Sap2000對橋梁加固方式計算結果研究

徐 平 秦連群

0 引言

隨著我省社會經濟和交通運輸事業的快速發展，公路交通運輸量急劇增長，超載車輛不斷增多;較早橋梁設計荷載標準偏低，已服役多年的舊橋開始出現許多的病害，針對簡支梁橋的各種病因，選擇合理的、有效的加固方案，是保證今后橋梁結構使用安全的可靠措施。

1 工程背景

金華某大橋工程于 1994年7月22日開工，1995年11月 20日竣工。橋梁中心樁號為K239+170，橋梁斜交，右偏角70°，左右兩幅總寬20.5m，全橋共設置五處伸縮縫，配跨(2×20+3×20+ 3×20+3×20+2×20)m，共13跨，橋梁全長273.3m。

該橋上部為13孔 20m裝配式預應力混凝土簡支空心板梁，板寬165.8 cm?？缰薪孛?梁高80 cm，底板、頂板、腹板厚均為10 cm，內室總寬145.8 cm。端部截面:梁高由80 cm漸變為90 cm，底板厚度漸變為20 cm，漸變段長100 cm。橫向連接采用小鉸縫，邊板外側不設置啟口。預應力設置:單塊板設置三束 15-5，單根鋼絞線張拉噸位19.6 t，單端張拉，引伸量15.7 cm，鋼絞線標準為ASTM A 416-87a0.6-270級，錨具采用開封中原預應力工藝研究所生產的 BM 15-5錨具。橋梁立面布置圖見圖1。

2 橋梁現狀主要病害

上部空心板梁存在多處裂縫，縱向裂縫最多，橫向裂縫處在跨中和支點附近，縱向裂縫和跨中裂縫均超過了規范限制值;橋面多處縱向裂縫、橫向開裂、凹陷等現象嚴重，橋面連續開裂;基礎有一定沖刷，墩柱有蜂窩麻面、局部水蝕，蓋梁受水侵害，外側擋塊處均有植物生長、開裂現象。

根據橋梁檢測結果和該橋梁的使用情況及JTGH 11-2004公路橋涵養護技術規范養護規范，武義江大橋技術狀況評定為四類，考慮到橋梁在荷載試驗中，上部結構單板力學性能較好，建議下一步對該橋進行加固利用，但應做好維修加固和重建上部結構的利弊分析。

3 維修加固方案

采用Sap 2000中殼單元分別對加固前后一整跨的模型進行計算。鉸縫用三個平動剛度很大而不約束轉角的彈簧，加在空心板梁的側面;支座使用不約束轉角的彈簧來模擬，其下端節點全為固結。

本次計算中加固PC空心板采用三種方案:1)在空心板底部錨固小鋼箱梁;2)在空心板底部加體外橫向預應力鋼筋;3)在空心板縫隙中插8mm厚鋼板，在邊板兩側貼4mm厚鋼板。

計算撓度、縱向應力和橫向應力及板中的內力情況時，根據《公路橋涵設計通用規范》中的規定內力按 1.2倍的恒載疊加 1.7倍的車道荷載進行比較，應力按 1倍的恒載疊加 0.7倍的車道荷載對比，車道布置簡圖見圖 2。計算梁底橫向應力時，為了算出更真實的結果，按公路Ⅱ級車道荷載中偏載的情況，加載方式為雙車道并疊加施工階段分析，考慮了施工階段中混凝土的收縮徐變以及鋼筋的應力松弛。加固后重新鋪筑厚13 cm的混凝土橋面鋪裝和橋面連續。

不同加固方法計算結果對比:

1)方案一為在空心板底部錨固小鋼箱梁，小鋼箱梁尺寸為邊跨30 cm×20 cm，中跨30 cm×30 cm，鋼板采用8mm厚Q 235鋼板;邊跨小鋼箱梁錨固在邊板邊緣，中跨小鋼箱梁錨固在鉸縫中心線處，小鋼箱梁采用殼元計算(見圖3，圖4)。

2)加固空心板方案二為在整跨橋下加 9根體外橫向預應力鋼筋(見圖5)。

3)加固方案三是將 8mm厚鋼板插入到 6塊空心板的縫隙中，邊板外側再粘貼4mm厚的鋼板，鋼板采用殼元計算，鋼板與空心板用不約束平動但約束轉動的彈簧連接。

4)對比結果匯總:通過計算得出:各種情況下邊跨支座受力最大，未加固橋邊跨受力為 704.66 kN;加小鋼箱梁后邊跨受力為

735.25 kN;加體外橫向預應力鋼筋后邊跨受力為864.69 kN;加鋼板后邊跨受力為761.98 kN。端部截面極限抗剪承載力為353.6 kN，而按照《公路橋規》規定的截面最小尺寸限制條件計算的該截面的最大抗剪承載力為 447 kN，經各種方法加固后剪力設計值仍遠大于抗剪承載力值，說明抗剪嚴重不足。

4 結語

從上述的比較中可以看出，底部加小鋼箱梁和加體外橫向預應力鋼筋后橋梁的整體性都得到了一定的加強，加小鋼箱梁和加鋼板后各項內力都有所降低，但腹板的剪切應力都沒有達到預想的效果，通過支座反力可以看出空心板所受剪力沒有得到明顯改善。

以上加固效果都不佳的主要原因是:原結構剛度較低，在過去的十多年間，由于混凝土收縮和徐變作用已經產生了較大的變形和內力，結構加固后，加固材料僅對新增的荷載有效，即僅能在抵抗車道荷載時發揮作用，而車道荷載只占總荷載效應的小部分。

另外，原結構在過去十多年間因收縮和徐變產生的應力和變形都比較大，如果以上結果屬實，那么混凝土早已出現橫向開裂，但至今卻并未發現原空心板有明顯的開裂跡象，這可能是由于在計算模型中忽略了普通鋼筋的作用所致。然而，到目前為止，計算中考慮普通鋼筋作用的模擬仍比較困難，項目組將從這方面入手，盡可能從計算上反映結構的真實現狀，如果再能輔以現場實驗，結果將會更加可靠。

[1] JTG D 60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[2] JTG B01-2003，公路工程技術標準[S].

[3] 姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，1997.

[4] JTG D 62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[5] 杜國華，毛昌時，司徒妙齡，等.橋梁結構分析[M].上海:同濟大學出版社，1994.