鋼筋混凝土簡支T型梁的加固方案分析

王丹林 鄭彬雙 周啟哲 李嘉儀 李新寧

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040; 2.煙臺(tái)大學(xué),山東 煙臺(tái) 264000)

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鋼筋混凝土簡支T型梁的加固方案分析

王丹林1鄭彬雙1周啟哲1李嘉儀1李新寧2

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040; 2.煙臺(tái)大學(xué),山東 煙臺(tái) 264000)

以大慶市某鋼筋混凝土簡支T型梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)該橋存在的病害提出了合理的加固措施，并運(yùn)用有限元軟件Midas Civil建立了該橋的空間有限元模型，對(duì)加固后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果表明，該加固方案具有一定的可行性。

簡支T型梁，加固方案，荷載試驗(yàn)，承載力

0 引言

早在二十世紀(jì)五六十年代，我國就開始建造了許多T型橋梁，鋼筋混凝土T型梁是最廣泛應(yīng)用的上部結(jié)構(gòu)形式，這種橋型對(duì)我國公路交通起到了重要作用。T型橋梁擁有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料、跨越能力較大等優(yōu)點(diǎn)[1]。隨著道路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展、荷載等級(jí)的提高以及設(shè)計(jì)、施工中存在的問題，早期修建的簡支T型梁橋大多出現(xiàn)不同程度的缺陷和各種病害[2-4]。因此，有必要對(duì)在役鋼筋混凝土簡支T型梁橋進(jìn)行針對(duì)性地加固和維修，從而提高承載能力以滿足日益增長的交通運(yùn)輸要求[5]。

本文以大慶市臥龍橋——鋼筋混凝土簡支T型梁為研究對(duì)象，通過進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)檢查及荷載試驗(yàn)分析該橋存在的病害并提出合理的加固措施。然后，運(yùn)用有限元軟件Midas Civil建立空間有限元模型，對(duì)加固后結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力驗(yàn)算，分析加固方案的可行性。

1 工程概況

大慶市臥龍立交橋建于1985年，沿東風(fēng)路跨越濱州鐵路，與鐵路成立體交叉。橋梁全長380 m，19孔簡支裝配T型梁橋，橋下凈空7 m，其豎曲線半徑為5 000 m，全橋以主橋跨中心線對(duì)稱布置。采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑20 m鋼筋混凝土簡支T型梁，主梁全長19.96 m，計(jì)算跨徑19.40 m。橫斷面布置11片主梁，橋面連續(xù)，橋面凈寬：2×7 m行車道+2×1.5 m人行道，全寬18.7 m；橋面兩側(cè)橫坡均為1.5%。橋臺(tái)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。橋墩為矩形變截面雙柱式墩，兩柱中心距9.6 m，雙懸臂蓋梁全長17.6 m，寬1.2 m，高1.3 m。該橋原設(shè)計(jì)荷載：汽—20，掛—100，人群350 kg/m2，現(xiàn)場(chǎng)立面如圖1所示。

2 病害分析及加固方案

2.1 病害分析

加固前臥龍橋主要存在的問題：1)該橋主梁跨中附近豎向受彎裂縫分布密集，個(gè)別裂縫寬度已經(jīng)接近規(guī)范規(guī)定限制。反映了實(shí)際主梁的正截面抗裂性不足。2)橫隔板表面混凝土開裂，兩側(cè)橫隔板錯(cuò)位，橫隔板底部接觸處混凝土脫落、鋼板開焊，存在鋼板缺失的現(xiàn)象。3)各橋墩蓋梁跨中及蓋梁墩頂附近均發(fā)現(xiàn)少量屬于負(fù)彎矩裂縫的豎向裂縫，接近規(guī)范限制，且裂縫處的伸縮縫及橋面漏水，導(dǎo)致負(fù)彎矩鋼筋銹蝕，降低主梁結(jié)構(gòu)的耐久性，橋梁病害如圖2，圖3所示。

2.2 加固方案

針對(duì)該橋存在的安全隱患，對(duì)該橋提出加固方案和維修措施。對(duì)跨越鐵路橋孔拆除重建，荷載標(biāo)準(zhǔn)為城市A級(jí)荷載的1.3倍；原橋其余各孔按公路—Ⅱ級(jí)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

1)新建橋墩和原橋墩蓋梁均采用粘貼鋼板進(jìn)行抗彎加固。2)對(duì)加固主梁部分均采用粘貼鋼板進(jìn)行抗彎加固，對(duì)裂縫寬度大于0.15 mm的，進(jìn)行化學(xué)注膠處理。3)對(duì)于破損的橫隔板，改為濕接，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的橫向連接。4)更換伸縮縫橡膠止水帶，橋面裂縫采用灌注熱瀝青法進(jìn)行處理[6]。

3 加固后承載力驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)主梁和蓋梁各控制斷面進(jìn)行抗彎和抗剪極限承載能力、豎向剛度及抗裂性驗(yàn)算。該橋加固后檢算荷載采用公路—Ⅱ級(jí)荷載，環(huán)境為Ⅱ類，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)。選取跨徑20 m的簡支T梁進(jìn)行加固效果驗(yàn)證試驗(yàn)，控制斷面位置見圖4。

3.1 材料參數(shù)

1)主梁和蓋梁混凝土。主梁采用300號(hào)混凝土，蓋梁采用250號(hào)混凝土，主要力學(xué)性能見表1。

2)普通鋼筋和加固鋼板。本橋主梁和蓋梁普通鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，箍筋采用R235級(jí)鋼筋；加固采用Q345qE級(jí)鋼板條，力學(xué)性能見表2。

表1 混凝土力學(xué)性能表

表2 鋼筋力學(xué)性能表

3.2 建立模型

為了準(zhǔn)確分析結(jié)構(gòu)的承載能力，本研究上部結(jié)構(gòu)采用Midas Civil 2012建立單梁模型進(jìn)行檢算，取最不利單元驗(yàn)算；下部結(jié)構(gòu)蓋梁與柱的線剛度比小于5，內(nèi)力計(jì)算模型按框架考慮，計(jì)算模型見圖5，圖6。

3.3 檢算系數(shù)

由荷載試驗(yàn)知，該橋主梁主要測(cè)點(diǎn)最大校驗(yàn)系數(shù)為0.9，故上部結(jié)構(gòu)檢算系數(shù)為Z2=1.0；蓋梁最大校驗(yàn)系數(shù)為0.89，故檢算系數(shù)為1.005。偏安全考慮，下部結(jié)構(gòu)檢算系數(shù)取Z2=1.0。

3.4 承載力驗(yàn)算

3.4.1 主梁驗(yàn)算

1)承載能力極限狀態(tài)。按公路—Ⅱ級(jí)汽車荷載考慮，采用荷載橫向分布計(jì)算各項(xiàng)荷載作用在實(shí)驗(yàn)梁上時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)。該橋主梁跨中兩側(cè)各7 m范圍內(nèi)，底板采用粘貼5 mm厚、18 cm寬的鋼板條進(jìn)行了抗彎加固。

a.抗彎極限承載力。經(jīng)計(jì)算，加固后主梁混凝土受壓區(qū)高度為x=187.9 mm>h′f=110 mm，屬于第二類T梁。經(jīng)驗(yàn)算，加固后荷載效應(yīng)組合值為2 186.9 kN·m，跨中抗彎承載力值2 534.4 kN·m，說明加固后主梁最大正彎矩?cái)嗝婵箯潣O限承載能

力滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載的要求。

b.抗剪極限承載力。由于該橋未進(jìn)行抗剪加固，故計(jì)算時(shí)仍采用原設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)剪力控制斷面進(jìn)行抗剪承載能力驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，最不利剪力組合設(shè)計(jì)值為458.0 kN，抗剪承載能力值為959.42 kN，說明主梁抗剪極限承載能力滿足要求。

2)正常使用極限狀態(tài)。

a.撓度驗(yàn)算。主梁跨中附近腹板底緣粘貼有厚5 mm，寬18 cm的鋼板條，將主梁底緣加固鋼板按照鋼板彈性模量與受拉鋼筋彈性模量比，折算成受拉鋼筋。根據(jù)規(guī)范，消除結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)影響的短期組合的長期撓度值16.8 mm，小于容許值32.3 mm，說明加固后主梁跨中豎向剛度滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載的檢算要求。

b.裂縫寬度驗(yàn)算。經(jīng)過計(jì)算，加固后主梁最大正彎矩處裂縫寬度為0.14 mm，小于Ⅱ類環(huán)境下裂縫寬度限值0.2 mm，說明加固后主梁跨中受力裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

3.4.2 蓋梁驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，蓋梁加固后正彎矩組合值2 231.8 kN·m，小于抗彎承載能力值2 960.0 kN·m；負(fù)彎矩組合值-4 654.4 kN·m，小于支點(diǎn)處抗彎承載能力值-6 260.8 kN·m；剪力組合值2 290.8 kN，小于抗剪承載能力值2 653.5 kN，說明加固后蓋梁抗彎、抗剪極限承載能力滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載的檢算要求。

蓋梁剛度及受力裂縫寬度計(jì)算時(shí)，考慮二次受力的影響，計(jì)算方法同主梁；加固后蓋梁跨中豎向剛度、裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

通過對(duì)大慶市臥龍橋病害分析提出了加固方案，然后運(yùn)用有限元軟件Midas/Civil建立主梁和橋墩模型，對(duì)加固后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力驗(yàn)算。可知，加固后主梁和蓋梁抗彎和抗剪極限承載能力、豎向剛度及裂縫寬度均滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載的要求；說明該加固方案達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期加固效果，論文可為類似的橋梁加固設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

[1] 姜 杰.高速公路簡支T梁加固新技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2009.

[2] 劉志梅.碳纖維加固鋼筋混凝土T型梁橋的計(jì)算方法研究[D].長安：長安大學(xué),2007.

[3] 蔡卡宏,孫 卓,楊 勇.簡支T型梁橋典型病害加固設(shè)計(jì)分析[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(6):26-29.

[4] 周 銳,宗周紅,鄭茂金.粘鋼加固對(duì)簡支T型梁橋動(dòng)力特性的影響[J].工程抗震與加固改造,2012(1):74-81.

[5] 張廣寅.混凝土簡支梁橋單梁受力病害原因與維修加固措施探討[J].天津建設(shè)科技,2010(4):43-45.

[6] JTG/T J22—2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Analysis of reinforcement scheme for the reinforced concrete simply supported T-shaped girder bridge

Wang Danlin1Zheng Binshuang1Zhou Qizhe1Li Jiayi1Li Xinning2

(1.CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.YantaiUniversity,Yantai264000,China)

Taking a reinforced concrete simply supported T-shaped beam bridge in Daqing city as the research object, to analyze the existing disease and put forward reasonable reinforcement measures. Then, to establish the space finite element model of simply supported T beam bridge by using the finite element software Midas Civil and carry out the bearing capacity checking of the reinforcement bridge structure. The calculation results show that the reinforcement scheme has certain feasibility.

simply supported T-shaped girder bridge, reinforcement scheme, load test, bearing capacity

1009-6825(2016)16-0202-02

2016-03-24

王丹林(1994- )，女，在讀本科生； 鄭彬雙(1990- )，女，在讀碩士； 周啟哲(1994- )，男，在讀本科生；

U445.72

A

李嘉儀(1995- )，女，在讀本科生； 李新寧(1993- )，男，在讀本科生