國(guó)家祥
(中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司秦皇島工務(wù)段,河北 秦皇島 066000)
鋼筋混凝土T梁橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便及受力明確等優(yōu)點(diǎn),主要應(yīng)用在距離較短的中小型橋梁建設(shè)中。橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中,會(huì)受到周邊環(huán)境、可變荷載及結(jié)構(gòu)自身材料性能的影響,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的病害,最終降低T型梁的受力以及車輛的安全運(yùn)行。因此,為了保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng),延長(zhǎng)其使用壽命,滿足當(dāng)今日益增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸需求,對(duì)在役橋梁的使用情況進(jìn)行技術(shù)狀況及承載能力評(píng)定,并提出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策尤為重要[1-4]。
某鋼筋混凝土T梁橋全長(zhǎng)36m,跨徑布置為3×12m。該橋?yàn)樾睒?,路線與水流方向之間的斜交角度為30°。橋面總寬為1m+7m+1m=9m。
該橋上部結(jié)構(gòu)為整體現(xiàn)澆的鋼筋混凝土T型梁,梁高1.5m,沿橫橋向布置6片;第1跨0#橋臺(tái)處設(shè)置1片斜梁,斜梁高1.3m,斜梁一端與T梁連接,另一端與端橫隔板連接,斜梁、T梁與端橫隔板之間形成一片三角形搭板區(qū)域;沿順橋向在每跨中間設(shè)置6道橫隔板;下部結(jié)構(gòu)為圓端形重力式橋墩和橋臺(tái)。
該橋橋面系組成分別為橋面鋪裝、人行道、護(hù)欄、排水設(shè)施等,病害主要為橋面鋪裝有橫向貫通開裂現(xiàn)象、泄水孔全部堵塞、人行道鋼護(hù)欄多處銹蝕、人行道多處破損、T梁翼緣的底面以及腹板的側(cè)面均存在混凝土破損和露筋現(xiàn)象。
該橋上部結(jié)構(gòu)的組成部件為T型主梁(重要構(gòu)件)、橫隔板(一般構(gòu)件),下部結(jié)構(gòu)的組成部件為橋墩、橋臺(tái)及墩臺(tái)基礎(chǔ),橋面系組成部件為橋面鋪裝、人行道、護(hù)欄及防排水系統(tǒng)。依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21—2011)中分層綜合評(píng)定法計(jì)算,該橋技術(shù)狀況得分為84分,技術(shù)狀況評(píng)定為2類。其中,上部結(jié)構(gòu)得分為84分,技術(shù)狀況評(píng)定為2類;下部結(jié)構(gòu)得分為92分,技術(shù)狀況評(píng)定為2類;橋面系得分為67分,技術(shù)狀況評(píng)定為3類。為了更加全面地評(píng)定該橋的健康狀況,從而制定周全可行的加固養(yǎng)護(hù)方案,應(yīng)檢算該橋當(dāng)前實(shí)際承載能力。
承載能力檢算系數(shù)Z1是根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實(shí)際技術(shù)狀況,對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力進(jìn)行相應(yīng)的折減或提高[5]。根據(jù)目前該橋的整體技術(shù)狀況,首先確定其結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定值D=2.3,在此基礎(chǔ)上根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)確定結(jié)構(gòu)承載能力檢算系數(shù)Z1=1.07。
該次計(jì)算考慮了結(jié)構(gòu)恒荷載和汽車荷載等方面荷載對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力的影響,各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值均參照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ 021—89)選取,汽車荷載選取六軸車(80t)荷載等級(jí),其荷載等級(jí)示意圖如圖1所示。該橋的重要性系數(shù)取1.0;該橋橋面凈寬7m,按2車道設(shè)計(jì)。由于通行車輛噸位超出設(shè)計(jì)荷載,因此在驗(yàn)算時(shí)按單車道計(jì)算,即當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備車輛通過該橋時(shí),只允許1輛車通行。
圖1 六軸車(80t)荷載等級(jí)示意圖(截面尺寸單位:mm)
其中,汽車荷載布置方式為偏載和中載對(duì)稱布置,分別驗(yàn)算主梁和斜梁(斜梁只進(jìn)行偏載布置)的承載能力極限狀態(tài)是否滿足通行要求。組合工況如下:
組合1:1.2恒載+1.4汽車荷載(偏載);
組合2:1.2恒載+1.4汽車荷載(中載);
組合3:1.2恒載+1.4汽車荷載(斜梁偏載)。
對(duì)T梁和斜梁進(jìn)行極限承載能力驗(yàn)算時(shí),主梁截面如圖2~圖4所示,斜梁截面如圖5所示,各片T梁縱筋布置為4Φ32,箍筋布置間距為Φ8@100mm。對(duì)于不同截面形式的主梁要綜合考慮組合1和組合2兩種組合工況下的最不利受力情況,對(duì)于斜梁要考慮組合3工況下的最不利受力情況。
圖2 左邊梁截面(單位:mm)
圖3 右邊梁截面(單位:mm)
圖4 中梁截面(單位:mm)
圖5 斜梁截面(單位:mm)
(1)正截面抗彎承載力。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ 021—89)計(jì)算出主梁最大荷載效應(yīng)值為1063.6kN·m,斜梁最大荷載效應(yīng)值為800kN·m,搭板最大荷載效應(yīng)值為18kN·m。依據(jù)有限元模型,在組合1作用下的主梁最不利荷載效應(yīng)最大值為1079.7kN·m,安全系數(shù)為0.98;在組合2作用下的主梁最不利荷載效應(yīng)最大值為1005.0kN·m,安全系數(shù)為1.1;在組合3作用下的斜梁最不利荷載效應(yīng)最大值為411.5kN·m,安全系數(shù)為1.9;搭板最不利荷載效應(yīng)最大值為91.4kN·m,安全系數(shù)為0.2。由上述結(jié)果可知,該橋主梁的抗彎承載能力基本滿足六軸車(80t)荷載等級(jí)的通行要求,但是三角形搭板區(qū)域的抗彎承載能力不滿足六軸車(80t)荷載等級(jí)的通行要求。
(2)斜截面抗剪承載力。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ 021—89)計(jì)算出主梁最大荷載效應(yīng)為501.2kN,斜梁最大荷載效應(yīng)為483.5kN,搭板最大荷載效應(yīng)為123.0kN。依據(jù)有限元模型,在組合1作用下的主梁最不利荷載效應(yīng)最大值為701.3kN,安全系數(shù)為0.71;在組合2作用下的主梁最不利荷載效應(yīng)最大值為528.3kN,安全系數(shù)為0.95;在組合3作用下的斜梁最不利荷載效應(yīng)最大值為284.0kN,安全系數(shù)為1.7;搭板最不利荷載效應(yīng)最大值為192.1kN,安全系數(shù)為0.64。由上述結(jié)果可知,該橋主梁、三角形搭板區(qū)域的抗剪承載能力均不滿足六軸車(80t)荷載等級(jí)的通行要求。
根據(jù)橋梁現(xiàn)有的病害及評(píng)定的技術(shù)狀況等級(jí),對(duì)其后期的養(yǎng)護(hù)維修提出以下建議:
(1)該橋T梁翼緣底面及腹板側(cè)面存在混凝土破損、露筋現(xiàn)象,建議鑿除露筋區(qū)域附近的開裂或破損混凝土,對(duì)裸露鋼筋除銹,采用環(huán)氧砂漿重新澆筑保護(hù)層。
(2)由于T梁箍筋直徑較小且間距較大導(dǎo)致抗剪能力不足,建議對(duì)T梁L/4與支點(diǎn)之間的梁段進(jìn)行抗剪加固,加固方式可采用粘貼鋼板條、碳纖維布等。
(3)由于三角形搭板區(qū)域的抗彎和抗剪承載能力均不滿足重車的通行要求,建議在搭板區(qū)域下方增設(shè)縱橫梁結(jié)構(gòu),提高其抗彎和抗剪承載能力。
(1)全橋技術(shù)狀況等級(jí)為2類,得分為83.9分;主要病害為橋面鋪裝縱橫向開裂及T梁翼緣多處混凝土剝落露筋。
(2)在最不利荷載組合作用下,上部結(jié)構(gòu)T梁的抗彎承載能力基本滿足80t重車的通行要求,但T梁的抗剪承載能力及三角形搭板區(qū)域的抗剪和抗彎承載能力均不滿足通行要求,應(yīng)對(duì)該橋采取加固措施。
(3)文章針對(duì)鋼筋混凝土T梁橋的病害提出了有效的維修加固措施,可為同類橋梁的承載能力檢測(cè)評(píng)定及加固養(yǎng)護(hù)提供參考。