田 野 周葉飛

隨著公路交通事業(yè)發(fā)展,交通量增加,車載重增大,橋梁負(fù)荷日趨加重。因早年修建橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低,普遍存在承載力不足問題;隨著時(shí)間推移,橋梁本身會(huì)出現(xiàn)各種病害,影響其承載能力和使用壽命。因此,采用適當(dāng)?shù)募庸檀胧?提高橋梁的承載及通行能力,延長橋梁使用壽命,以適應(yīng)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰?。通過對(duì)橋梁的全面檢測,對(duì)舊橋使用現(xiàn)狀、承載能力做出正確的評(píng)價(jià),根據(jù)實(shí)際情況為舊橋選擇合理的加固形式[1]。根據(jù)松崗高架橋?qū)嶋H情況,選擇粘貼鋼板法加固主體結(jié)構(gòu)。粘貼鋼板(筋)加固法是采用環(huán)氧樹脂系列粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉緣或薄弱部位,再用螺栓錨固,使之與原結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力,提高其剛度,改善原結(jié)構(gòu)的鋼筋及混凝土應(yīng)力狀態(tài),限制裂縫發(fā)展,達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng),提高橋梁承載力的目的。

1 工程概況

松崗高架橋位于深圳市G107國道,為多跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋,全長 657.15 m,由3聯(lián)連續(xù)梁和 3跨簡支梁組成。橋跨布置為(20 m+3×24 m+20 m)+24 m+24 m+24 m+(20 m+9×24 m+20 m)+(20 m+7×24 m+20 m),橋面凈寬 2×8.25 m,橋下凈高5 m,設(shè)計(jì)荷載:汽車—超20級(jí),掛車—120級(jí)。經(jīng)外觀檢查發(fā)現(xiàn)其上部主要結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)裂縫等病害現(xiàn)象,被定為三類橋,需進(jìn)行加固大修[2]。根據(jù)該橋?qū)嶋H情況,將主要測試項(xiàng)目安排在南幅進(jìn)行。

2 承載能力驗(yàn)算

分析中將加固鋼板換算為鋼筋直接代入截面,即將加固新增鋼板按等面積換算為鋼筋。粘貼鋼板后,增加了鋼材換算面積,導(dǎo)致截面中心軸下降,抗彎慣性矩提高約10%,增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)剛度。經(jīng)分析得出主梁彎矩及抗力包絡(luò)圖,可知在承載能力組合下結(jié)構(gòu)梁底的承載能力不足,梁頂安全儲(chǔ)備略顯不足。加固后承載能力較加固前有較大提高,完全滿足結(jié)構(gòu)承載能力的要求,通過計(jì)算分析說明采用粘貼法可以達(dá)到設(shè)計(jì)期望的加固效果。

3 靜載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)承載能力驗(yàn)算及實(shí)際情況,選取南幅第三聯(lián)作為試驗(yàn)跨,選取4個(gè)測試面,如圖1所示,A—邊跨截面,B—支點(diǎn)截面,C,D—中跨跨中截面;應(yīng)變測點(diǎn)位置各截面相同,僅跨中截面有位移測點(diǎn)。

3.2 加載工況

加載車輛重量4臺(tái)各34 t,加載位置見圖2,限于篇幅,僅列出C,D截面加載效率(見表1)。

表1 C,D截面荷載效率

4 有限元計(jì)算分析及實(shí)測對(duì)比

4.1 有限元建模

采用ABAQUS對(duì)松崗高架橋加固后的效果進(jìn)行有限元分析,建模過程的簡化處理:1)據(jù)多跨連續(xù)梁在等跨情況下各跨之間內(nèi)力變化不大的特點(diǎn),考慮模型本身大小,僅取單跨箱梁進(jìn)行有限元分析,兩端的邊界條件按固結(jié)來考慮[3]。2)模型按混凝土和鋼板兩種材料分別選取單元,混凝土彈性模量E=3.25×1010N/m2,泊松比 v=0.3;鋼板彈性模量 E=2.06×1011N/m2,厚度t=0.01 m。3)基本假定:混凝土、鋼板的變形符合平截面假定;鋼板與被粘結(jié)混凝土梁之間無相對(duì)滑移,變形協(xié)調(diào),即忽略粘結(jié)膠的影響。

有限元進(jìn)行分級(jí)加載,得到不同工況下的梁底應(yīng)力及豎向變形。

4.2 應(yīng)變分析

表2為截面下緣部分受拉應(yīng)變測點(diǎn)的實(shí)測應(yīng)變與理論值(限于篇幅僅列出跨中三個(gè)截面)。

截面下緣實(shí)測應(yīng)變與荷載效率之間線性相關(guān)性良好,說明在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變與外荷載之間有良好的線性關(guān)系。

從表2可知,最不利加載情況下,有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)相差11%,基本一致,表明所建有限元模型正確可靠;加固后實(shí)測應(yīng)變值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于加固前的值,說明加固效果良好,應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.78～1.09之間,略超出《評(píng)定規(guī)程》[4]中預(yù)應(yīng)力混凝土橋應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.5～0.9之間的要求,但應(yīng)變值遠(yuǎn)小于加固前實(shí)測值,表明加固效果良好。

表2 分級(jí)荷載作用下的應(yīng)變值 με

4.3 撓度分析

跨中梁底左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)撓度測點(diǎn),表3為各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)測撓度。

表3 各截面的實(shí)測撓度 mm

從表3可知,最不利加載情況下,有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)相差8%,基本吻合,加固后撓度值明顯減少,說明剛度有明顯增加。各測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.76～1.08之間,略超出《評(píng)定規(guī)程》中預(yù)應(yīng)力混凝土橋撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.6～1.0之間的要求。截面主要測點(diǎn)撓度的實(shí)測殘余較小,相對(duì)殘余滿足試驗(yàn)規(guī)范要求,說明結(jié)構(gòu)處于整體彈性工作狀態(tài)。

5 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載測試內(nèi)容見表4,試驗(yàn)載重車為30 t,行車速度10km/h;跳車速度10km/h,三角木高10cm;單車跨中制動(dòng)。自振頻率和阻尼采用脈動(dòng)法進(jìn)行測試。

表4 動(dòng)載試驗(yàn)項(xiàng)目一覽表

對(duì)9跨一聯(lián)的邊跨和中跨的動(dòng)載測試,得到結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù),加固前后參數(shù)見表5。

表5 加固前后的動(dòng)力性能參數(shù)對(duì)比表

6 結(jié)論與建議

根據(jù)動(dòng)靜載試驗(yàn)可知:1)加固后,箱梁測試截面實(shí)測撓度和應(yīng)變均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值,截面變形均衡,受力整體性良好。實(shí)測殘余撓度和撓度變化、實(shí)測殘余應(yīng)變和應(yīng)變變化均反映該橋在試驗(yàn)荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)。2)動(dòng)載 結(jié)果表明,橋梁動(dòng)力性能良好,實(shí)測基頻大于理論計(jì)算值,沖擊系數(shù)小于理論計(jì)算值,該橋整體剛度滿足要求。3)采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固,方法合理,技術(shù)可行,效果明顯。該工程的成功,有效地延長了橋梁使用壽命,具有一定社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,可供類似工程借鑒和參考。綜上所述,加固的松崗高架橋工作狀態(tài)良好,承載力、剛度滿足要求,滿足公路Ⅰ級(jí)的荷載等級(jí)要求。

[1] 歐建林,鄺雁容.淺談混凝土橋梁的加固改造方法[J].建材與裝飾,2008(6):312-313.

[2] JTG H11-2004,公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[3] 周葉飛,董創(chuàng)文.江東大橋頂推鋼箱梁局部受力分析[J].中外公路,2010(1):126-130.

[4] 公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)[Z].2003.

[5] 李洪琴,馬麗霞,管明福.淺談橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測方法[J].山西建筑,2009,35(22):316-317.