嚴(yán)國齊
(武漢航空港發(fā)展集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430023)
我國于上世紀(jì)80 年代前后修建了大量T 梁橋。由于設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低,橋梁承載力不足,有些橋梁已不能滿足交通量及車輛荷載快速增長的需要,亟需對(duì)這些舊橋采用適當(dāng)加固技術(shù),恢復(fù)和提高其承載能力及通行能力,延長橋梁的使用壽命[1]。
目前應(yīng)用比較多的T 梁橋加固方法有提高T 梁承載力的增大截面法、粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法等[2]。這些加固方法的作用機(jī)理是直接提高T梁的承載力。T 梁橋橫向加固方法則是通過增強(qiáng)T梁整體性,調(diào)整各片T 梁的橫向荷載分布系數(shù),使荷載橫向分布更加平均,將橋面荷載傳遞至更多T 梁上,據(jù)此提高T 梁橋的承載能力。
(1)增加混凝土橋面鋪裝層厚度。此方法雖然可以使橋上荷載橫向分布更平均,施工也簡單,但會(huì)增加橋梁恒載重量,缺點(diǎn)明顯,需作進(jìn)一步驗(yàn)算。
(2)將翼緣板鉸接改為剛接。研究表明,T 梁翼緣間采用鉸接或剛接對(duì)橋上荷載橫向分布有較大的影響[3]。剛接的橋梁,其整體性優(yōu)于鉸接的橋梁。
(3)加固橫隔梁。由于橫隔梁特別是內(nèi)橫隔梁對(duì)T 梁橫向荷載分布影響較大[3],因此加固橫隔梁,是T 梁橫向加固的一個(gè)有效措施。
(4)新增橫梁。適當(dāng)增加一些橫梁,可以增加橋梁整體性,更好地調(diào)整荷載橫向分布,提高橋梁承載能力。
某大橋于1993 年建成通車,橋梁總體跨徑布置為:3×(5×30)m+(40+60+40)m+4×(4×30)m,橋梁全長1 078.040 m,橋梁總寬24 m。主橋上部結(jié)構(gòu)為3 跨預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu),跨徑布置為40 m+60 m+40 m 的單箱單室變截面箱梁。兩岸引橋上部結(jié)構(gòu)為跨徑30 m 的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 梁,先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu),其中漢口側(cè)為3 聯(lián),5 跨1 聯(lián),共15 跨;黃陂側(cè)為4 聯(lián),4 跨1 聯(lián),共16 跨,分左右2 幅。引橋每跨由5 片T 梁組成。T 梁底部為馬蹄形結(jié)構(gòu),每跨設(shè)置7 道橫隔梁,橫隔梁間距為4.85 m。
2017 年12 月,橋梁管理單位組織華中科技大學(xué)土木工程檢測(cè)中心對(duì)橋梁質(zhì)量進(jìn)行了全面檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,引橋上部結(jié)構(gòu)主要存在以下幾方面的病害:
(1)T 梁翼緣板、腹板、底板、橫隔板等均存在混凝土剝離、鋼筋銹蝕現(xiàn)象。
(2)T 梁翼緣板、腹板、橫隔板等均存在縱橫向裂縫現(xiàn)象。
(3)橋面存在縱向開裂現(xiàn)象。
(4)橋梁結(jié)構(gòu)彈性工作狀態(tài)不足,不具有安全儲(chǔ)備,承載能力無法滿足原設(shè)計(jì)荷載要求。
該橋于1993 年建成通車,荷載按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ 021—89)取值,汽- 20 級(jí)。隨著時(shí)代發(fā)展,公路運(yùn)輸更符合《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2004)中的高速公路活載公路-Ⅰ級(jí)。同時(shí),超重、超載、超限在我國公路運(yùn)輸方面是一個(gè)普遍現(xiàn)象。眾多原因?qū)е略摌騎 梁出現(xiàn)鉸縫損傷、橋面縱向開裂等病害,并致使T 梁單梁受力,影響到橋梁承載能力。
為解決該橋單梁受力問題,特制定了如下橫向加固措施:
(1)加固鉸縫、橫隔梁(增加濕接縫),將鉸接改為剛接(見圖1、圖2)。
圖1 橫隔梁處斷面圖(單位:cm)
圖2 非橫隔梁處斷面圖(單位:cm)
鑿除原T 梁翼緣鉸縫兩側(cè)各20 cm 范圍內(nèi)混凝土,保留翼緣內(nèi)原有鋼筋,澆筑濕接縫混凝土,將原設(shè)計(jì)翼梁間的鉸接縫變?yōu)閯偨印P聺仓炷羶?nèi)鋼筋與主梁翼緣上、下緣鋼筋焊接,并增設(shè)環(huán)狀箍筋,提高剛接縫的抗剪能力。
鑿除原T 梁橫隔梁兩側(cè)各20 cm 范圍內(nèi)混凝土,保留橫隔梁內(nèi)原有鋼筋,新澆筑混凝土內(nèi)鋼筋與保留鋼筋焊接。
(2)增加橫向預(yù)應(yīng)力梁。在每孔靠近跨中的5 道橫隔梁間增設(shè)4 道預(yù)應(yīng)力橫梁(見圖3),將5 片T 梁拉緊,增加整體性。
圖3 橫向預(yù)應(yīng)力加固圖(單位:cm)
此外,對(duì)于該項(xiàng)目檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的T 梁裂縫,按寬度w<0.15 mm 的裂縫采用表面封閉方案,寬度w≥0.15 mm 的裂縫采用灌縫膠注射修補(bǔ)的方案進(jìn)行了處理,這里不再贅述。
采用Civil/Midas 和橋梁博士軟件對(duì)加固前、加固后的T 梁橫向荷載分布進(jìn)行整體計(jì)算。
(1)單梁受力。T 梁鉸接時(shí),在偏載作用下主梁間最大高差4.4 mm;橫向變剛接后,主梁間最大位移差減小為3.2 mm。
(2)橫向分布系數(shù)?;钶d正常作用下鉸接梁法的橫向荷載分布系數(shù)和剛接(加固后)梁法的橫向荷載分布系數(shù)見表1、表2。
表1 活載正常作用下鉸接梁法的橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果
表2 活載正常作用下剛接梁法的橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果
經(jīng)對(duì)比可以看出,加固后雖然邊梁橫向荷載分布系數(shù)有所增加,但中間梁的橫向荷載分布系數(shù)均有所減小。同時(shí),經(jīng)過加固修復(fù)后,橋梁已解決單梁受力問題。
(1)本案T 梁橋經(jīng)橫向加固后,將主梁間最大位移差減小為3.2 mm,中間梁的橫向荷載分布系數(shù)有所減小;同時(shí),解決了橋梁單梁受力問題。
(2)工程加固完工后,經(jīng)華中科技大學(xué)土木工程檢測(cè)中心荷載試驗(yàn)檢測(cè),橋梁加固后滿足設(shè)計(jì)荷載要求,本加固方案達(dá)到了預(yù)期目的,可為同類T 梁橋加固提供參考和應(yīng)用。