預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)核算

郭鋒鋼

（哈爾濱市市政工程設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150070）

預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)核算

郭鋒鋼

（哈爾濱市市政工程設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150070）

預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋因其結(jié)合了簡(jiǎn)支梁與連續(xù)梁的優(yōu)點(diǎn)，是目前普遍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式。隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)和交通流量的增大，越來(lái)越多的在役橋梁的承載力逐漸下降，使得橋梁的正常運(yùn)營(yíng)存在安全隱患。依托某預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和荷載試驗(yàn)，并采用Midas/Civil 2012有限元軟件建立成橋狀態(tài)的有限元模型，對(duì)橋梁的實(shí)際技術(shù)狀況和承載力進(jìn)行評(píng)定，對(duì)加強(qiáng)橋梁質(zhì)量控制具有重要意義。

預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋；外觀(guān)檢測(cè)；技術(shù)狀況；荷載試驗(yàn)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土（Prestressed Concrete,PC）簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋是目前國(guó)內(nèi)公路中常用的結(jié)構(gòu)形式，具有施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性以及結(jié)合了簡(jiǎn)支梁與連續(xù)梁橋的兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于橋梁工程之中[1,2]。隨著交通流量的增長(zhǎng)及運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，許多PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋已不能滿(mǎn)足預(yù)期荷載等級(jí)要求，存在安全隱患[3]。為了保證在役PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的安全運(yùn)營(yíng)，盡可能地延長(zhǎng)其使用年限，對(duì)這類(lèi)橋梁建設(shè)過(guò)程中的質(zhì)量控制十分重要，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁出廠(chǎng)時(shí)，進(jìn)行承載力評(píng)定分析和維修加固以保障橋梁結(jié)構(gòu)安全顯得非常有必要[4]。

目前，實(shí)際工程中主要結(jié)合外觀(guān)檢測(cè)、荷載試驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算三方面進(jìn)行綜合評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)的安全性[5,6]。本文以某跨河橋梁的引橋部分4×40 m+11×（3×40 m）預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)該橋建設(shè)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控檢測(cè)情況，采用Midas/Civil 2012有限元軟件建立一聯(lián)3×40 m上部結(jié)構(gòu)有限元模型并進(jìn)行結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定。

1 工程概況

該引橋橋梁全長(zhǎng)1 480 m，上部結(jié)構(gòu)為4×40 m+11×（3×40 m）預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁，按部分預(yù)應(yīng)力A類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)。

橋梁全寬24.5 m，分左、右兩幅對(duì)稱(chēng)布置，橋面橫向布置為2×[0.5 m（防撞護(hù)欄）+10.75 m（行車(chē)道）+0.75 m（防撞護(hù)欄）]+0.5 m（中央分隔帶）。

橋梁所在路線(xiàn)為雙向四車(chē)道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，橋梁的荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，Ⅱ類(lèi)環(huán)境。

T梁采用C50水泥混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼束采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn)，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，公稱(chēng)直徑d=15.2 mm。

橋面鋪裝采用10 cm聚酯纖維改性瀝青混凝土和8 cmC50防水混凝土，中間加鋪防水層，該橋橫斷面布置見(jiàn)圖1。

圖1 左幅橋橫斷面布置圖（單位：cm）

縱橋方向，單孔共設(shè)置7道橫隔板，結(jié)構(gòu)縱向尺寸見(jiàn)圖2。

圖2 單梁縱橋向尺寸示意圖（單位：cm）

下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式墩身，肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 橋梁外觀(guān)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該橋進(jìn)行外觀(guān)檢查，進(jìn)行以下三個(gè)方面的外觀(guān)測(cè)試內(nèi)容[7]。

（1）實(shí)測(cè)主梁幾何尺寸

數(shù)據(jù)表明預(yù)制T梁的幾何尺寸實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值之間的偏差，均滿(mǎn)足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT F50-2011）中表17.10.2-3預(yù)制梁、板的允許偏差要求。

（2）混凝土強(qiáng)度

采用ZC3-A型數(shù)字回彈儀測(cè)試混凝土強(qiáng)度，預(yù)制T梁混凝土強(qiáng)度推定值為51.5 MPa，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T H21-2011）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《評(píng)定規(guī)程》）第5.3節(jié)橋梁材質(zhì)強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定規(guī)定，該片梁混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為1，滿(mǎn)足C50混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

（3）鋼筋保護(hù)層厚度

采用4-ZJHD-02型儀器進(jìn)行鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)，預(yù)制T梁鋼筋保護(hù)層厚度特征值范圍為31.2～33.0 mm，根據(jù)《評(píng)定規(guī)程》第5.8節(jié)混凝土橋梁鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)評(píng)定規(guī)定，該片梁鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)度為1，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

其中，一根預(yù)制T梁在預(yù)制施工過(guò)程中由于振搗不實(shí)等原因?qū)е赂拱鍌?cè)面局部地區(qū)出現(xiàn)露筋等病害，施工單位用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿對(duì)病害位置進(jìn)行修補(bǔ)。該病害位于該預(yù)制T梁腹板側(cè)面近連續(xù)端第2塊橫隔板與第3塊橫隔板之間，面積約0.5 m2，具體損傷示意見(jiàn)圖3。病害位置實(shí)測(cè)混凝土厚度特征值為31.2 mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖3 預(yù)制T梁腹板側(cè)面出現(xiàn)露筋

3 橫向分布系數(shù)計(jì)算

簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋這種結(jié)構(gòu)形式是由若干主梁通過(guò)橫向聯(lián)系組成空間結(jié)構(gòu)，荷載沿橋的橫向作用位置的不同，各主梁的受力亦不一樣，即荷載沿橫向傳遞的程度不同[5,6]。本次計(jì)算采用剛性橫梁法來(lái)計(jì)算其跨中荷載橫向分布系數(shù)m。

應(yīng)用計(jì)算軟件橋梁博士3.0對(duì)其進(jìn)行荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算和空間分析計(jì)算，考慮T梁的橫向側(cè)彎和抗扭，確保單片梁試驗(yàn)加載的安全。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果

4 控制截面選擇

由于試驗(yàn)時(shí)，預(yù)制梁已成形且鋼束張拉完畢，即一期恒載已加載完成，所以計(jì)算的各項(xiàng)內(nèi)力應(yīng)是二期恒載與活載共同作用形成的[8-10]。采用有限元軟件Midas/Civil 2012建立單梁成橋后的連續(xù)梁模型，布置車(chē)道荷載時(shí)考慮橫向分布系數(shù)和車(chē)道橫向折減系數(shù)，并考慮二期荷載，有限元模型見(jiàn)圖4，主梁內(nèi)力分布見(jiàn)圖5。

圖4 單梁成橋狀態(tài)下有限元模型

圖5 主梁內(nèi)力分布圖

根據(jù)主梁內(nèi)力分布圖，取彎矩效應(yīng)最大值截面為靜載試驗(yàn)的控制截面，確定控制截面位于距梁端（伸縮縫端）16.5 m處。

靜載試驗(yàn)時(shí)預(yù)制T梁為簡(jiǎn)支梁狀態(tài)，預(yù)制梁截面尺寸比成橋時(shí)的截面尺寸?。A(yù)制時(shí)翼緣板濕接縫未澆筑）。在確定控制截面位置后，按照4-7#梁實(shí)際尺寸建立單梁簡(jiǎn)支梁模型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加載情況在模型中布置試驗(yàn)加載荷載，并確定加載噸位和計(jì)算試驗(yàn)荷載效率。預(yù)制T梁?jiǎn)瘟汉?jiǎn)支梁模型見(jiàn)圖6，控制截面內(nèi)力影響線(xiàn)見(jiàn)圖7。

圖6 預(yù)制T梁?jiǎn)瘟汉?jiǎn)支梁模型

圖7 預(yù)制T梁控制截面內(nèi)力影響線(xiàn)

5 靜載試驗(yàn)分析

5.1 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)有技術(shù)檢查的實(shí)際情況，本次試驗(yàn)為單片裸梁靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)梁橋面鋪裝及橫向連接尚未進(jìn)行施工。因而，需將設(shè)計(jì)荷載按結(jié)構(gòu)橫向和縱向影響線(xiàn)進(jìn)行最不利布載，以折算后設(shè)計(jì)荷載確定試驗(yàn)荷載。對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行以下試驗(yàn)內(nèi)容：

（1）試驗(yàn)梁支點(diǎn)沉降及控制截面撓度；

（2）試驗(yàn)梁控制截面混凝土應(yīng)變沿梁高的分布規(guī)律；

（3）觀(guān)察試驗(yàn)梁在試驗(yàn)荷載作用下的裂縫情況。

5.2 加載方式

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼絞線(xiàn)線(xiàn)圈堆載方式進(jìn)行加載，加載現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖8。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，各鋼絞線(xiàn)線(xiàn)圈與主梁接觸長(zhǎng)度為0.15 m，相鄰加載線(xiàn)圈接觸面中心線(xiàn)間距1.3 m，各鋼絞線(xiàn)圈重量見(jiàn)表2，具體加載布置如圖9、圖10。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)加載圖

表2 鋼絞線(xiàn)圈重量統(tǒng)計(jì) kg

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次靜載試驗(yàn)采用三級(jí)加載、三級(jí)卸載的分級(jí)加載、卸載方案，一級(jí)加載1#～4#鋼絞線(xiàn)圈，二級(jí)加載5#～8#鋼絞線(xiàn)圈，三級(jí)加載9#～12#鋼絞線(xiàn)圈，卸載順序與加載順序相反。再次加、卸載的持續(xù)時(shí)間取決于結(jié)構(gòu)最大變位測(cè)點(diǎn)達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)所需要的時(shí)間，實(shí)際觀(guān)測(cè)時(shí)，一般不少于15 min。

圖9 加載布置立面示意圖（單位：cm）

圖10 加載布置平面示意圖（單位：cm）

5.3 測(cè)點(diǎn)布置

在試驗(yàn)梁兩個(gè)支點(diǎn)斷面分別布設(shè)一塊百分表；1/4截面、3/4截面、控制截面和跨中截面梁底各布設(shè)一塊百分表，共設(shè)6個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)；沿梁高布置6個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，梁底布置1個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置情況見(jiàn)圖11、圖12。

圖11 撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

圖12 應(yīng)變跨中斷面測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

5.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算，靜載試驗(yàn)加載效率為1.01，在0.95～1.05之間，說(shuō)明試驗(yàn)加載是充分的。

5.4.1 撓度測(cè)試分析

各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)值范圍為0.64～0.68，符合文獻(xiàn)[7]中預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)小于1.0的規(guī)定，說(shuō)明該片梁剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；結(jié)構(gòu)的殘余變形在20%以?xún)?nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力。各級(jí)加載下各撓度測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值見(jiàn)表3，控制截面各級(jí)加/卸載撓度實(shí)測(cè)值見(jiàn)圖13。

表3 主梁各測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙戎?/p>

圖13 控制截面各級(jí)加/卸載撓度實(shí)測(cè)值圖

5.4.2 應(yīng)力應(yīng)變分析

（1）控制截面梁底應(yīng)變的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值分析（N7測(cè)點(diǎn)），詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、圖14。

表4 控制截面各級(jí)加/卸載梁底應(yīng)變實(shí)測(cè)值（N7測(cè)點(diǎn)）

圖14 控制截面各級(jí)加/卸載梁底應(yīng)變實(shí)測(cè)值圖（N7測(cè)點(diǎn)）

（2）控制截面沿梁高應(yīng)變的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值分析（N1～N6測(cè)點(diǎn)），單位為με。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論值對(duì)比見(jiàn)圖15。

表5 控制截面沿梁高實(shí)測(cè)應(yīng)變與計(jì)算值（N1～N6測(cè)點(diǎn)）

圖15 控制截面沿梁高實(shí)測(cè)應(yīng)變與計(jì)算值對(duì)比圖

對(duì)加載產(chǎn)生的理論值與實(shí)測(cè)值結(jié)果進(jìn)行分析，由表4和表5可知控制截面校驗(yàn)系數(shù)值為0.62～0.66，符合規(guī)范中預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)小于1.0的規(guī)定。結(jié)構(gòu)的殘余變形都在20%以?xún)?nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力；該片梁在試驗(yàn)荷載下各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變?cè)谘亓焊叻较蚧境示€(xiàn)性分布，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在工作時(shí)基本符合平截面假定。

5.4.3 裂縫情況

在加載過(guò)程中梁體無(wú)裂縫產(chǎn)生，混凝土無(wú)破損現(xiàn)象。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁的現(xiàn)場(chǎng)外觀(guān)檢測(cè)明確橋梁病害情況，并選取4-7#梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。運(yùn)用空間有限元程序Midas/Civil 2012建立4-7#梁成橋后的連續(xù)梁模型分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力從而確定控制截面，采用鋼絞線(xiàn)線(xiàn)圈堆載方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析可以得出以下結(jié)論。

各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)值范圍為0.64～0.68，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)值為0.62～0.66，符合《公路橋梁承載力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)小于1.0的規(guī)定，說(shuō)明該片梁剛度、強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；在加載過(guò)程中梁體無(wú)裂縫產(chǎn)生，混凝土無(wú)破損現(xiàn)象，故試驗(yàn)梁的實(shí)際承載力滿(mǎn)足公路-I級(jí)荷載要求，運(yùn)營(yíng)期間工作性能良好，安全性滿(mǎn)足要求。

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U448.21+7

B

1009-7716（2017）10-0054-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.016

2017-06-29

郭鋒鋼（1964-），男，上海人，院長(zhǎng)，研究員級(jí)高級(jí)工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。