1 工程概况

东沙河大桥位于河南省周口市境内省道绕城改线公路11km处,大桥全长406.1m,为部分预应力混凝土组合箱梁桥,结构简支桥面连续。桥宽24m,由9片小箱梁组成,小箱梁跨中截面一般构造如图1所示。上部构造为两联,每联5孔,每孔跨径40m。设计荷载:汽车-超20,挂车-120。桥下通航净空标准:净宽30m,净高8m。满足3级航道标准。全桥主梁梁体、下部结构的盖梁、墩柱结构整体性良好,无病害迹象,附属设施基本都无缺损现象,整个桥梁在原有设计荷载下通行状况良好。经分析该桥在大件运输车辆荷载作用下必须进行加固以保证结构的承载能力,避免车辆通行后产生损伤。因超重车辆载重量为1.3倍原桥验算荷载,在普通情况下难以碰到,结合原桥实际运营状况,以及各种加固方案的综合比较,只需对该桥进行临时加固处理,特提出了“桥上桥”的设计方案。

2　“桥上桥”方案简介

为适应跨径和荷载的要求,该项目选用三排双层加强型连续梁桁架结构。“桥上桥”技术就是利用这些现有装备器材,在原桥上铺设临时性分载设施对上部结构进行减载。因其结构简单,适应性强、互换性好、拆装方便、架设速度装配式公路钢桥采用整体结构形式,单跨跨径40m,全长406m,两端设置端柱,桥座支撑在距原桥桥台靠路侧3m的位置,以保证原桥桥台的稳定性,装配式钢桥在原桥桥墩墩顶位置处对应的沥青桥面上设置钢桥的支点。桥上钢桥主桁三排双层加强型贝雷片对称布置,顺桥向横向每孔布置13片,主桁在后方场地内拼装,形成节段分组桁架。在原桥中心线处架设装配式钢桥,将后方节段分组桁架运至现场利用吊车组拼装成整体,安装钢桁架之间的横向联系将整个结构横向连成整体,以增强主桁之间共同分担荷载的能力。

3常规“桥上桥”方案的局限

采用“桥上桥”的临时加固方案,避免了任何形式的桥下施工,满足了东沙河的汛期防汛要求,较之提载效果明显、工期亦较快的桥下支撑方案更有优势。但常规“桥上桥”方案对于通行这种超大净宽超重车辆来说,最大的难题就是直接使用标准件组拼不能满足桥面净空要求。因为常规的“桥上桥”都是采用标准配置的“321”装配式公路钢桥,其桥面净宽为3.7m,横梁能承受的车辆单轴最大重量为20t,而该次大件运输需要的桥面净宽达6.5m以上,远远超出了装配式公路钢桥的标准桥面净宽,而且净跨度加大到6.5m后横梁单轴承载力下降,不能满足装配式公路钢桥的设计轴重,为此需要重新设计横向联系,以提高横梁的承载能力。鉴于该次大件运输的急迫性、高强钢材的采购难度大,使钢横梁只能采用屈服强度较低的Q235,又进一步增加了横向联系的设计难度。

4　“桥上桥”关键技术

“321”装配式公路钢桥的桥面系构件由横梁、横梁夹具、纵梁、桥板、护轮木、护轮木固定螺丝等组成。标准的横梁(图3)由27a工字钢制成,横梁全长5.85m,重245kg,在顶部焊有4个卡铁,用以限定纵梁的位置,梁端上方含有一个带圆孔的短方柱、用来固定斜撑,两端底面各有3个凹眼,用以套入桁架下弦杆横梁垫板上的定位栓钉,使横梁在桁架上就位,在两端腹板两侧距端面25cm的位置各焊有一个销钉,用于固定人行道的挑梁。但事实上,27a工字钢不在国际和行业标准系列范围之内,因此订货十分困难,对比27a与28a工字钢的几何尺寸可知,除高度外其余参数全部相同,故该工程中采用28a代替27a工字钢。为保证横梁夹具尺寸不变,使27a和28a工字钢在相同的横梁夹具情况下安装,必须将28a工字钢横梁的两端进行加工处理,将横梁做成鱼腹式,因此两端横梁的高度做成270mm,中间段为280mm。为解决特种车辆运输大净宽的要求(无法直接使用标准件),为此提出了大横梁的连接设计方案,该方案现已获得国家专利。基于常规形式的装配式公路钢桁架,将两片槽钢设置于钢桁架菱形空间底部,两片槽钢间通过连接螺栓夹紧钢桁架斜杆,与钢桁架固定在一起,大横梁放置在槽钢上,大横梁通过U形螺栓与钢桁架连成整体,U形螺栓的底部采用夹板结构固定(图4)。各连接位置均为栓接形式,可方便安装和拆卸。

5结语

以东沙河大桥大件超限车辆运输为工程背景,主要研究利用超宽装配式公路钢桥提高公路桥梁承载力的关键技术,拓展装配式钢桥的应用范围,即首先通过结构优化分析来确定合理的装配式公路钢桥布置形式,其次对于桥面净宽远远超出标准值,标准钢横梁材料无法使用,横梁与钢桁架连接困难,桥面线形复杂等多个技术难题进行研究,在确保尽可能少地改造“321”装配式公路钢桥构件的基础上,最大程度地利用装配式公路钢桥与原桥的现有承载力,达到提高“桥上桥”加固方法应用范围的目的。最后通过实际加载对超宽装配式钢桥的受力性能进行验证,说明该种临时加固方案是可靠的。