裝配式T形梁橋加固設(shè)計優(yōu)化分析——以某市政跨線橋維修加固工程為例

汪 洋

（河北省高速公路石黃管理處，河北 石家莊 050031）

1 工程背景

1.1 橋梁概況

某市政跨線橋于20世紀90年代建成通車，全橋共7孔，跨徑為2×27m+（27m+36.5m+27m）+2×27m，上部結(jié)構(gòu)中間三孔為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩側(cè)2×27m為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。半幅橋面凈寬16m，外側(cè)1.25m人行道，內(nèi)側(cè)2m分隔帶。半幅橫向分為10片梁，主梁中距1.7m，沿橋跨縱向共布置3道橫隔梁，其中梁端各1道，跨中1道。

2012年4月，管養(yǎng)單位發(fā)現(xiàn)T梁、橫隔梁均出現(xiàn)嚴重病害，為了保障橋梁安全和正常運營，主管部門決定對該橋進行維修加固。

1.2 橋梁主要病害

該橋現(xiàn)階段的主要病害為：

（1）兩側(cè)27m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的中橫隔梁均出現(xiàn)了較嚴重的剪切破壞、鋼板外露、錯位；主梁未見病害；

（2）橋面鋪裝（T梁結(jié)構(gòu)部分）出現(xiàn)縱向裂縫，間距為梁寬，縱向長度近L/2（L為跨徑）。

1.3 橋梁加固方法

考慮到該橋原設(shè)計橫隔梁間距過大，橫向聯(lián)系較弱，加固時擬采用以下措施：

（1）針對中橫隔梁病害，在對其破碎區(qū)處理后采用增大截面方式加固；

（2）在T梁縱向近L/4和3L/4附近各增設(shè)1道中橫隔梁，以增強橋梁整體剛性。

2 加固效果分析

2.1 分析內(nèi)容及目的

為充分了解采用以上加固措施后該橋的整體受力狀況，實施加固前借助有限元軟件對以下內(nèi)容進行了分析：

（1）加固前、后中橫隔梁應(yīng)力變化情況，以了解加固后中橫梁應(yīng)力增減幅度；

（2）加固前、后主梁應(yīng)力變化情況，以了解增加恒載后主梁應(yīng)力變化幅度；

（3）加固前、后結(jié)構(gòu)橫向不均勻增大系數(shù)ξ變化情況；

（4）加固前、后結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k變化情況。

2.2 計算模型

依據(jù)結(jié)構(gòu)特點及分析需要，本文借助橋梁計算軟件Midas Civil，采用梁格法建模分析。

（1）單元選擇

T形主梁、橫隔梁均采用梁單元模擬。

（2）荷載

結(jié)構(gòu)自重按設(shè)計規(guī)范取用；橋面鋪裝、護欄等按梁單元均布荷載施加；汽車荷載采用集中力模擬，共分四級，每級按常用三軸車輛實際尺寸分為6個集中力施加。

（3）計算工況

為充分了解加固效果，共分為加固前，僅加厚中橫隔梁，以及增設(shè)橫隔梁距支點1m、3.15m、4.15m、 5.15m、 6.15m、 7.15m、 8.15m、 9.15m、10.15m、11.15m、12.15m等13種情況計算。為后期分析方便，以上工況均表示為增設(shè)橫隔梁距支點距離，其中0.0m表示加固前，0.2m表示僅加厚中橫隔梁。

2.3 計算結(jié)果

2.3.1 中橫隔梁應(yīng)力變化

加固前后中橫隔梁底緣變化如圖1所示。

圖1 加固前后橫隔梁底緣應(yīng)力變化曲線

由圖1（a）可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，結(jié)構(gòu)在恒載作用下中橫梁底緣應(yīng)力明顯降低，而且隨著增設(shè)中橫梁距支點距離的增大，中橫隔梁底緣應(yīng)力逐漸減小，降低幅度接近加固前橫隔梁底緣應(yīng)力的50%。

由圖1（b）可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，在各級活荷載作用下中橫梁底緣應(yīng)力明顯降低，而且隨著增設(shè)中橫梁距支點距離增大，中橫隔梁底緣應(yīng)力逐漸減小，降低幅度接近加固前橫隔梁底緣應(yīng)力的50%。

2.3.2 主梁應(yīng)力變化

加固前后主梁跨中底緣應(yīng)力變化如圖2所示。

圖2 加固前后主梁跨中底緣應(yīng)力變化曲線

由圖2（a）可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，結(jié)構(gòu)在恒載作用下主梁跨中底緣應(yīng)力略有增加，但幅度較小。

由圖2（b）可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，在各級活荷載作用下主梁跨中底緣應(yīng)力略有降低，而且隨著增設(shè)中橫梁距支點距離的增大，主梁跨中底緣應(yīng)力逐漸減小，在橫隔梁距支點距離為9m左右時最小，之后逐漸增大，但變化幅度不大。

2.3.3 橫向不均勻增大系數(shù)ξ

加固前后，L/4、L/2控制截面在各級荷載作用下結(jié)構(gòu)橫向不均勻增大系數(shù)ξ的變化如圖3、圖4所示。

圖3 加固前后L/4控制截面ξ變化曲線

圖4 加固前后L/2控制截面ξ變化曲線

由圖3、圖4可以看出：

（1）L/4與L/2控制截面在各級偏載作用下，橫向不均勻增大系數(shù)ξ總體呈下降趨勢；

（2）在一級偏載和四級偏載作用下，L/4、L/2控制截面橫向不均勻增大系數(shù)ξ隨著增設(shè)橫隔梁距支點距離的增加呈逐漸變小的趨勢，但變化幅度較小。

2.3.4 結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k

加固前后控制截面在偏載作用下結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k的變化如圖5所示。

圖5 加固前后結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k變化曲線

由圖5可以看出：（1）增設(shè)橫隔梁后結(jié)構(gòu)改善系數(shù)提高約10%；（2）L/4、L/2控制截面在偏載作用下結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k總體呈上升趨勢，而且隨著增設(shè)的中橫梁距支點距離增加而增大，當中橫隔梁距支點距離為9.15m時達到最大，之后略有下降。

3 結(jié)論

通過以上對該T形梁橋縱向不同位置增設(shè)中橫隔梁效果的分析，得出以下結(jié)論：（1）增設(shè)中橫梁對降低中橫梁底緣應(yīng)力效果明顯，而且位置越靠近跨中效果越明顯；（2）增設(shè)中橫梁雖然對提高結(jié)構(gòu)整體剛度有較大幫助，但對降低T形主梁跨中應(yīng)力作用不大；（3）增設(shè)中橫梁在一定程度上能減小結(jié)構(gòu)橫向不均勻增大系數(shù)，增加結(jié)構(gòu)橫向整體剛度；（4）采用增設(shè)中橫梁的方式對裝配式T形梁橋進行加固后，能顯著提高結(jié)構(gòu)改善系數(shù)，而且隨著增設(shè)的中橫梁距支點距離的增大，結(jié)構(gòu)改善系數(shù)總體呈上升趨勢。

[1]黃平明，陳萬春.橋梁養(yǎng)護與加固[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].