T梁施工尺寸誤差對橋梁受力影響的計算分析

張邦愛，寧夏元

(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

0 前言

隨著我國公路建設的迅猛發展，公路建設體制也越來越完善，工程建設質量日益得到重視。橋梁作為公路建設的重要構造物，其工程質量的好壞直接關系到整條公路的通暢與使用效果，是保證整個公路工程建設項目質量的關鍵［1，2］。橋梁工程施工中需要強調的質量因素眾多，須按照公路橋涵施工技術規范和設計要求對橋梁工程進行嚴格的控制和施工，保障橋梁的施工質量，其中主要包括橋梁幾何尺寸的控制，如軸線位置、垂直偏差、外觀尺寸，加強原材料質量監督，保證鋼筋混凝土工程的施工控制等，減少工程上存在的質量安全隱患，都是保證橋梁工程施工質量的重要控制環節。但是隨著國家對公路建設投資增多，公路建設速度的加快及公路建設市場的放開，公路工程質量出現了一些質量隱患，特別是對于結構復雜，施工難度大的橋梁構造物，質量問題尤其嚴峻［3，4］，這些重大工程質量事故，不僅給國家造成巨大的經濟損失，而且造成嚴重的人員傷亡，造成不良的社會影響。

本文針對某實際工程中，由于橋梁所處的平、縱曲線較大，在施工過程中出現上部T梁結構預制長度較長，T梁安裝支座軸心偏移及橫梁接頭、橫隔板都出現錯位的情況，通過對改變尺寸后的橋梁上部結構重新進行建模計算，分析由于施工因素造成上部結構異型的受力特點，在此基礎上，提出橋梁上部結構的加固方案。

1 工程問題

該橋上部結構為兩聯，跨徑組合為4×25 m+5×25 m。采用裝配式預應力混凝土連續T梁，橋梁全長232.50 m，本橋平面位于Ls=130 m的緩和曲線、Ls=150 m的緩和曲線和R=630 m的圓曲線內。T梁標準跨徑24.6 m，梁高1.6 m，腹板厚度跨中處為20 cm，支座處為46 cm，頂板厚20 cm，橫斷面圖如圖1所示。橋面鋪裝采用18 cm厚C40防水混凝土。

該橋T梁吊裝后出現多處問題，包括橫隔板錯位;預制T梁翼板厚度僅為17 cm，比原設計小3 cm左右;預制T梁長度均與設計圖紙有所差別，其中第8孔T梁預制長度均比設計長度長30～40 cm(具體數據如表1所示)。另外，由于預制長度與設計長度的偏差，致使各孔T梁中橫隔板存在偏位，不在同一直線上，最大偏位出現在第9孔跨中橫隔板，偏15 cm。

2 結構分析方法

2.1 計算模式

由于主要問題出現在第二聯右幅，故對第二聯右幅5×25 m裝配式預應力混凝土連續T梁重新進行三維空間建模計算，分析受T梁翼板減薄、橫隔板偏位、預制長度變化對該橋的受力影響，并依據計算結果提出加固建議［5］。

圖1 橫斷面布置圖(單位:cm)

表1 各T梁預制長度與設計長度比較 cm

利用MIDAS2010對該橋第二聯右幅建立空間梁格模型進行計算，分別采用聯合截面是否考慮8 cm厚調平層混凝土參與結構受力，對該橋上部結構進行受力分析。模型節點數505，單元數856，空間梁格模型如圖2所示。

圖2 空間梁格模型圖

2.2 計算參數

1)混凝土:預制T梁及橋面鋪裝均采用C50混凝土，混凝土容重按26 kN/m3考慮。

2)橋面鋪裝:考慮10 cm的混凝土鋪裝層，混凝土容重按26 kN/m3考慮，將橋面鋪裝荷載分別施加于縱梁上，每一縱梁5.98 kN/m。防撞欄桿荷載施加于兩邊縱梁，按每側8 kN/m考慮。

3)預應力:邊跨每片預制T梁底板采用3束7(8)φS15.2 mm預應力鋼絞線，中跨每片預制T梁底板采用3束6(7)φS15.2 mm預應力鋼絞線;5～8號墩頂各T梁采用5束4φS15.2 mm預應力鋼絞線。單根鋼絞線公稱直徑為 15.2 mm，松弛率3.5%，抗拉強度標準值1 860 MPa，張拉控制應力為1 302 MPa。

4)活載:公路I級，設計為兩車道，加載時采用影響面加載［6］。

5)溫度:均勻溫升25℃，均勻溫降20℃;梯度溫度按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60—2004)考慮(以下簡稱04 通規)［6］。

由于預制后T梁翼板厚度實測值為17 cm，模型中亦按17 cm考慮，計算時未計入普通鋼筋作用。

3 T梁翼板減薄后結構驗算分析

3.1 正截面抗彎承載能力驗算

表2列出了部分邊梁正截面抗彎承載能力驗算結果(列出的是不計入8 cm厚調平層參與結構受力時正截面抗彎承載能力不能滿足的單元)。從表2可以發現，不考慮調平層參與作用時，第5孔及第9孔跨中附近及5號墩、8號墩墩頂截面承載能力不夠(表2中加*部分)。在考慮8 cm厚調平層參與結構受力后，T梁各正截面抗彎承載能力設計值均大于荷載效應的組合設計值，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62—2004)(以下簡稱 04 預規)［7］要求。

表2 各孔邊梁正截面抗彎承載能力驗算結果(kN·m)

3.2 截面抗剪承載能力驗算

根據截面抗剪承載能力驗算結果，不計8 cm調平層參與結構受力邊梁各斜截面承載能力均大于設計值，滿足04預規要求。

3.3 壓應力驗算

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62—2004)規定:對于開裂構件，使用階段預應力混凝土受彎構件標準值組合下正截面混凝土的壓應力，受壓區混凝土的最大壓應力:

使用階段預應力混凝土受彎構件標準值組合下混凝土的主壓應力，應符合下列規定:

根據各孔邊梁壓應力驗算結果表明，在不考慮8 cm調平層參與結構受力的情況下使用階段預應力混凝土受彎構件標準值組合下截面正壓應力及主壓應力均滿足規范要求。

3.4 撓度驗算

在短期效應組合下(汽車荷載不計沖擊力)，主梁邊跨跨中最大撓度為0.01 m(消除了結構自重產生的撓度)，其短期荷載組合下活載撓度見圖3。

圖3 短期荷載組合下活載撓度圖(單位:cm)

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62—2004)第 6.5.3 條，考慮荷載長期效應的影響，主梁在使用階段的最大撓度值為:

1.475 × 0.01 m=0.015 m ＜ 24.5 m/600=0.040 8 m。

滿足規范要求。

4 橫隔板偏位對結構影響分析

為考慮橫隔板的偏位，計算模型分別采用了以下2種方法進行計算。方法一:考慮橫隔板剛度折減，計算時分別按折減到100%、80%、60%、30%及0%考慮。方法二:考慮橫隔板單元偏位，不考慮橫隔板剛度折減，計算時分別按偏移5、10、15 cm考慮，如圖4所示。該橋設計時為雙向4車道，另加每側一緊急停車帶，所以在分析橫隔板偏位對結構受力性能影響時分別按3車道和2車道考慮其影響。

圖4 橫隔板偏位示意圖(單位:cm，非比例繪圖)

表3為橫隔板剛度折減對活載橫向分布系數的影響，圖5～圖7對橫隔板剛度折減對活載橫向分布系數的影響進行了對比，由表3及圖5～圖7可以發現，橫隔板剛度的折減對活載橫向分布系數有一定影響。橫隔板剛度減小會使邊梁所承受的荷載比例減小，中梁所承受的荷載比例增加。最大增加比例為8.8%，出現在第6孔的3#梁。

表4為橫隔板偏移對活載橫向分布系數的影響，由表4可以發現，橫隔板的偏移對活載橫向分布系數影響很小。

由此可見，橫隔板剛度的改變會影響活載橫向分布系數，最大可增加8.8%;但通過建模計算，其橫隔板單元位置的改變對活載橫向分布系數影響較小。因此，如果可以保證兩片T梁間的橫隔板剛度就可以保證該橋的空間剛度。

表3 橫隔板剛度折減對活載橫向分布系數的影響

5 T梁預制長度改變對結構影響及加固建議

現場實測數據表明，各跨預制T梁的跨中位置與原設計偏差在10 cm以內。計算時通過考慮負彎矩預應力鋼筋及墩頂后澆橫隔板寬度來考慮T梁預制長度對結構受力性能的影響。由表1可以發現，預制T梁最大的偏差出現在第8孔，預制長度比設計長度均大30～40 cm。

計算結果表明:在保證成橋后永久支座位置不變的情況下，預制T梁長度改變30～40 cm，對成橋后該橋內力和應力影響最大不超過5%。但預制T梁長度的增加會改變墩頂橫隔板的剛度，所以需采取可靠的措施保證墩頂橫梁的剛度。根據計算結果，對于該橋提出如下加固建議。

圖5 考慮3車道橫隔板剛度變化對活載橫向分布系數影響

圖6 考慮2車道橫隔板剛度變化對活載橫向分布系數影響

1)為充分保證8 cm調平層參與結構受力，必須保證調平層與原T梁形成整體，因此，應在原T梁頂部預埋或植入錨筋，使調平層鋼筋網完全被錨筋錨固，植筋深度不小于10倍錨筋直徑，錨筋伸出預制T梁頂面高度不應小于7 cm。

圖7 不同車道時橫隔板剛度變化對活載橫向分布系數影響

表4 橫隔板偏位對活載橫向分布系數的影響

2)為保證下部結構及基礎的受力，蓋梁上的永久支座仍需按設計要求對稱放置，對于上部T梁由于支座安裝造成的不對稱，可以考慮在T梁端相鄰T梁連續時，將橫隔板空隙處布設橫向及縱向鋼筋，其固結端濕接縫應在腹板中增加縱向鋼筋，端部翼板中縱向鋼筋要焊接牢固，增強T梁端整體連接剛度，提高其抵抗負彎矩強度，使其可靠結合，在T梁端形成寬度在1.1 m左右的橫梁，并在橋面鋪裝層加厚鋼筋網，以增強上部結構整體性。

3)應充分保證兩T梁間橫隔板的剛度，對于錯位尺寸超過6 cm的橫隔板，應在T梁與橫隔板交界處植入鋼筋，并在橫隔板外側布置鋼筋網后澆注混凝土使橫隔板形成整體，以保證兩T梁間橫隔板的剛度。

4)其他缺陷應按照橋梁工程施工相應規范進行處理。

6 結論

本文針對某實際工程施工中出現的上部T梁結構預制長度較長，T梁安裝支座軸心偏移與橫梁接頭、橫隔板都出現錯位的情況，通過對改變尺寸后的橋梁上部結構進行建模計算，分析由于施工因素造成上部結構異型的受力情況，得出如下主要結論:

1)在不考慮8 cm厚調平層參與結構受力的情況下，該橋斜截面抗剪承載能力，正常使用極限狀態壓應力及撓度滿足04預規要求，但邊梁極限狀態正截面承載能力不滿足04預規要求;而考慮8 cm厚調平層參與結構受力的情況下，邊梁極限狀態正截面承載能力滿足04預規要求。因此，在保證8 cm厚調平層參與結構受力的情況下，該橋上部結構驗算結果滿足04預規要求。

2)橫隔板剛度的改變會影響活載橫向分布系數，橫隔板剛度減小會使邊梁所承受的荷載比例減小，中梁所承受的荷載比例增加，最大可增加8.8%;但改變橫隔板單元位置對活載橫向分布系數影響較小。如果可以保證兩片T梁間的橫隔板剛度就可以保證該橋的空間剛度。

3)在保證成橋后永久支座位置不變的情況下，預制T梁長度改變30～40 cm，對成橋后該橋內力和應力影響最大不超過5%。但預制T梁長度的增加會改變墩頂橫隔板的剛度，因此需采取可靠的措施保證墩頂橫梁的剛度。

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［5］戴公連，李德建.橋梁結構空間分析設計方法與應用［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［6］JTJ D60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.

［7］JTJ D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.