鄧衛(wèi)欽，趙愛(ài)忠

(1.郴州市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督管理處，湖南郴州 423000;2.湖南省華中昱交通建設(shè)投資有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410000)

0 引言

橫向聯(lián)系在橋梁結(jié)構(gòu)中非常重要，對(duì)于T梁橋也不例外，尤其是裝配式T梁橋。它起到將各片主梁相互連成整體的作用;其剛度越大，橋梁的整體性越好，在荷載作用下各片主梁就能較好的協(xié)同工作。然而設(shè)計(jì)和施工中橫向聯(lián)系構(gòu)件的設(shè)置和質(zhì)量往往被忽視，有時(shí)甚至將其省略，造成橋梁整體性能降低。隨著橋梁的運(yùn)營(yíng)和車(chē)輛荷載的不斷增加，當(dāng)橫向聯(lián)系發(fā)生破壞后，荷載將無(wú)法有效地橫向分布，導(dǎo)致主梁?jiǎn)瘟菏芰?，引起主梁、橋梁開(kāi)裂等病害，威脅到橋梁的運(yùn)營(yíng)安全［1，2］?，F(xiàn)通過(guò)對(duì)某高速公路T梁橋橫隔板病害分析，介紹橫隔板加固技術(shù)，為類(lèi)似T梁橫隔板病害提供借鑒。

1 橫隔板病害及成因分析

通過(guò)對(duì)某高速公路T梁橋進(jìn)行病害調(diào)查發(fā)現(xiàn):①多座橋梁橫隔板出現(xiàn)了破損，開(kāi)裂現(xiàn)象，且橫隔板裂縫在重車(chē)作用下出現(xiàn)明顯的開(kāi)合，橋梁橫向聯(lián)系較弱;②部分橫隔板不共面，出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

圖1為某14×20 m預(yù)應(yīng)力砼T梁橋，橫隔板出現(xiàn)破損、開(kāi)裂現(xiàn)象，尤其是行車(chē)道下橫隔板破損現(xiàn)象最為嚴(yán)重，重車(chē)通過(guò)時(shí)，可見(jiàn)裂縫明顯張開(kāi)。破損區(qū)域經(jīng)環(huán)氧砂漿簡(jiǎn)單修復(fù)后，裂縫立即反射，將破損區(qū)域混凝土鑿除后，發(fā)現(xiàn)連接鋼板焊縫開(kāi)裂，部分連接鋼板甚至斷裂。圖2為T(mén)梁橫隔板因施工誤差造成不共面、錯(cuò)位現(xiàn)象。

圖1 橫隔板破損區(qū)鑿開(kāi)后發(fā)現(xiàn)鋼板斷裂

圖2 橫隔板不共面、錯(cuò)臺(tái)

橫隔板病害產(chǎn)生的原因，可從以下3個(gè)方面來(lái)分析［3，4］:

1)設(shè)計(jì)原因。

原設(shè)計(jì)橫隔板數(shù)量、尺寸較小，造成橫向聯(lián)系剛度不足，極易造成橫隔板破損、開(kāi)裂。部分設(shè)計(jì)人員認(rèn)為跨中橫隔板的抗扭剛度通常要小于端橫隔板，且跨中橫隔板的自重會(huì)增加主梁荷載，造成對(duì)跨中橫梁不夠重視，設(shè)計(jì)橫隔板數(shù)量和尺寸較小。

2)超載。

超限或超重車(chē)輛經(jīng)過(guò)一次相當(dāng)于普通車(chē)輛對(duì)橋面造成損壞的7～20倍，如果超重車(chē)輛增多，對(duì)T梁橫隔板的損壞將會(huì)加劇，形成橫隔板開(kāi)裂、混凝土脫落等病害。

3)施工原因。

T梁一般施工方法為:T梁預(yù)制吊裝就位后，依靠橫隔板連接形成整體受力，橫隔板的連接一般通過(guò)鋼板連接。因施工誤差，往往出現(xiàn)橫隔板錯(cuò)位，或連接鋼板焊接質(zhì)量不合格，或連接鋼板本身質(zhì)量不合格，導(dǎo)致連接鋼板開(kāi)焊或者連接鋼板斷裂，引起橫隔板混凝土開(kāi)裂剝落。

T梁橋一般是由多根主梁通過(guò)端橫隔板、中橫隔板組成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)承受荷載作用，出現(xiàn)上述病害后，橫隔板便成為薄弱部位，橫向聯(lián)系減弱，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)整體受力減弱，相當(dāng)于增大了每個(gè)單梁的受力，對(duì)橋梁的傷害是非常巨大的。

①隨著橫隔板的破壞，單梁受力增大，T梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害，如跨中腹板U型裂縫，支點(diǎn)附近斜向腹剪裂縫。

②橫向聯(lián)系不足導(dǎo)致相鄰梁體間變形過(guò)大，極易引起橋面縱向開(kāi)裂，出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。裂縫位于T梁翼緣板交界處，大部分裂縫貫通梁長(zhǎng)，見(jiàn)圖3所示。

圖3 橋面縱向開(kāi)裂

2 維修加固方案

根據(jù)上述病害分析可以發(fā)現(xiàn)，造成T梁的單梁受力主要原因是橫向聯(lián)系不足造成的，病害的處理便針對(duì)性地提高T梁的橫向能力，增大橋梁的整體剛度。增強(qiáng)T梁整體剛度有3種方法:加固橋面鋪裝、加固橫隔板、T轉(zhuǎn)箱(在T梁下方增設(shè)一層底板，形成箱形截面)［5～8］。實(shí)際工程中，通常采用加固橫隔板，并結(jié)合加固橋面鋪裝法增強(qiáng)橋梁的整體剛度。

橫隔板的加固方式有增設(shè)橫隔板、增設(shè)鋼橫系梁、設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力構(gòu)件、加大橫隔板的尺寸、粘錨V形鋼板、粘貼鋼板和增焊連接鋼板補(bǔ)強(qiáng)等。增設(shè)橫隔板、增設(shè)鋼橫系梁適合于橫向聯(lián)系很弱的橋梁，增設(shè)的橫隔板分為鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)制鋼筋混凝土和現(xiàn)澆鋼筋混凝土3種，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選取。設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的施工工藝較復(fù)雜，且施工的難度也很大，對(duì)原結(jié)構(gòu)的損傷比較大。加大橫隔板的尺寸與增設(shè)橫隔板的方式相比，前者可以在加大橫隔板尺寸的同時(shí)修復(fù)原橫隔板的病害，后者則需要另進(jìn)行繁瑣的修復(fù)原橫隔板的工作。粘錨V形鋼板通過(guò)錨栓和粘貼膠使鋼板與原橫隔板混凝土形成共同受力的整體，V形鋼板為三角形構(gòu)架，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。粘貼鋼板法適合于病害輕微或未出現(xiàn)明顯病害的橫隔板補(bǔ)強(qiáng)。增焊連接鋼板補(bǔ)強(qiáng)是將橫隔板破損區(qū)域混凝土鑿出，焊接原連接鋼板，并焊接加勁鋼板，再用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，增大橫隔板剛度。

在盡量減小對(duì)交通影響的情況下，通過(guò)結(jié)合實(shí)際病害對(duì)以上加固方法進(jìn)行比較分析，該高速公路T梁橋加固方案為:①橫隔板采用增焊連接鋼板補(bǔ)強(qiáng)，見(jiàn)圖4。連接鋼板焊接、砂漿澆筑及固化過(guò)程中，對(duì)橋上交通進(jìn)行管制，禁止重型車(chē)輛通過(guò)，并控制其他車(chē)輛的車(chē)速，待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，才允許完全開(kāi)放交通。②對(duì)于混凝土橋面縱向裂縫，采用壁可法注漿修補(bǔ)，并對(duì)橋面整體加鋪環(huán)氧覆層來(lái)提高鋪裝層的耐磨、防滑、抗裂、防水及耐久性能。

圖4 增焊連接鋼板補(bǔ)強(qiáng)橫隔板

3 靜載試驗(yàn)測(cè)試分析

3.1 加載工況及測(cè)點(diǎn)布置

選取有代表性的橋梁中的一跨，對(duì)T梁橫隔板病害加固前后進(jìn)行對(duì)比荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際性能，如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等。試驗(yàn)跨為20 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，橋?qū)?3 m，三車(chē)道，由7片T組成，端部和跨中共設(shè)3道橫隔板。檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)橫隔板出現(xiàn)破損、開(kāi)裂現(xiàn)象，尤其是位于行車(chē)道下3#、4#、5#梁間跨中橫隔板開(kāi)裂破損最為嚴(yán)重(見(jiàn)圖5)。

本次試驗(yàn)荷載等級(jí)為公路－I級(jí)。試驗(yàn)工況為:Ⅰ跨中最大正彎矩中載，Ⅱ跨中最大正彎矩偏載。加載車(chē)輛為6輛35 t左右的重車(chē)。效率系數(shù)η分別為0.99和0.98。

為了分析橋梁在試驗(yàn)荷載下的變形及應(yīng)力變化，在試驗(yàn)工況下，簡(jiǎn)支梁的控制截面為跨中截面，故在每片T梁的跨中斷面梁底各布置1個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)、1個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。

圖5 橋梁橫截面布置圖

3.2 理論計(jì)算分析

理論計(jì)算采用Midas Civil建立空間有限元計(jì)算模型，利用梁格法模擬各主梁的橫向聯(lián)系。荷載試驗(yàn)的理論值按各工況實(shí)際加載車(chē)的數(shù)量、軸重、軸距、輪距和總重計(jì)算。

3.3 撓度和應(yīng)變測(cè)試結(jié)果分析

T梁橫隔板病害加固前后，在工況Ⅰ和工況Ⅱ試驗(yàn)荷載作用下，跨中截面變形、應(yīng)變的實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值比較見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 工況Ⅰ中載時(shí)橫隔板加固前后對(duì)比圖

圖7 工況Ⅱ偏載時(shí)橫隔板加固前后跨中應(yīng)變對(duì)比圖

通過(guò)圖6和圖7可以看出，工況Ⅰ中載和工況Ⅱ偏載試驗(yàn)中，加固前3#、4#、5#T梁變形較大，其相互之間的協(xié)調(diào)變形能力差，表明試驗(yàn)荷載向這3片T梁分配比例較大。加固后，各片T梁變形和應(yīng)變均有所減小，變形最大減小16.8%，且各梁相互間協(xié)調(diào)變形能力有所好轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)T梁橫隔板病害的加固，增強(qiáng)了橋梁的橫向聯(lián)系，使得主梁的受力結(jié)構(gòu)得到改善，橋梁的整體性好，在荷載作用下各主梁能更好的協(xié)同工作。

4 結(jié)論

橫隔板開(kāi)裂、失效可以導(dǎo)致裝配式T梁橋橫向聯(lián)系惡化，降低全橋整體受力性能。本文對(duì)某高速橋梁橫隔板病害進(jìn)行調(diào)查，分析病害成因，提出了合理可行的加固方案。通過(guò)加固前后靜載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，表明橫隔板加固后橋梁整體性加強(qiáng)，受力情況得到改善，在荷載作用下各主梁能更好的協(xié)同工作，加固方案有效。

由于T梁橫隔板的破損、開(kāi)裂等病害導(dǎo)致橫向聯(lián)系功能降低，在一定程度上導(dǎo)致單片梁的超載，引起梁體病害惡化，將進(jìn)一步加劇橫隔板病害，形成惡性循環(huán)。因此，在橋梁日常養(yǎng)護(hù)管理中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)T梁橫隔板病害的檢查，對(duì)橫隔板病害進(jìn)行及時(shí)的分析，制定合理的加固方案，確保橋梁的安全性和耐久性。

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