曾 崳

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司,湖北 武漢 430000)

空心板梁是橋梁廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)形式,其受力明確,設(shè)計及施工經(jīng)驗成熟,經(jīng)濟性好,梁高低,吊裝質(zhì)量輕,可在工廠和施工現(xiàn)場預(yù)制,安裝完成后現(xiàn)澆鉸縫,形成整體橋面,橋面板為砼結(jié)構(gòu),施工速度快[1]。但近年發(fā)現(xiàn)空心板梁工后病害較多,國內(nèi)一些省市已發(fā)布地方文件對空心板梁的使用和施工要求進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,同時針對已經(jīng)建設(shè)完成的空心板橋的加固設(shè)計研究也在逐漸開展起來,去梁加肋法就是一種較為常用的加固設(shè)計方法。目前階段部分設(shè)計人員認(rèn)為去梁加肋法在橋梁加固設(shè)計中的應(yīng)用能夠有效提升橋梁整體的承載力與耐久性,相對于其他方法具有明顯的優(yōu)勢。但是目前階段針對去梁加肋法在空心板橋中的應(yīng)用研究還相對較少。基于此種情況,在下文當(dāng)中分別從理論與實踐兩個方面分析了去梁加肋法在實際中的具體應(yīng)用。

1 去梁加肋法的基本原理與優(yōu)勢

1.1 去梁增肋法的基本原理

一直以來空心板橋的應(yīng)用都較為廣泛,現(xiàn)階段國內(nèi)針對空心板橋工后病害的研究發(fā)現(xiàn),由于大部分空心板橋在實際運營過程當(dāng)中存在著車輛超載,鉸縫失效嚴(yán)重等問題,從而導(dǎo)致空心板很容易出現(xiàn)裂縫等病害,在一定程度上降低了空心板橋的承載能力與安全性,通過去梁增肋法的應(yīng)用可以有效實現(xiàn)對空心板的加固。去梁增肋法的基本原理如下：根據(jù)空心板橋的損傷檢測報告將部分損害嚴(yán)重的空心板抽出,并對剩余的空心板進(jìn)行維修以及二次重新排列,在排列之后的剩余空間之內(nèi)增設(shè)混凝土梁肋,并將混凝土梁肋與已有混凝土連接在一起,從而形成一個整體,共同承擔(dān)上部車輛荷載[2]。另一方面去梁增肋法往往會對連接部位進(jìn)行加固處理,通過這種方式在增強橋梁結(jié)構(gòu)整體性的同時,也可以提升橋梁結(jié)構(gòu)的剛度,從而避免后期再次出現(xiàn)損壞的情況發(fā)生。

1.2 去梁增肋法的優(yōu)勢

從力學(xué)角度進(jìn)行分析去梁增肋法其實是利用鉸接梁法的基本原理在舊空心板與梁肋之間增設(shè)了鉸接,并通過加強地面鋪裝的應(yīng)用使得空心板橋的整體剛度得到了有效提升[3]。通過這種方式不僅可以有效降低部分板塊的荷載橫向分布系數(shù),同時整體的抗剪能力也得到了顯著提升。另外,在利用去梁增肋法進(jìn)行空心板橋加固設(shè)計時,往往還需要對加固區(qū)域進(jìn)行厚度設(shè)計增強,這也可以在一定程度上提升空心板橋的承載能力。

去梁增肋法在施工方面相對于橋面補強層加固法、粘鋼板法等加固設(shè)計方法都具有一定的優(yōu)勢。雖然去梁增肋法需要進(jìn)行空心板二次吊裝,但是從總體上來說施工技術(shù)較為簡單,尤其是在橋面施工工期階段具有一定的優(yōu)勢,橋面已有空心板在完成拼裝之后就基本完成全部施工過程,因此相對于其他幾種加固方式在施工進(jìn)度方面具有明顯優(yōu)勢,能夠盡早恢復(fù)交通[4]。其次,根據(jù)已有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,去梁增肋法的施工成本只占到補強層加固法的70%左右,同時也低于粘鋼板法,在成本方法也具有一定的優(yōu)勢,另外去梁增肋法可以將拆除下來的未發(fā)生損傷的空心板進(jìn)行二次利用,通過這種方式能夠進(jìn)一步降低材料成本。

2 去梁加肋法在空心板橋加固設(shè)計中的應(yīng)用實踐

2.1 工程概況

尚吉大橋位于福建省長泰縣枋洋鎮(zhèn)境內(nèi),該橋與2009年建成,上部結(jié)構(gòu)為5孔20米預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu),對該橋的病害情況進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn),空心板鉸縫失效,橋面鋪裝在鉸縫處的橋面鋪裝出現(xiàn)裂縫,底部也出現(xiàn)了貫通裂縫,局部空心板甚至出現(xiàn)了混凝土碎裂情況,必須要對損傷空心板進(jìn)行加固處理。

2.2 模型建構(gòu)

在本次加固設(shè)計當(dāng)中采用MIDAS CIVIL軟件構(gòu)建去梁增肋計算模型,并對新增梁肋的承載力進(jìn)行驗算。在模型構(gòu)建時選擇梁格法進(jìn)行建模計算,同時將已有空心板與新增梁肋之間的關(guān)系定義為鉸接,即通過建立虛擬工字橫梁并釋放梁端約束(空心板與新增粱肋間)來考慮,如圖1所示為該項目所構(gòu)建的三維有限元模型。

圖1 空心板橋去梁加肋計算模型

2.3 設(shè)計參數(shù)

在對模型進(jìn)行計算之前還需要進(jìn)一步明確相關(guān)設(shè)計參數(shù),在該工程項目當(dāng)中所采用的設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計參數(shù)

2.4 計算結(jié)果

完成模型構(gòu)建之后對原有空心板以及新增肋梁的承載力進(jìn)行驗算,具體計算指標(biāo)包含在組合設(shè)計值、承載力設(shè)計值以及抗剪能力設(shè)計值工況之下空心板與新增肋梁的彎矩與剪力,計算結(jié)果如表2所示。

表2 空心板與新增肋梁承載力驗算結(jié)果

2.5 計算結(jié)果分析

對表2中的計算結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)該工程項目經(jīng)過去梁增肋之后空心板抗彎承載力與抗剪承載力均能滿足二級公路荷載要求,加固設(shè)計完成既定任務(wù)。但是對承載能力提升幅度進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)本次加固設(shè)計中承載力富余度并不高,很容易導(dǎo)致二次破壞。但是在進(jìn)行模型計算之前并沒有將鋪裝厚度計入板厚當(dāng)中,這必然會導(dǎo)致整體計算結(jié)果偏小,因此,筆者認(rèn)為這種加固方式在承載力富余度方面也并沒有太大的問題。同時在該工程加固設(shè)計當(dāng)中鋪裝設(shè)計厚度為250mm,也明顯偏小,可以通過增加鋪裝厚度、抗剪鋼筋以及橫向連接等方式提升整體承載能力[5]。通過這種方式也能避免空心板在車輛荷載作用之下出現(xiàn)因單板受力而導(dǎo)致的開裂與鉸縫損壞現(xiàn)象。

因此,筆者認(rèn)為采用去梁增肋法對空心板橋進(jìn)行加固設(shè)計不僅能夠滿足承載力的基本要求,同時還可以通過多種方式增加新增肋梁與已有空心板之間的聯(lián)系,確保二者之間形成一個完整的整體,通過這種方式橋梁整體的承載力、剛度以及耐久性都可以得到有效的提升[6]。

但是對本文的研究也存在著一定的局限性,在模型計算中僅僅通過承載力驗算對去梁加肋計算方法進(jìn)行了研究與分析,并沒有對加固前后的剛度變化等進(jìn)行綜合分析,因此,也存在著一定的片面性,并不能完全真實反映出去梁加肋法的真實效果,設(shè)計人員在借鑒本文經(jīng)驗的同時應(yīng)該進(jìn)一步加強研究與分析。

3 結(jié)語

目前階段我國已經(jīng)發(fā)生病害的空心板橋相對較多,空心板橋加固設(shè)計也成為每個橋梁設(shè)計工作者必須要掌握的一項技能。本文對去梁增肋法在空心板橋加固設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了研究與分析,認(rèn)為去梁增肋法在空心板橋加固中的應(yīng)用不僅能有效提升空心板橋的整體承載力,同時也能避免二次損壞的出現(xiàn),應(yīng)該在設(shè)計中進(jìn)行大力推廣。鑒于筆者水平限制,在此僅為拋磚引玉,希望能對廣大從業(yè)人員有所啟發(fā)。

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