鄭玉佩

（佛山市公路勘察規(guī)劃設(shè)計所有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

隨著時間推移，我國部分公路橋梁使用年限接近20年，伴隨使用年限增長橋梁病害日益增多，如何采用合理、經(jīng)濟(jì)的維修措施，對橋梁維修加固至關(guān)重要。鋼筋混凝土T 梁作為常用上部承重結(jié)構(gòu)之一，研究其病害發(fā)展形式和規(guī)律十分迫切。該文以逢涌大橋鋼筋混凝土T 梁結(jié)構(gòu)作為研究對象，分析病害類型、成因和規(guī)律，采用合理維修措施后進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，分析維修措施可行性。

1 橋梁概況

逢涌大橋[1]位于廣東省佛山市南海區(qū)桂和路，跨越逢涌涌，路線代碼S267（帽三線），橋梁編碼S267L0010440605，橋梁中心樁號K65+896，1993 年4月建成通車[2]。

橋梁總長410 m，橋梁跨徑組合為：2×16.0 m（鋼筋混凝土簡支T 梁）+1×16.0 m（鋼筋混凝土現(xiàn)澆板）+3×16.0 m（鋼筋混凝土簡支T 梁）+3×46.0 m（預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁）+ 9×16.0 m（鋼筋混凝土簡支T 梁）+ 1×16.0 m（鋼筋混凝土空心板）+1×16.0 m（鋼筋混凝土簡支T 梁）。橋面總寬18.80 m，橫斷面布置為：1.9 m（護(hù)欄+人行道）+15.0 m（行車道）+1.9 m（人行道+護(hù)欄）。橋下河流通航時要求凈寬為30 m，最高通航水位時要求凈空高度為4.9 m。

逢涌大橋采用鋼筋混凝土簡支T 梁、鋼筋混凝土簡支現(xiàn)澆板、預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁和鋼筋混凝土簡支空心板等上部結(jié)構(gòu)形式；采用柱式墩、肋式臺和鉆孔灌注樁作為下部結(jié)構(gòu)；采用四氟滑板支座、板式橡膠支座。全橋采用水泥混凝土鋪裝層、鋼護(hù)欄和異型鋼伸縮縫。

逢涌大橋所在S267 公路等級為一級公路，設(shè)計車速為100 km/h，設(shè)計荷載采用汽-超20 級、掛車-120、人群荷載3.0 kN/m2。

2 T 梁病害分析

2.1 T 梁病害狀況

根據(jù)廣東縱橫工程檢測有限公司《2019 年公路站橋梁定期檢查項目（逢涌大橋）》（2019 年8 月）[3]，檢測報告對逢涌大橋技術(shù)狀況評定為3 類橋。根據(jù)橋檢報告顯示，逢涌大橋病害主要分布于上部承重結(jié)構(gòu)中T 梁結(jié)構(gòu)，因此該文研究分析該橋T 梁[4]維修措施。經(jīng)分析，逢涌大橋T 梁病害如下：

（1）全橋預(yù)應(yīng)力混凝土（40.0 m）T 梁共有2 條縱向裂縫，共長3.7 m，最大縫寬0.80 mm。

（2）全橋鋼筋混凝土（16.0 m）T 梁共有多條U 形裂縫，縫寬0.10～0.20 mm，主要位于10#～15#跨T 梁；其中12-8#梁1 條U 形裂縫寬0.30 mm；底板多條橫向裂縫，最大縫寬0.25 mm；1 條縱向裂縫，縫長0.3 m，最大縫寬0.16 mm。腹板134 條豎向裂縫，共長78.65 m，最大縫寬0.25 mm；15 條斜向裂縫，共長7.8 m，最大縫寬0.18 mm；多條L 形裂縫，普遍縫寬0.10～0.20 mm，其中12-8#梁1 條L 形裂縫寬0.32 mm。

2.2 T 梁病害原因分析

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土（40.0 m）T 梁縱向裂縫原因分析：2017 年橋檢報告顯示全橋預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁共有2 條縱向裂縫，1 條縱向裂縫（縫長1.4 m，縫寬0.80 mm），1 條縱向裂縫（縫長2.3 m，縫寬0.12 mm）。根據(jù)2019 年檢測報告，距梁底0.8 m 的大寬度裂縫已修補(bǔ)，僅剩距梁底0.6 m、寬度0.12 mm、長2.3 m 的裂縫。在2017—2019年，縱向裂縫無發(fā)展，因此可確定該裂縫是腹板縱向鋼筋保護(hù)層較薄所致，非結(jié)構(gòu)受力裂縫。

（2）鋼筋混凝土（16.0 m）T 梁U 形裂縫原因分析：梁底縱向裂縫一般為混凝土保護(hù)層過薄引起鋼筋銹蝕所致，腹板縱向裂縫一般是施工因素引起，腹板斜向裂縫一般為設(shè)計缺陷所致。腹板豎向裂縫是最常見也是比較嚴(yán)重的一種裂縫，一般是混凝土養(yǎng)護(hù)差或溫度等因素引起的收縮裂縫，影響結(jié)構(gòu)耐久性。底板橫向裂縫一般為荷載作用下產(chǎn)生的正彎矩裂縫。

（3）結(jié)合T 梁病害情況和原因，預(yù)應(yīng)力混凝土（40.0 m）T 梁可采取對裂縫封閉或灌注的維修措施[5]，鋼筋混凝土（16.0 m）T 梁裂縫類型和成因分析較復(fù)雜，應(yīng)對原鋼筋混凝土（16.0 m）T 梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果采取合適維修措施。

3 T 梁驗(yàn)算

3.1 原鋼筋混凝土（16.0 m 跨）T 梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

參照《南海市馮沖大橋竣工文件》（廣東省開平市土木工程集團(tuán)公司）（1993 年4 月）圖紙（馮沖大橋即逢涌大橋），對（16 m 跨）鋼筋混凝土T 梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下驗(yàn)算。

3.1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)指標(biāo)：1）安全等級：Ⅰ級；2）設(shè)計基準(zhǔn)期：100 年；3）環(huán)境類別：Ⅰ類環(huán)境；4）設(shè)計荷載：汽-超20 級、掛-120、人群荷載3 kN/m2；5）橋梁寬度：18.8 m，雙向4 車道。

技術(shù)規(guī)范：《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021—89），《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85），《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11—2004），《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》（JTG/T J22—2008）。

3.1.2 驗(yàn)算要點(diǎn)

（1）鋼筋混凝土簡支T 梁（16 m 跨），橋梁寬度為18.80 m，T 梁長15.96 m，跨徑為15.31 m，半幅橋由8片鋼筋混凝土簡支T 梁構(gòu)成。T 梁高1.30 m，翼板寬2.20 m，行車道橫坡1.5%，水泥鋪裝層厚7～18.25 cm。上部結(jié)構(gòu)施工分兩個階段：階段一：T 梁混凝土澆筑；階段二：安裝T 梁、橫隔板連接，鋪筑橋面鋪裝、人行道欄桿安裝。

（2）驗(yàn)算要點(diǎn)：階段一T 梁承受自重，階段二T 梁承受橋面鋪裝、人行道欄桿重量，人行道欄桿重量考慮橫向分布系數(shù)直接作用于外邊梁。采用橋梁博士計算程序建立平面桿系單梁模型，用橫向分布系數(shù)將橋面荷載作用在單塊板上進(jìn)行分析計算。

（3）主要參數(shù)：

1）水泥混凝土重度取r=25 kN/m3，水泥混凝土安全系數(shù)γc、鋼筋安全系數(shù)γs均取1.25，結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)部件工作條件系數(shù)γb取0.95。

2）承載能力極限狀態(tài)下作用荷載組合計算：

組合一：Mj=1.2×永久荷載彎矩效應(yīng)+1.4×[汽車（含沖擊力）+人群]荷載彎矩效應(yīng)

組合二：Mj=1.2×永久荷載彎矩效應(yīng)+1.1×掛車荷載彎矩效應(yīng)

3）正常使用極限狀態(tài)下作用荷載組合計算：按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85）第4 章4.2 節(jié)內(nèi)容進(jìn)行。

（4）有關(guān)參數(shù)選取：

1）T 梁斷面類型，如圖1 和圖2 所示（鋪裝層較薄，不參與受力計算）。

圖1 斷面類型1（單位：cm）

圖2 斷面類型2（單位：cm）

2）跨中截面要數(shù)：T 梁面積A=5 622.5 cm2，重心距T 梁上緣高度Y1=31.80 cm，經(jīng)計算T 梁抗彎慣性矩I=7 786 833.298 cm4，抗扭慣性矩IT=513 691.479 2 cm4。

3）各T 梁對跨中截面荷載橫向分布系數(shù)選取，如表1 所示。

表1 跨中截面荷載橫向分布系數(shù)

4）沖擊系數(shù)μ=0+0.3/40×（45-15.31）=0.223。

（5）驗(yàn)算結(jié)果（節(jié)點(diǎn)號5 為1/4 點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)號8 為跨中點(diǎn)）：

1）承載能力極限狀態(tài)下，T 梁正截面強(qiáng)度驗(yàn)算，如表2、表3 所示：

表2 組合一正截面強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果表

表3 組合二正截面強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果表

2）裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果如表4、表5 所示。

表4 組合一裂縫寬度

表5 組合二裂縫寬度

驗(yàn)算結(jié)果表明，在承載能力極限狀態(tài)下，鋼筋混凝土簡支T 梁（16 m 跨）正截面強(qiáng)度滿足要求，裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果顯示，僅組合一橋跨1/4 處裂縫寬度未超限，其余均超限。

由原結(jié)構(gòu)的復(fù)核設(shè)計計算結(jié)果表明，16 m 跨鋼筋混凝土T 梁的抗力滿足原設(shè)計荷載要求，由于經(jīng)過長期運(yùn)營及材料自身劣化影響，實(shí)際抗力應(yīng)低于原設(shè)計荷載要求。

3.2 鋼筋混凝土（16.0 m 跨）T 梁結(jié)構(gòu)維修驗(yàn)算

經(jīng)查閱近兩年橋檢報告，梁底與梁腹板裂縫存在發(fā)展趨勢，梁底橫向、腹板豎向裂縫較多，2017 年檢測報告顯示16 m 跨鋼筋混凝土T 梁腹板134 條豎向裂縫、15條斜向裂縫，2019 年檢測報告顯示16 m 跨鋼筋混凝土T 梁底部有126 條橫向裂縫，腹板豎向裂縫和斜向裂縫共1 291 條，裂縫病害數(shù)量出現(xiàn)增長。

為提高16 m 跨鋼筋混凝土T 梁的結(jié)構(gòu)耐久性，推薦在梁肋底面黏貼鋼板一塊（鋼板尺寸：寬15 cm、厚10 mm，長14.4 m），在腹板貼U 形抗剪鋼板（鋼板尺寸：寬15 cm、厚10 cm）。黏貼鋼板后，對正截面強(qiáng)度、裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算復(fù)核。

（1）正截面強(qiáng)度驗(yàn)算復(fù)核結(jié)果如表6、表7 所示。

表6 組合一正截面強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果表

表7 組合二正截面強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果表

（2）裂縫寬度驗(yàn)算復(fù)核結(jié)果如表8、表9 所示。

表8 組合一裂縫寬度

表9 組合二裂縫寬度

（3）16 m 跨鋼筋混凝土T 梁驗(yàn)算結(jié)果表明，采用黏貼鋼板方式對裂縫維修，T 梁正截面強(qiáng)度、裂縫寬度均在規(guī)范要求限值范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

4 T 梁維修措施

根據(jù)病害成因分析及驗(yàn)算結(jié)果，預(yù)應(yīng)力混凝土（40.0 m）T 梁可采取對裂縫封閉或灌注的維修措施，對鋼筋混凝土（16.0 m）T 梁可采用黏貼鋼板方式對裂縫加固維修。

5 結(jié)語

作為我國公路橋梁常用上部承重構(gòu)件之一，伴隨著使用時限增長，鋼筋混凝土T 梁逐漸出現(xiàn)破損現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)病害逐漸產(chǎn)生、發(fā)展，病害的出現(xiàn)使其結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性日趨低下。通過對逢涌大橋鋼筋混凝土T 梁結(jié)構(gòu)的病害及其成因分析，掌握其發(fā)展規(guī)律、驗(yàn)算方式和維修措施，對鋼筋混凝土T 梁上部承重結(jié)構(gòu)的橋梁養(yǎng)護(hù)維修具有較好的參考價值，豐富鋼筋混凝土T 梁橋的養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)。