低高度混凝土梁橫向加固分析

韋一凡

（蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

低高度混凝土梁橫向加固分析

韋一凡

（蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

以16m低高度鋼筋混凝土T梁為研究對(duì)象，通過(guò)搜集資料、調(diào)查分析，結(jié)合以往類(lèi)似工程加固經(jīng)驗(yàn)，對(duì)臨時(shí)通行公路荷載的T梁的橫向剛度進(jìn)行了理論計(jì)算分析，針對(duì)橫向剛度不足問(wèn)題，提出了較為合理的橫向加固方案和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，以滿足臨時(shí)通行公路荷載時(shí)的安全性，同時(shí)可為相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加固提供指導(dǎo)。

低高度混凝土T梁；橫向加固；最大履帶車(chē)荷載 ；安全

1 工程概述

隨著我國(guó)鐵路公路運(yùn)量和速度的不斷增加，既有橋梁出現(xiàn)的病害日益突出［1，2］，對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)營(yíng)日趨重要。

1.1 工程背景

蘭新線某鐵路立交跨線橋?yàn)?.0～16.0m低高度混凝土橋梁，設(shè)計(jì)荷載為中-活載，該橋?yàn)榱洪g無(wú)焊聯(lián)橋，建成年度為1984年4月。橋下北側(cè)一孔通過(guò)蘭新下行正線，南側(cè)一孔通過(guò)機(jī)車(chē)入Ⅱ線（目前已拆除），該橋在蘭臺(tái)及烏臺(tái)均以安裝防落梁限位架，但在中墩上未安裝 （支承墊石邊距頂帽邊緣僅為0.37m）。目前，打算臨時(shí)通行公路車(chē)輛荷載，考慮到橋梁的安全性，須對(duì)其進(jìn)行檢算及加固。橋梁效果圖如圖1所示。

圖1 橋梁效果圖

1.2 技術(shù)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)型式

既有T梁采用C40的混凝土，普通鋼筋采用HRB335；標(biāo)準(zhǔn)跨徑為16.50m，計(jì)算跨徑16.00m。

設(shè)計(jì)荷載按公路-Ⅰ級(jí)，公路-Ⅱ級(jí)荷載，現(xiàn)有70t履帶車(chē)荷載計(jì)算。

1.3 加固設(shè)計(jì)方案

為了提高橫向剛度，防止在公路偶然荷載作用下，梁體發(fā)生橫向傾覆，采取以下加固措施［3～6］：

梁部腹板處橫向采用直徑為25mm的精軋螺紋粗鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=830MPa，彈性模量Ep= 2.0×105MPa，采用單端張拉，張拉力與伸長(zhǎng)量雙控制，張拉控制力為244.3kN，每延米張拉引伸量為0.249cm。加固模型圖如圖2所示。

圖2 加固模型圖

2 作用效應(yīng)計(jì)算

2.1 效應(yīng)計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況，T梁上的永久荷載主要是有梁體自重及二期恒載。

可變荷載有汽車(chē)荷載分為公路-I級(jí)荷載，公路-Ⅱ級(jí)荷載，履帶車(chē)荷載（履帶荷載由70tXRS670旋挖鉆機(jī)產(chǎn)生的均布荷載組成，具體值為：荷載橫向外寬度3.5m，履帶寬度0.8m，履帶著地長(zhǎng)度4.8m）。

2.2 作用效應(yīng)的組合

1）按《橋規(guī)》［7，8］公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行效應(yīng)組合。

按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)的基本組合表達(dá)式：

按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用以下兩種效應(yīng)組合：

2）作用效應(yīng)組合結(jié)果。在汽車(chē)荷載公路-I級(jí)荷載，公路-Ⅱ級(jí)荷載，履帶車(chē)荷載作用下，T梁作用效應(yīng)見(jiàn)表1～3。

表1 公路I級(jí)T梁作用效應(yīng)組合值

表2 公路II級(jí)T梁作用效應(yīng)組合值

表3 履帶車(chē)T梁作用效應(yīng)組合值

3 加固后T梁檢算

3.1 正截面抗彎驗(yàn)算

以公路Ⅰ級(jí)荷載為例進(jìn)行計(jì)算如下：

翼緣位于受壓區(qū)的T形截面或I形截面受彎構(gòu)件，其正截面抗彎承載力應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：

當(dāng)符合下列條件時(shí)，應(yīng)以寬度為bf的矩形截面計(jì)算正截面抗彎承載力。

按上述公式判斷截面類(lèi)型為第一類(lèi)，因此應(yīng)按寬度bf=1920mm的矩形截面來(lái)計(jì)算抗彎承載力。

由∑x=0計(jì)算混凝土受壓區(qū)高度x，并代入跨中截面的抗彎承載力公式可知：Mud＞r0Md。

計(jì)算結(jié)果表明，公路I級(jí)荷載作用下跨中截面抗彎承載力滿足要求；按照以上算法，可以計(jì)算得到，公路Ⅱ級(jí)、現(xiàn)有70t履帶車(chē)荷載跨中、1/4截面抗彎承載能力也能滿足規(guī)范要求。

3.2 斜截面抗剪力驗(yàn)算

以公路Ⅰ級(jí)荷載為例進(jìn)行計(jì)算：選取支點(diǎn)處截面進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算。首先按《公預(yù)規(guī)》第5.2.10條計(jì)算是否需要斜截面剪力驗(yàn)算；然后按《公預(yù)規(guī)》5.2.9條進(jìn)行抗剪強(qiáng)度上下限復(fù)核［9］。

計(jì)算結(jié)果表明，公路I級(jí)荷載作用下支點(diǎn)處斜截面抗剪承載力滿足規(guī)范要求；按照以上算法可以計(jì)算得到，公路Ⅱ級(jí)、現(xiàn)有70t履帶車(chē)荷載支點(diǎn)和1/4截面斜截面抗剪承載力均滿足規(guī)范要求。

3.3 正截面抗裂性驗(yàn)算

截面抗裂性計(jì)算是對(duì)構(gòu)件跨中截面混凝土的拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，并滿足《公預(yù)規(guī)》6.4.3條要求［9］。見(jiàn)表4。

表4 正截面抗裂驗(yàn)算

由上述計(jì)算結(jié)果可知，公路I級(jí)、公路Ⅱ級(jí)、現(xiàn)有70t履帶車(chē)荷載跨中截面裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

3.4 抗傾覆驗(yàn)算

1）加固前。作用在梁上的荷載包括：

永久荷載：梁體自重G；G=530.3kN

可變荷載：汽車(chē)荷載 q；q=0.56×70×9.8= 384.16kN

偶然荷載：制動(dòng)力橫向分力Ty、撞擊力Fy。

單片梁沿支座中心往外傾覆計(jì)算得：

因此，在偶然荷載作用下，單片梁會(huì)發(fā)生橫向傾覆。

2）加固后。當(dāng)在梁部腹板處橫向采用直徑25的精軋螺紋粗鋼筋加固后，沿支座中心取矩得：

因此，即使在偶然荷載作用下，單片梁抗傾覆也滿足要求。

4 反算能承受的最大履帶車(chē)荷載

由以上計(jì)算可知，1/4截面斜截面抗剪承載力控制設(shè)計(jì)，故推求得到現(xiàn)有履帶荷載最大為104t。由此可得q履帶=252.3kN/m

內(nèi)力計(jì)算：

不計(jì)沖擊：V履帶=406.9kN

計(jì)入沖擊：V履帶=553.4kN

故1/4截面作用效應(yīng)見(jiàn)表5。

表5 104t履帶車(chē)T梁作用效應(yīng)組合值

利用表5組合值重新進(jìn)行正截面抗彎，斜截面抗剪，正截面抗裂，抗傾覆驗(yàn)算，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)既有T梁加固前后承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的檢算比較，得到以下結(jié)論：

1）通過(guò)對(duì)T梁截面在公路Ⅰ級(jí)，公路Ⅱ級(jí)及現(xiàn)有70t履帶車(chē)荷載下 （車(chē)輛地面接觸長(zhǎng)度4.8m，橫向外寬3.5m）的內(nèi)力計(jì)算及截面驗(yàn)算，得出跨中、1/4截面抗彎承載力滿足規(guī)范要求；支點(diǎn)截面、1/4截面斜截面抗剪承載力滿足規(guī)范要求；跨中截面裂縫寬度滿足規(guī)范要求；

2）通過(guò)對(duì)正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力，裂縫寬度驗(yàn)算進(jìn)行反算，得出容許現(xiàn)有履帶車(chē)荷載最大重量為104t（車(chē)輛地面接觸長(zhǎng)度4.8m，橫向外寬3.5m）。最危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在梁體1/4截面處。

3）經(jīng)檢算，如遇重型車(chē)輛突發(fā)方向失靈等故障造成偶然荷載橫向撞擊擋碴槽、橫向制動(dòng)等，單片梁有產(chǎn)生橫向傾覆的可能性，若對(duì)梁體增加橫向聯(lián)結(jié)，可提高梁體抗傾覆能力。

［1］ 錢(qián)立新.國(guó)際鐵路重載運(yùn)輸發(fā)展概況［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2002（12）：55-56.

［2］ 杜進(jìn)生.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)-試驗(yàn)、理論及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［3］ 張大峰.低高度鐵路混凝土梁橫向加固技術(shù)研究［J］.國(guó)防交通工程與技術(shù)，2004，1（3）：36-38.

［4］ 馬林.鐵路混凝土梁橫向預(yù)應(yīng)力加固［J］.鐵道建筑，2000（9）：17-18.

［5］ 崔樹(shù)強(qiáng).鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橫向預(yù)應(yīng)力聯(lián)結(jié)加固施工技術(shù)［J］.上海鐵道科技，2007（4）：41-43.

［6］ 方偉.鋼筋混凝土梁橫向張拉加固方法［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2007，6：080.

［7］ 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）［S］.

［8］ 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）［S］.

［9］ 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）［S］.

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