田大桥时盖梁所产生的内力超过了设计荷载作用的结果,但小于盖梁的极限承载力,特种车通过该桥时安全性能够得到满足。2 T梁劈裂加固尽管理论计算表明,沙田大桥主梁及盖梁均满足特种车通行需求,但桥梁实际检查发现,部分T梁在桥墩支座处发生劈裂破坏(图 3)。从现场T梁梁端破坏现象可以看出,破坏产生的原因一方面是由于伸缩缝预留间隙太小,T 梁相互碰撞的结果;另一方面是由于超重车作用下,梁端的支座反力过大而造成的。基于此,为确保特种车安全顺利通过沙田大桥,对该桥已发生劈裂的 T 梁梁端采取了加固措施。图 3 沙田大桥 T梁端损坏 根据 T 梁劈裂的实际情况,并与其他加固方法进行比选,最后确定了如下加固方案:(1)清除 T梁端松动砼,布置一定数量的植筋、立模、灌注环氧胶砂,恢复 T 梁端原有尺寸(图 4)。22#2005年增刊 广东公路交通 总第 92期(2)考虑到梁端工作面小,为了增强抗剪强度,并使新旧材料共同作用,待 T梁端结构尺寸恢复后,采用结构胶外贴 8mm 厚钢板的方法加固 T梁端(图 5)。图 4 T梁端植筋、立模灌注环氧胶砂示意图图 5 粘贴钢板示意图3 加固后盖梁特种车等效荷载试验为确保特种车安全通过,采用弯矩等效与剪力等效原则,对加固后的 4#墩盖梁进行了荷载试验。为全面检测盖梁在试验荷载下的反应,对 4#墩盖梁共布置了 11个应变测试点(图 6),应变测试结果如表 4所示。图 6 4#墩盖梁应变测点布置图表 4 4#墩盖梁应变计算及测试结果应变编号应变理论值/LE 应变实测值/LE卸载/LE应变编号应变理论值/LE 应变实测值/LE卸载/LE1391727/-1242/418/623/-519561634-3-110107349257348011734716-3-41 注:应变拉为正,压为负#23#2005年增刊 万锦平 沙田大桥特种车辆承载力验算及加固 总第 92期 从表 4可以看出,沙田大桥在 T 梁端加固后按特种车等效荷载试验进行的盖梁试验中,拉应变均小于理论计算值;压应变绝对值虽大于理论值但均在 12LE以内,试验前后盖梁、T 梁端加固处均未见裂缝产生,残余变形较小。试验结果表明,结构在试验荷载下工作在弹性区,加固后的沙田大桥满足特种车通行需求。4 结语为满足沙田大桥通行特种车需要,本文介绍了沙田大桥主梁及盖梁承载力的检算方法及过程,并对劈裂 T 梁维修加固方法及过程进行了介绍。最后对 T梁加固后的沙田大桥进行了盖梁静载试验,为特种车通行提供了试验依据。参考文献:1 东莞市沙田镇沙田大桥 15轴 2特殊车辆荷载验算报告及加固方案 R.华南理工大学建筑设计研究院,2005.2 东莞市沙田镇沙田大桥特种车等效荷载盖梁试验报告 R.东莞市交通工程质量检测中心,2005.3 姚玲森.桥梁工程 M .北京:人民交通出版社,1993.4 范立础.桥梁工程(上)M .北京:人民交通出版社,2000.(收稿日期:2005-10-20)#24#2005年增刊 广东公路交通 总第 92期