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超限運輸對公路橋梁的破壞作用

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0前言
我國公路橋梁設計中,計算荷載汽車車隊分為汽車―10級,汽車―15級,汽車―20級和汽車超―20級四個等級,汽車―10級的重軸載質量為10t(單軸),汽車―15級的重軸載質量為13t(單軸),汽車―20級的重軸載質量為24t(雙聯軸),汽車超―20級的重軸載質量為28t(雙聯軸)。
計算荷載中車輛的軸載質量,與實際行駛的車輛軸載質量是兩個不同的概念。
由于實際行駛在橋梁上的車輛荷載組合與設計采用的荷載標準不會一致,并考慮到橋梁必要的安全系數以保證其使用壽命,計算荷載中的最大軸載質量必需大于實際通行的車輛軸載質量限值。有人把兩者等同起來,認為計算荷載中的重軸載質量有多大,軸載質量的限值也應該有多大,這顯然是不正確的。
我國交通部《超限運輸車輛行駛公路管理規定》對公路上運行的各種機動車輛的軸載質量限值作了明確規定:
單軸(每側單輪胎)載質量6t;
單軸(每側雙輪胎)載質量10t;
雙聯軸(每側皆單輪胎)載質量10t;
雙聯軸(每側各一單胎、雙胎)載質量14t;
雙聯軸(每側雙輪胎)載質量18t;
三聯軸(每側單輪胎)載質量12t;
三聯軸(每側雙輪胎)載質量22t;
同時規定,單車、半掛列車、全掛列車車貨總質量限值為40t,集裝箱半掛列車車貨總質量限值為46t。
超過上述限值的超重車輛運輸,需向省、市公路管理機構辦理申批手續,由公路管理機構選定合理的運輸路線,驗算橋、路承載能力,制定通過方案,對運輸線路、橋梁等采取必要的加固改建措施,運輸車輛需持公路管理機構簽發的《超限運輸車輛通行證》在批準的時間和指定的公路上行駛。
絕大多數運輸企業為了追求運輸效益,沒有執行《公路法》和交通部《超限運輸車輛行駛公路規定》等法律、法規的規定,超限車輛在公路上任意行駛。
據有關資料,現在全國國省道干線公路上行駛的各類超限運輸車輛的比例占20%以上,有的甚至高達80%~90%,而且超限量越來越大,許多超限車輛質量大大超過限值的規定和橋涵的設計承載能力,使公路路面損壞,橋梁損壞、嚴重的甚至倒塌,成為公殺手。
據統計,湖州市公路上的超載車輛達80%,為了修復損壞的路面、橋梁,每年需投入公路大中修經費數千萬元。
超限運輸對公路路面的破壞作用已經論述得比較多,著名的“四次方法則”,已經是眾所周知,即汽車對路面的破壞作用與汽車軸載質量的n次方成正比(n≈4)。
本文針對湖州市情況討論超限運輸對公路橋梁的破壞作用。
1  超限運輸對橋梁結構的破壞作用
以在湖州市境內行駛的超限車輛東風ZQ155、星馬AH5152通過13m空心板橋為例,在最不利位置時的彎矩如表1。
由表1可以看出,東風ZQ155超限車輛通過13m橋梁時產生的彎矩是設計荷載汽車-超20級的1.4倍,汽車-20級的1.5倍,汽車-15
表1超限車輛和設計荷載彎矩對照表
                                                   
級的2.1倍,汽車-10級的2.8倍;星馬AH5152通過13m橋梁時產生的彎矩是設計荷載汽車-超20級的1.2倍,汽車-20級的1.3倍,汽車-15級的1.8倍,汽車-10級的2.4倍,都大大超過了橋梁的設計荷載。
湖州市公路橋梁設計荷載除高速公路為汽車-超20級外,均為汽車-20級以下,有些七十年代以前建造的橋梁設計荷載只有汽車-10級。
超限車輛行駛可造成公路橋梁結構損傷。這種損傷一般是累積性的,損傷的積累,達到一定程度會引起破壞,影響安全和使用,使橋梁壽命縮短,使一些橋梁成為危橋、險橋。湖州市一些橋梁使用不到十年,由于超限運輸,被重車壓壞,進行加固,有的甚至拆除重建。
1.1  超限運輸對梁板橋結構的破壞作用
1.1.1  產生過大的彎矩使梁板產生彎曲裂縫。彎曲裂縫為垂直裂縫,首先出現在跨中附近,從底邊向上發展,隨著荷載的增大,裂縫寬度增大,長度延伸,數量增多,裂縫區域向兩側發展。
1.1.2  產生過大的剪力,使梁板支座附近產生剪切裂縫。剪切裂縫為斜裂縫,與軸線成25~50°左右的角度,自下部開始往上發展,隨著荷載的增大,裂縫長度不斷增長并向受壓區發展,裂縫數量不斷增多,裂縫區域也逐漸向跨中方向發展。
1.1.3  過大的荷載,使裝配式板橋的鉸縫混凝土開裂,導致橋面橫向分布削弱,橋板承受荷載增加;嚴重時鉸縫混凝土破壞,形成單塊橋板受力,使橋板斷裂,產生險情,嚴重威脅橋梁和行車安全,如不及時采取措施,將造成嚴重事故。
1.1.4  超限車輛通過時,由于梁式橋的主梁受力不均勻,使梁間橫隔板產生裂縫,接頭砼脫落。
據調查,湖州市公路梁板橋各類裂縫較普遍,104國道、318國道、長牛線等車流量大,超限運輸嚴重的公路尤為嚴重。長牛線、老湖鹽線等公路都曾發生過橋板斷裂,由于發現和處理及時,避免了事故,維護了交通安全。
1.2  超限運輸對鋼筋混凝土拱橋結構的破壞作用
1.2.1  雙曲拱橋:雙曲拱橋是具有我國民族風格的橋型,六七十年代曾在全國推廣,湖州市境內尚有一定數量的雙曲拱公路橋。這種橋梁由于結構整體性較差,設計荷載偏低,病害率較高,承載能力不足。超限車輛行駛使雙曲拱橋的病害加速發展,主拱圈拱頂、拱腳附近產生徑向裂縫,拱波產生縱向裂縫,肋波結合處產生水平裂縫;腹拱開裂,腹孔微彎板裂縫不斷增多、增長、增寬、增深,甚至混凝土碎裂,局部結構破壞。
如老湖鹽線雙福橋(1-35m雙曲拱橋),超限運輸使該橋病害迅速發展,95~96年對該橋病害進行連續觀察,表明該橋拱波縱向裂縫、橫向裂縫、波肋脫開等不斷發展,腹孔嚴重破損。于96年封閉交通,98年拆除。
1.2.2  桁架拱橋:桁架拱橋是在雙曲拱橋基礎上發展起來的輕型拱橋。超限車輛行駛,使桁架拱薄弱桿件發生裂縫,隨著荷載的增加和反復作用,裂縫擴展,導致薄弱桿件斷裂,成為險橋,嚴重威脅橋梁和行車安全。湖州市104國道大茆橋(1-40m桁架拱大橋)97~98年間曾多次發生桁架上弦斷裂進行搶修。喬莫線老路籠糠山橋(1-50m桁架拱大橋)發生多排豎桿斷裂,2001年10月進行了搶修。這些橋梁病害如不及時檢查,及時發現和及時搶修,將釀成橋毀人亡的嚴重事故,后果不堪設想。
1.2.3  石拱橋:湖州

市公路上石拱橋一般承載潛力較大,病害較少,但也有被壓壞的,如長牛線上,一座5m石拱橋由于超限車輛行駛,產生拱圈變形和橫向、縱向裂縫。
1.2.4  橋面微彎板結構:湖州市輕型拱橋(雙曲拱、桁架拱、剛架拱)橋面結構大多是采用微彎板結構,這種結構承載潛力不大,又直接承受車輪荷載作用,病害最普遍,最嚴重,病害率為100%。在超限車輛作用下,先是微彎板局部板塊底部跨中出現裂縫,繼而裂縫逐漸發展直至混凝土碎裂、脫落,出現窟窿,局部結構破壞,危及橋梁及行車安全;有的橋梁還出現全橋微彎板大面積破損。96年以來,湖州市干線公路上混凝土輕型拱橋,由于微彎板橋面破損進行搶修,累計達百余次之多。
1.2.5  桁架梁橋:下承式預應力混凝土桁架梁橋是具有杭加湖地方特色的新型結構,湖州市建造了不少此型公路大橋,如104國道九九橋新橋、湖鹽線八里店大橋、練市大橋等跨徑為73m,潯練線花林大橋跨徑為80m。2001年8月,某大件運輸公司大平板車(車貨總重188T),在未征得湖州市公路路政部門同意的情況下,擅自從九九橋新橋自北向南通過(逆向行駛)。計算表明,新亞公司188T大平板車靠中慢速通行時,該橋桁架梁跨中彎矩為設計驗算荷載掛-100作用時跨中彎矩的187%。遠遠超過橋梁的設計承載力。該車通過后檢查發現,橋梁豎桿普遍產生橫向裂縫,裂縫最大寬度0.15mm,最小間距7cm。橋面橫向貫通裂縫由原2條發展為10條。
1.2.6  104國道五一大橋為上承式預應力混凝土連續桁架梁大橋,跨徑為40+60+40米。1999年,該橋橋面肋掖板在超限運輸和大交通量作用下,不堪重負,發生斷裂,進行搶修。
2  超限運輸對橋面鋪裝和橋面伸縮縫的破壞作用
橋面鋪裝和伸縮縫是車輛直接作用的部分,直接承受車輪荷載的壓力、沖擊、剪切與磨耗,并要求與主要承重結構必需共同受力,協調變形。超限車輛行駛使上述作用力大大增加,同時以往橋面鋪裝設計沒有特別的計算,只是配置少量構造鋼筋,因此,橋面鋪裝和伸縮縫病害十分普遍。

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