張邦愛，寧夏元

(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙 410015)

0 前言

隨著我國公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路建設(shè)體制也越來越完善，工程建設(shè)質(zhì)量日益得到重視。橋梁作為公路建設(shè)的重要構(gòu)造物，其工程質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整條公路的通暢與使用效果，是保證整個公路工程建設(shè)項目質(zhì)量的關(guān)鍵［1，2］。橋梁工程施工中需要強調(diào)的質(zhì)量因素眾多，須按照公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計要求對橋梁工程進行嚴(yán)格的控制和施工，保障橋梁的施工質(zhì)量，其中主要包括橋梁幾何尺寸的控制，如軸線位置、垂直偏差、外觀尺寸，加強原材料質(zhì)量監(jiān)督，保證鋼筋混凝土工程的施工控制等，減少工程上存在的質(zhì)量安全隱患，都是保證橋梁工程施工質(zhì)量的重要控制環(huán)節(jié)。但是隨著國家對公路建設(shè)投資增多，公路建設(shè)速度的加快及公路建設(shè)市場的放開，公路工程質(zhì)量出現(xiàn)了一些質(zhì)量隱患，特別是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大的橋梁構(gòu)造物，質(zhì)量問題尤其嚴(yán)峻［3，4］，這些重大工程質(zhì)量事故，不僅給國家造成巨大的經(jīng)濟損失，而且造成嚴(yán)重的人員傷亡，造成不良的社會影響。

本文針對某實際工程中，由于橋梁所處的平、縱曲線較大，在施工過程中出現(xiàn)上部T梁結(jié)構(gòu)預(yù)制長度較長，T梁安裝支座軸心偏移及橫梁接頭、橫隔板都出現(xiàn)錯位的情況，通過對改變尺寸后的橋梁上部結(jié)構(gòu)重新進行建模計算，分析由于施工因素造成上部結(jié)構(gòu)異型的受力特點，在此基礎(chǔ)上，提出橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固方案。

1 工程問題

該橋上部結(jié)構(gòu)為兩聯(lián)，跨徑組合為4×25 m+5×25 m。采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，橋梁全長232.50 m，本橋平面位于Ls=130 m的緩和曲線、Ls=150 m的緩和曲線和R=630 m的圓曲線內(nèi)。T梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑24.6 m，梁高1.6 m，腹板厚度跨中處為20 cm，支座處為46 cm，頂板厚20 cm，橫斷面圖如圖1所示。橋面鋪裝采用18 cm厚C40防水混凝土。

該橋T梁吊裝后出現(xiàn)多處問題，包括橫隔板錯位;預(yù)制T梁翼板厚度僅為17 cm，比原設(shè)計小3 cm左右;預(yù)制T梁長度均與設(shè)計圖紙有所差別，其中第8孔T梁預(yù)制長度均比設(shè)計長度長30～40 cm(具體數(shù)據(jù)如表1所示)。另外，由于預(yù)制長度與設(shè)計長度的偏差，致使各孔T梁中橫隔板存在偏位，不在同一直線上，最大偏位出現(xiàn)在第9孔跨中橫隔板，偏15 cm。

2 結(jié)構(gòu)分析方法

2.1 計算模式

由于主要問題出現(xiàn)在第二聯(lián)右幅，故對第二聯(lián)右幅5×25 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁重新進行三維空間建模計算，分析受T梁翼板減薄、橫隔板偏位、預(yù)制長度變化對該橋的受力影響，并依據(jù)計算結(jié)果提出加固建議［5］。

圖1 橫斷面布置圖(單位:cm)

表1 各T梁預(yù)制長度與設(shè)計長度比較 cm

利用MIDAS2010對該橋第二聯(lián)右幅建立空間梁格模型進行計算，分別采用聯(lián)合截面是否考慮8 cm厚調(diào)平層混凝土參與結(jié)構(gòu)受力，對該橋上部結(jié)構(gòu)進行受力分析。模型節(jié)點數(shù)505，單元數(shù)856，空間梁格模型如圖2所示。

圖2 空間梁格模型圖

2.2 計算參數(shù)

1)混凝土:預(yù)制T梁及橋面鋪裝均采用C50混凝土，混凝土容重按26 kN/m3考慮。

2)橋面鋪裝:考慮10 cm的混凝土鋪裝層，混凝土容重按26 kN/m3考慮，將橋面鋪裝荷載分別施加于縱梁上，每一縱梁5.98 kN/m。防撞欄桿荷載施加于兩邊縱梁，按每側(cè)8 kN/m考慮。

3)預(yù)應(yīng)力:邊跨每片預(yù)制T梁底板采用3束7(8)φS15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，中跨每片預(yù)制T梁底板采用3束6(7)φS15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線;5～8號墩頂各T梁采用5束4φS15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線。單根鋼絞線公稱直徑為 15.2 mm，松弛率3.5%，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa，張拉控制應(yīng)力為1 302 MPa。

4)活載:公路I級，設(shè)計為兩車道，加載時采用影響面加載［6］。

5)溫度:均勻溫升25℃，均勻溫降20℃;梯度溫度按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2004)考慮(以下簡稱04 通規(guī))［6］。

由于預(yù)制后T梁翼板厚度實測值為17 cm，模型中亦按17 cm考慮，計算時未計入普通鋼筋作用。

3 T梁翼板減薄后結(jié)構(gòu)驗算分析

3.1 正截面抗彎承載能力驗算

表2列出了部分邊梁正截面抗彎承載能力驗算結(jié)果(列出的是不計入8 cm厚調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力時正截面抗彎承載能力不能滿足的單元)。從表2可以發(fā)現(xiàn)，不考慮調(diào)平層參與作用時，第5孔及第9孔跨中附近及5號墩、8號墩墩頂截面承載能力不夠(表2中加*部分)。在考慮8 cm厚調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力后，T梁各正截面抗彎承載能力設(shè)計值均大于荷載效應(yīng)的組合設(shè)計值，滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62—2004)(以下簡稱 04 預(yù)規(guī))［7］要求。

表2 各孔邊梁正截面抗彎承載能力驗算結(jié)果(kN·m)

3.2 截面抗剪承載能力驗算

根據(jù)截面抗剪承載能力驗算結(jié)果，不計8 cm調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力邊梁各斜截面承載能力均大于設(shè)計值，滿足04預(yù)規(guī)要求。

3.3 壓應(yīng)力驗算

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62—2004)規(guī)定:對于開裂構(gòu)件，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)值組合下正截面混凝土的壓應(yīng)力，受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力:

使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)值組合下混凝土的主壓應(yīng)力，應(yīng)符合下列規(guī)定:

根據(jù)各孔邊梁壓應(yīng)力驗算結(jié)果表明，在不考慮8 cm調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力的情況下使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)值組合下截面正壓應(yīng)力及主壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

3.4 撓度驗算

在短期效應(yīng)組合下(汽車荷載不計沖擊力)，主梁邊跨跨中最大撓度為0.01 m(消除了結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的撓度)，其短期荷載組合下活載撓度見圖3。

圖3 短期荷載組合下活載撓度圖(單位:cm)

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62—2004)第 6.5.3 條，考慮荷載長期效應(yīng)的影響，主梁在使用階段的最大撓度值為:

1.475 × 0.01 m=0.015 m ＜ 24.5 m/600=0.040 8 m。

滿足規(guī)范要求。

4 橫隔板偏位對結(jié)構(gòu)影響分析

為考慮橫隔板的偏位，計算模型分別采用了以下2種方法進行計算。方法一:考慮橫隔板剛度折減，計算時分別按折減到100%、80%、60%、30%及0%考慮。方法二:考慮橫隔板單元偏位，不考慮橫隔板剛度折減，計算時分別按偏移5、10、15 cm考慮，如圖4所示。該橋設(shè)計時為雙向4車道，另加每側(cè)一緊急停車帶，所以在分析橫隔板偏位對結(jié)構(gòu)受力性能影響時分別按3車道和2車道考慮其影響。

圖4 橫隔板偏位示意圖(單位:cm，非比例繪圖)

表3為橫隔板剛度折減對活載橫向分布系數(shù)的影響，圖5～圖7對橫隔板剛度折減對活載橫向分布系數(shù)的影響進行了對比，由表3及圖5～圖7可以發(fā)現(xiàn)，橫隔板剛度的折減對活載橫向分布系數(shù)有一定影響。橫隔板剛度減小會使邊梁所承受的荷載比例減小，中梁所承受的荷載比例增加。最大增加比例為8.8%，出現(xiàn)在第6孔的3#梁。

表4為橫隔板偏移對活載橫向分布系數(shù)的影響，由表4可以發(fā)現(xiàn)，橫隔板的偏移對活載橫向分布系數(shù)影響很小。

由此可見，橫隔板剛度的改變會影響活載橫向分布系數(shù)，最大可增加8.8%;但通過建模計算，其橫隔板單元位置的改變對活載橫向分布系數(shù)影響較小。因此，如果可以保證兩片T梁間的橫隔板剛度就可以保證該橋的空間剛度。

表3 橫隔板剛度折減對活載橫向分布系數(shù)的影響

5 T梁預(yù)制長度改變對結(jié)構(gòu)影響及加固建議

現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明，各跨預(yù)制T梁的跨中位置與原設(shè)計偏差在10 cm以內(nèi)。計算時通過考慮負彎矩預(yù)應(yīng)力鋼筋及墩頂后澆橫隔板寬度來考慮T梁預(yù)制長度對結(jié)構(gòu)受力性能的影響。由表1可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)制T梁最大的偏差出現(xiàn)在第8孔，預(yù)制長度比設(shè)計長度均大30～40 cm。

計算結(jié)果表明:在保證成橋后永久支座位置不變的情況下，預(yù)制T梁長度改變30～40 cm，對成橋后該橋內(nèi)力和應(yīng)力影響最大不超過5%。但預(yù)制T梁長度的增加會改變墩頂橫隔板的剛度，所以需采取可靠的措施保證墩頂橫梁的剛度。根據(jù)計算結(jié)果，對于該橋提出如下加固建議。

圖5 考慮3車道橫隔板剛度變化對活載橫向分布系數(shù)影響

圖6 考慮2車道橫隔板剛度變化對活載橫向分布系數(shù)影響

1)為充分保證8 cm調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力，必須保證調(diào)平層與原T梁形成整體，因此，應(yīng)在原T梁頂部預(yù)埋或植入錨筋，使調(diào)平層鋼筋網(wǎng)完全被錨筋錨固，植筋深度不小于10倍錨筋直徑，錨筋伸出預(yù)制T梁頂面高度不應(yīng)小于7 cm。

圖7 不同車道時橫隔板剛度變化對活載橫向分布系數(shù)影響

表4 橫隔板偏位對活載橫向分布系數(shù)的影響

2)為保證下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的受力，蓋梁上的永久支座仍需按設(shè)計要求對稱放置，對于上部T梁由于支座安裝造成的不對稱，可以考慮在T梁端相鄰T梁連續(xù)時，將橫隔板空隙處布設(shè)橫向及縱向鋼筋，其固結(jié)端濕接縫應(yīng)在腹板中增加縱向鋼筋，端部翼板中縱向鋼筋要焊接牢固，增強T梁端整體連接剛度，提高其抵抗負彎矩強度，使其可靠結(jié)合，在T梁端形成寬度在1.1 m左右的橫梁，并在橋面鋪裝層加厚鋼筋網(wǎng)，以增強上部結(jié)構(gòu)整體性。

3)應(yīng)充分保證兩T梁間橫隔板的剛度，對于錯位尺寸超過6 cm的橫隔板，應(yīng)在T梁與橫隔板交界處植入鋼筋，并在橫隔板外側(cè)布置鋼筋網(wǎng)后澆注混凝土使橫隔板形成整體，以保證兩T梁間橫隔板的剛度。

4)其他缺陷應(yīng)按照橋梁工程施工相應(yīng)規(guī)范進行處理。

6 結(jié)論

本文針對某實際工程施工中出現(xiàn)的上部T梁結(jié)構(gòu)預(yù)制長度較長，T梁安裝支座軸心偏移與橫梁接頭、橫隔板都出現(xiàn)錯位的情況，通過對改變尺寸后的橋梁上部結(jié)構(gòu)進行建模計算，分析由于施工因素造成上部結(jié)構(gòu)異型的受力情況，得出如下主要結(jié)論:

1)在不考慮8 cm厚調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力的情況下，該橋斜截面抗剪承載能力，正常使用極限狀態(tài)壓應(yīng)力及撓度滿足04預(yù)規(guī)要求，但邊梁極限狀態(tài)正截面承載能力不滿足04預(yù)規(guī)要求;而考慮8 cm厚調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力的情況下，邊梁極限狀態(tài)正截面承載能力滿足04預(yù)規(guī)要求。因此，在保證8 cm厚調(diào)平層參與結(jié)構(gòu)受力的情況下，該橋上部結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果滿足04預(yù)規(guī)要求。

2)橫隔板剛度的改變會影響活載橫向分布系數(shù)，橫隔板剛度減小會使邊梁所承受的荷載比例減小，中梁所承受的荷載比例增加，最大可增加8.8%;但改變橫隔板單元位置對活載橫向分布系數(shù)影響較小。如果可以保證兩片T梁間的橫隔板剛度就可以保證該橋的空間剛度。

3)在保證成橋后永久支座位置不變的情況下，預(yù)制T梁長度改變30～40 cm，對成橋后該橋內(nèi)力和應(yīng)力影響最大不超過5%。但預(yù)制T梁長度的增加會改變墩頂橫隔板的剛度，因此需采取可靠的措施保證墩頂橫梁的剛度。

［1］肖玉輝，沈立宏.混凝土橋梁病害成因分析及對策研究［J］.中外公路，2004，24(1):38-42.

［2］劉 軍，彭勇登.高速公路橋梁構(gòu)造物的施工質(zhì)量監(jiān)理［J］.中南公路工程，1999，24(1):20-25.

［3］KIM S H，MHA H S，LEE SW.Effects of bearing damage upon seismic behaviors of a multi-span girder bridge［J］.Engineering Structures，2006，28(7):1071-1080.

［4］羅愛道，王曉鳴，周南杰，等.簡支T梁橫隔梁病害與維修加固［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版)，2008，25(1):85-87.

［5］戴公連，李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計方法與應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［6］JTJ D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［7］JTJ D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.