徐立強(qiáng)，何嘉順

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市100082）

典型16 m簡(jiǎn)支T梁加固措施案例分析

徐立強(qiáng)，何嘉順

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市100082）

對(duì)廣東順德西安亭大橋（舊橋）引橋中的16 m簡(jiǎn)支T梁進(jìn)行工程案例分析，通過(guò)對(duì)橫隔梁加固、鉸接縫改為現(xiàn)澆剛接、增強(qiáng)橋面鋪裝與梁體的粘結(jié)等方式對(duì)橋梁進(jìn)行維修加固，并對(duì)加固方式進(jìn)行有限元模擬。經(jīng)計(jì)算表明，T梁加固效果明顯，承載能力顯著提高。

簡(jiǎn)支T梁；橋梁加固；橋面鋪裝；疊合梁

0　引言

16 m簡(jiǎn)支T梁在20世紀(jì)60～80年代在全國(guó)有廣泛應(yīng)用，特別是部分裝配式橫向鉸接T梁在廣東地區(qū)個(gè)別橋梁已服役30 a以上［1-3］。該T梁的大量應(yīng)用對(duì)當(dāng)時(shí)的交通發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但在使用過(guò)程中同時(shí)出現(xiàn)了很多病害［4，5］。本文通過(guò)對(duì)一具體實(shí)例的加固措施進(jìn)行分析研究。

1　工程概況

西安亭大橋（舊橋）位于省道362龍洲路上，跨越甘竹溪，總長(zhǎng)519.0 m。主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)，引橋?yàn)?6 m裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁。上部結(jié)構(gòu)跨徑組合為：6×16.0 m +（75.0 m+125.0 m+75.0 m）+9×16.0 m。橋面全寬為11.00 m，單向雙車道。引橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制鋼筋混凝土T梁，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，勒流側(cè)和龍江側(cè)引橋跨徑組合分別為6×16.0 m和9×16.0 m。橫橋向均由7片T梁組成，間距為1.6 m；T梁高1.10 m，寬1.58 m，底板寬18 cm。T梁之間采用鋼板焊接形成整體（見(jiàn)圖1、圖2）。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽車-20級(jí)、掛車-100。通航等級(jí)：三級(jí)。西安亭大橋（舊橋）結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評(píng)分Dr=49.2，評(píng)定該橋?yàn)槿悩颉?/p>

圖1　西安亭大橋（舊橋）引橋橫斷面（單位：mm）

圖2　T梁橫向連接示意圖

2　橋梁病害及成因分析

2.1橋梁病害

引橋T梁板式橡膠支座共有210只，其中病害支座共計(jì)86只，占總數(shù)的41%。主要病害有嚴(yán)重剪切變形、膠體開裂、外鼓不均勻、局部脫空現(xiàn)象，且大部分鋼墊板均銹蝕嚴(yán)重，少部分支座被墩頂?shù)慕ㄖ逊e、掩埋，部分支座已失去正常支承功能，引橋T梁腹板出現(xiàn)較多的豎向裂縫，裂縫寬度0.05～0.28 mm，部分裂縫寬度超限。部分橫隔板混凝土剝落，剛構(gòu)件外露銹蝕，個(gè)別現(xiàn)澆段位置出現(xiàn)泛白。橋面出現(xiàn)縱向裂縫14條，橫向裂縫11條，大小面積網(wǎng)裂7處和6處露筋。橫向裂縫一般均出現(xiàn)在墩頂對(duì)應(yīng)橋面附近，但個(gè)別橫向裂縫出現(xiàn)在跨中或其它位置，橫橋向裂縫寬度一般在1.0 mm左右，長(zhǎng)度從100～500 cm不等。縱向裂縫一般出現(xiàn)在行車道輪跡位置或T梁接縫對(duì)應(yīng)橋面位置，縱向裂縫寬介于0.5～2.0 mm，最長(zhǎng)達(dá)25 m。

2.2靜力荷載實(shí)驗(yàn)

在各工況試驗(yàn)荷載作用下，各測(cè)試截面各級(jí)撓度實(shí)測(cè)值與所施加的荷載量呈接近于線性變化，表明結(jié)構(gòu)撓度變化與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)相符。滿載時(shí)，各測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值均小于計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.57～0.84范圍內(nèi)，變形狀態(tài)正常；卸載后，各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形在0.0%～6.3%范圍內(nèi)，均小于20%，在試驗(yàn)加載過(guò)程中基本呈彈性工作狀態(tài)。測(cè)試截面結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)活載等級(jí)要求。

2.3病害成因分析

首先，西安亭大橋（舊橋）上部結(jié)構(gòu)T梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，腹板產(chǎn)生豎向、斜向裂縫是不可避免的。由于該橋腹板配筋率低，水平鋼筋間距偏大，是產(chǎn)生豎向裂縫的主要原因。這是由于拉應(yīng)力由梁體混凝土及鋼筋的水平拉力來(lái)平衡，當(dāng)此拉應(yīng)力大于梁體混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生豎向裂縫。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，引橋T梁拼接縫錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重，普遍存在著拼接縫不平順，凹凸不平，且翼板底面混凝土大面積脫落、露筋、銹蝕，造成T梁橫向傳力減弱，削弱了T梁的橫向整體性，造成單片T梁分擔(dān)的活載增加，相應(yīng)的也增加了T梁的剪力，加劇了T梁腹板剪切裂縫的產(chǎn)生。由于干接縫破壞且未得到及時(shí)修補(bǔ)加強(qiáng)，使得T梁的橫向分布系數(shù)增大，比實(shí)際計(jì)算模型中受力情況更為不利。

引橋T梁板式橡膠支座的主要病害有嚴(yán)重剪切變形、膠體開裂、外鼓不均勻、局部脫空現(xiàn)象，且大部分鋼墊板均銹蝕嚴(yán)重，少部分支座被墩頂?shù)慕ㄖ逊e、掩埋，占總數(shù)的41%，部分支座已失去正常支承功能，使T梁結(jié)構(gòu)受到異常約束。T梁與支座相互影響，形成惡性循環(huán)，加劇了T梁腹板剪切裂縫的產(chǎn)生?；炷潦湛s產(chǎn)生混凝土的徐變，重復(fù)荷載作用也是T梁腹板產(chǎn)生裂縫原因之一。

3　加固方案措施

3.1設(shè)計(jì)原則

工程實(shí)例橋梁維修加固原則如下：

（1）保持橋梁原有設(shè)計(jì)荷載等級(jí)不變；

（2）加固方案盡量減小對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的破壞，易于施工、方便操作；

（3）加固方案選擇盡量減少對(duì)現(xiàn)況交通的影響；

（4）T梁的橫向連續(xù)不僅僅依靠橫隔板加強(qiáng)，同時(shí)需通過(guò)橋面鋪裝及梁體本身加強(qiáng)；

（5）橫向連接加固后計(jì)算模型與實(shí)際構(gòu)造要求應(yīng)匹配。

3.2維修加固措施

西安亭大橋引橋16 m簡(jiǎn)支T梁，破損嚴(yán)重，無(wú)法滿足繼續(xù)使用的安全性要求。結(jié)合病害及成因分析，加固共分3個(gè)方面進(jìn)行。

（1）梁體自身加固措施（見(jiàn)圖3）

圖3　T梁梁體加固

梁體裂縫先進(jìn)行注漿處理，然后再對(duì)梁體采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固，以提高抗彎、抗剪等承載力。

（2）橫向聯(lián)系加固措施

a. 橋面鋪裝：鑿出現(xiàn)狀橋面鋪裝，并對(duì)T梁頂面進(jìn)行清表，然后植入鋼筋作為剪力釘。植入鋼筋需滿足抗拔力等相關(guān)要求，并用C50鋼筋混凝土鋪裝，設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)。將原T梁中鋼筋與鋪裝層鋼筋焊接，加強(qiáng)橫向聯(lián)系，由原來(lái)鉸接改為剛性連接（見(jiàn)圖4）。

圖4　橋面鋪裝補(bǔ)強(qiáng)

b. 橫隔板之間用鋼板以及對(duì)拉螺栓進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并對(duì)部分破損的橫隔板鑿出，預(yù)留出原有鋼筋并加入鋼筋整體澆筑，見(jiàn)圖5。

c.保證橫向受力要求，將破損的支座統(tǒng)一更換，對(duì)部分破損的支座墊石進(jìn)行鑿出重建。

圖5　橫隔板加固示意圖

3.3理論計(jì)算分析

橋梁維修加固計(jì)算充分考慮檢測(cè)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，使得更為接近實(shí)際。檢算系數(shù)Z2=1.030，惡化系數(shù)ζe=0.032，截面折減系數(shù)ζc=0.989，鋼筋截面折減系數(shù)ζs=0.980。本文采用MⅠDAS CⅠVⅠL空間計(jì)算模型，并將加固前后的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)考慮豎向變形的變化。本文共考慮3種計(jì)算模型：（1）鉸接板梁法（不考慮橋面鋪裝）；（2）修正的剛性橫梁法（不考慮橋面鋪裝）；（3）修正的剛性橫梁法（考慮橋面鋪裝，相當(dāng)于加高梁體）。從圖6、圖7中可以看出，在鉸接板梁法計(jì)算模型中（接近于未加固前的橋梁）變形較大，而加固后偏安全的不考慮橋面鋪裝的模型下，豎向變形有較為明顯的縮減，因此，加固后較加固前橫向聯(lián)系有明顯提高。加固方案在理論計(jì)算方面合理、可行。

圖6　T梁有限元計(jì)算模型

圖7　不同計(jì)算模型T梁跨中繞度比較圖（單位：mm）

4　結(jié)語(yǔ)

16 m簡(jiǎn)支T梁由于橫向連接薄弱，實(shí)際計(jì)算過(guò)程中采用鉸接板梁法計(jì)算橫向分布系數(shù)，而在實(shí)際使用過(guò)程中，橫隔板破壞，橋面鋪裝出現(xiàn)縱向裂縫，使得梁體出現(xiàn)單板受力狀態(tài)，造成承載力降低，增大了安全隱患。該種類型的梁體加固可以通過(guò)對(duì)橫隔板的補(bǔ)強(qiáng)、鋼板干接縫鑿除改為濕接縫等方式，增大橫向剛度，使得梁體整體受力，降低橫向分布系數(shù)，因此，經(jīng)改造后梁體計(jì)算橫向分布系數(shù)時(shí)，可采用修正的剛性橫梁法。橋面鋪裝在以往設(shè)計(jì)過(guò)程中均計(jì)入線形二期荷載，在該橋加固過(guò)程中，由于橋面鋪裝較厚，整體化層與梁體之間采用了剪力釘連接，可以有效加強(qiáng)連接，采用疊合梁計(jì)算模型，但在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意施工質(zhì)量，同時(shí)建議采用較高標(biāo)號(hào)的混凝土。

［1］ 廣東省公路管理局.廣東省公路橋梁維修加固技術(shù)指南［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 劉來(lái)君，趙小星.橋梁加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 吳亞娟.裝配式中小橋涵病害分析與加固方式研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

［4］ 李友好，趙豫生.某病害橋橫向體外預(yù)應(yīng)力加固實(shí)踐［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（4）：18-21.

［5］ 史建方.橋梁?jiǎn)伟迨芰Τ梢蚍治雠c防治對(duì)策［J］.公路，2004（10）：71-73.

U445.7+2

B

1009-7716（2015）05-0168-03

2015-01-08

徐立強(qiáng)（1983-），男，河北承德人，碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。