典型16 m簡支T梁加固措施案例分析

徐立強，何嘉順

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市100082）

典型16 m簡支T梁加固措施案例分析

徐立強，何嘉順

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市100082）

對廣東順德西安亭大橋（舊橋）引橋中的16 m簡支T梁進行工程案例分析，通過對橫隔梁加固、鉸接縫改為現(xiàn)澆剛接、增強橋面鋪裝與梁體的粘結(jié)等方式對橋梁進行維修加固，并對加固方式進行有限元模擬。經(jīng)計算表明，T梁加固效果明顯，承載能力顯著提高。

簡支T梁；橋梁加固；橋面鋪裝；疊合梁

0　引言

16 m簡支T梁在20世紀(jì)60～80年代在全國有廣泛應(yīng)用，特別是部分裝配式橫向鉸接T梁在廣東地區(qū)個別橋梁已服役30 a以上［1-3］。該T梁的大量應(yīng)用對當(dāng)時的交通發(fā)展做出了重要貢獻，但在使用過程中同時出現(xiàn)了很多病害［4，5］。本文通過對一具體實例的加固措施進行分析研究。

1　工程概況

西安亭大橋（舊橋）位于省道362龍洲路上，跨越甘竹溪，總長519.0 m。主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)，引橋為16 m裝配式鋼筋混凝土簡支T梁。上部結(jié)構(gòu)跨徑組合為：6×16.0 m +（75.0 m+125.0 m+75.0 m）+9×16.0 m。橋面全寬為11.00 m，單向雙車道。引橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制鋼筋混凝土T梁，簡支結(jié)構(gòu)，勒流側(cè)和龍江側(cè)引橋跨徑組合分別為6×16.0 m和9×16.0 m。橫橋向均由7片T梁組成，間距為1.6 m；T梁高1.10 m，寬1.58 m，底板寬18 cm。T梁之間采用鋼板焊接形成整體（見圖1、圖2）。橋梁設(shè)計荷載等級：汽車-20級、掛車-100。通航等級：三級。西安亭大橋（舊橋）結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評分Dr=49.2，評定該橋為三類橋。

圖1　西安亭大橋（舊橋）引橋橫斷面（單位：mm）

圖2　T梁橫向連接示意圖

2　橋梁病害及成因分析

2.1橋梁病害

引橋T梁板式橡膠支座共有210只，其中病害支座共計86只，占總數(shù)的41%。主要病害有嚴(yán)重剪切變形、膠體開裂、外鼓不均勻、局部脫空現(xiàn)象，且大部分鋼墊板均銹蝕嚴(yán)重，少部分支座被墩頂?shù)慕ㄖ逊e、掩埋，部分支座已失去正常支承功能，引橋T梁腹板出現(xiàn)較多的豎向裂縫，裂縫寬度0.05～0.28 mm，部分裂縫寬度超限。部分橫隔板混凝土剝落，剛構(gòu)件外露銹蝕，個別現(xiàn)澆段位置出現(xiàn)泛白。橋面出現(xiàn)縱向裂縫14條，橫向裂縫11條，大小面積網(wǎng)裂7處和6處露筋。橫向裂縫一般均出現(xiàn)在墩頂對應(yīng)橋面附近，但個別橫向裂縫出現(xiàn)在跨中或其它位置，橫橋向裂縫寬度一般在1.0 mm左右，長度從100～500 cm不等?？v向裂縫一般出現(xiàn)在行車道輪跡位置或T梁接縫對應(yīng)橋面位置，縱向裂縫寬介于0.5～2.0 mm，最長達(dá)25 m。

2.2靜力荷載實驗

在各工況試驗荷載作用下，各測試截面各級撓度實測值與所施加的荷載量呈接近于線性變化，表明結(jié)構(gòu)撓度變化與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)相符。滿載時，各測點撓度實測值均小于計算值，校驗系數(shù)在0.57～0.84范圍內(nèi)，變形狀態(tài)正常；卸載后，各測點的相對殘余變形在0.0%～6.3%范圍內(nèi)，均小于20%，在試驗加載過程中基本呈彈性工作狀態(tài)。測試截面結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計活載等級要求。

2.3病害成因分析

首先，西安亭大橋（舊橋）上部結(jié)構(gòu)T梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，腹板產(chǎn)生豎向、斜向裂縫是不可避免的。由于該橋腹板配筋率低，水平鋼筋間距偏大，是產(chǎn)生豎向裂縫的主要原因。這是由于拉應(yīng)力由梁體混凝土及鋼筋的水平拉力來平衡，當(dāng)此拉應(yīng)力大于梁體混凝土的抗拉強度時，即產(chǎn)生豎向裂縫。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，引橋T梁拼接縫錯臺嚴(yán)重，普遍存在著拼接縫不平順，凹凸不平，且翼板底面混凝土大面積脫落、露筋、銹蝕，造成T梁橫向傳力減弱，削弱了T梁的橫向整體性，造成單片T梁分擔(dān)的活載增加，相應(yīng)的也增加了T梁的剪力，加劇了T梁腹板剪切裂縫的產(chǎn)生。由于干接縫破壞且未得到及時修補加強，使得T梁的橫向分布系數(shù)增大，比實際計算模型中受力情況更為不利。

引橋T梁板式橡膠支座的主要病害有嚴(yán)重剪切變形、膠體開裂、外鼓不均勻、局部脫空現(xiàn)象，且大部分鋼墊板均銹蝕嚴(yán)重，少部分支座被墩頂?shù)慕ㄖ逊e、掩埋，占總數(shù)的41%，部分支座已失去正常支承功能，使T梁結(jié)構(gòu)受到異常約束。T梁與支座相互影響，形成惡性循環(huán)，加劇了T梁腹板剪切裂縫的產(chǎn)生。混凝土收縮產(chǎn)生混凝土的徐變，重復(fù)荷載作用也是T梁腹板產(chǎn)生裂縫原因之一。

3　加固方案措施

3.1設(shè)計原則

工程實例橋梁維修加固原則如下：

（1）保持橋梁原有設(shè)計荷載等級不變；

（2）加固方案盡量減小對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的破壞，易于施工、方便操作；

（3）加固方案選擇盡量減少對現(xiàn)況交通的影響；

（4）T梁的橫向連續(xù)不僅僅依靠橫隔板加強，同時需通過橋面鋪裝及梁體本身加強；

（5）橫向連接加固后計算模型與實際構(gòu)造要求應(yīng)匹配。

3.2維修加固措施

西安亭大橋引橋16 m簡支T梁，破損嚴(yán)重，無法滿足繼續(xù)使用的安全性要求。結(jié)合病害及成因分析，加固共分3個方面進行。

（1）梁體自身加固措施（見圖3）

圖3　T梁梁體加固

梁體裂縫先進行注漿處理，然后再對梁體采用粘貼鋼板法進行加固，以提高抗彎、抗剪等承載力。

（2）橫向聯(lián)系加固措施

a. 橋面鋪裝：鑿出現(xiàn)狀橋面鋪裝，并對T梁頂面進行清表，然后植入鋼筋作為剪力釘。植入鋼筋需滿足抗拔力等相關(guān)要求，并用C50鋼筋混凝土鋪裝，設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)。將原T梁中鋼筋與鋪裝層鋼筋焊接，加強橫向聯(lián)系，由原來鉸接改為剛性連接（見圖4）。

圖4　橋面鋪裝補強

b. 橫隔板之間用鋼板以及對拉螺栓進行補強，并對部分破損的橫隔板鑿出，預(yù)留出原有鋼筋并加入鋼筋整體澆筑，見圖5。

c.保證橫向受力要求，將破損的支座統(tǒng)一更換，對部分破損的支座墊石進行鑿出重建。

圖5　橫隔板加固示意圖

3.3理論計算分析

橋梁維修加固計算充分考慮檢測報告提供的數(shù)據(jù)，使得更為接近實際。檢算系數(shù)Z2=1.030，惡化系數(shù)ζe=0.032，截面折減系數(shù)ζc=0.989，鋼筋截面折減系數(shù)ζs=0.980。本文采用MⅠDAS CⅠVⅠL空間計算模型，并將加固前后的數(shù)據(jù)與實測值進行對比，重點考慮豎向變形的變化。本文共考慮3種計算模型：（1）鉸接板梁法（不考慮橋面鋪裝）；（2）修正的剛性橫梁法（不考慮橋面鋪裝）；（3）修正的剛性橫梁法（考慮橋面鋪裝，相當(dāng)于加高梁體）。從圖6、圖7中可以看出，在鉸接板梁法計算模型中（接近于未加固前的橋梁）變形較大，而加固后偏安全的不考慮橋面鋪裝的模型下，豎向變形有較為明顯的縮減，因此，加固后較加固前橫向聯(lián)系有明顯提高。加固方案在理論計算方面合理、可行。

圖6　T梁有限元計算模型

圖7　不同計算模型T梁跨中繞度比較圖（單位：mm）

4　結(jié)語

16 m簡支T梁由于橫向連接薄弱，實際計算過程中采用鉸接板梁法計算橫向分布系數(shù)，而在實際使用過程中，橫隔板破壞，橋面鋪裝出現(xiàn)縱向裂縫，使得梁體出現(xiàn)單板受力狀態(tài)，造成承載力降低，增大了安全隱患。該種類型的梁體加固可以通過對橫隔板的補強、鋼板干接縫鑿除改為濕接縫等方式，增大橫向剛度，使得梁體整體受力，降低橫向分布系數(shù)，因此，經(jīng)改造后梁體計算橫向分布系數(shù)時，可采用修正的剛性橫梁法。橋面鋪裝在以往設(shè)計過程中均計入線形二期荷載，在該橋加固過程中，由于橋面鋪裝較厚，整體化層與梁體之間采用了剪力釘連接，可以有效加強連接，采用疊合梁計算模型，但在實施過程中應(yīng)注意施工質(zhì)量，同時建議采用較高標(biāo)號的混凝土。

［1］ 廣東省公路管理局.廣東省公路橋梁維修加固技術(shù)指南［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 劉來君，趙小星.橋梁加固設(shè)計與施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 吳亞娟.裝配式中小橋涵病害分析與加固方式研究［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［4］ 李友好，趙豫生.某病害橋橫向體外預(yù)應(yīng)力加固實踐［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報，2005（4）：18-21.

［5］ 史建方.橋梁單板受力成因分析與防治對策［J］.公路，2004（10）：71-73.

U445.7+2

B

1009-7716（2015）05-0168-03

2015-01-08

徐立強（1983-），男，河北承德人，碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計工作。