采用橋面鋪裝加固混凝土簡支梁橋研究

張興民++仇成竹++揚升++汪亞東++李凱

摘 要：混凝土簡支梁橋車輛超載問題普遍存在，該文針對因超載而影響使用的橋梁進行了分析計算，并采用有限元軟件Midas civil進行數值模擬，采用鋼筋混凝土橋面鋪裝方法對橋梁進行加固，橋面鋪裝不只是鋪裝層，同時作為結構層參與結構受力，使原簡支體系因而轉換為連續體系梁橋，針對內力分析后對支點截面進行配筋，經驗算滿足橋梁承載及使用要求。

關鍵詞：預應力 加固 承載力 截面

中圖分類號：U443 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0070-02

現階段，運輸車輛尤其是運輸建筑材料車輛超載是普遍存在的問題，超載50%～80%是比較保守的估計。近年來，吉林、北京、廣州、寧夏等地多次發生超載所引發的橋梁倒塌事故，造成了嚴重的經濟損失。根據相關調查，混凝土簡支梁橋是橋梁最常用的橋型之一，橋梁倒塌更多時候是多次超載的結果，如果對出現問題不嚴重的簡支梁橋進行必要的加固，提高其承載力，則會避免橋梁因為超載問題而引發的倒塌問題。

1 橋面鋪裝加固機理

針對簡支梁橋，如果由于一些原因如超載引起主梁剛度和撓度超出規范要求，但還不是很嚴重的情況下，是可以通過加固對結構進行增強，常規加固方法有粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、增大截面法、預應力加固法等，但這些方法工藝相對比較麻煩，而且費用較大。舊橋歷經幾年后，橋面鋪裝大多與行車道板粘結出現問題。鑒于上述原因，該文采用鋼筋混凝土作為橋面鋪裝，在去除原橋面鋪裝后加鋪在行車道板上，并采取措施確保其施工質量。

原橋屬于簡支箱型梁橋，在去除原鋪裝并加鋪一定厚度鋼筋混凝土后，橋面鋪裝不只是鋪裝層，而同時作為結構層參與結構受力，使原簡支體系因而轉換為連續體系梁橋，因此，原主梁荷載產生的跨中正彎矩大大減少，這樣相當于增大了主梁的承載力，同時在支座處會產生負彎矩，由加鋪的鋼筋來滿足承載要求，從而保證這個梁橋的整體承載力。

2 擬加固橋梁原設計情況及出現問題

擬加固橋梁位于遼寧省沈陽市沈北新區福州路（見圖1），該橋為三跨（30 m×3）預應力混凝土簡支箱型梁橋，公路等級為II級，雙向雙車道，橋面布置為0.25 m欄桿+1.0 m路肩+3.50 m×2行車道+1.0 m路肩+0.25 m欄桿。經查詢原橋梁設計文件得知，用可變荷載頻遇值計算的主梁長期的跨中最大豎向撓度為3.25 cm，荷載產生的裂縫寬度為0.05 mm。橋梁建于2005年，但因車輛超載出現了問題，經檢測，三跨主梁跨中均出現0.13～0.16 mm的裂縫，主梁最大撓度為4.25 cm，均超出《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）規范要求。如不進行加固，則存在問題會更加突出而威脅橋梁安全。

3 數值模型與原橋梁設計比較

為了分析解決問題，采用橋梁有限元軟件Midas civil進行建模，并進行加載求解。

具體過程如下：（1）結構類型材料選擇；（2）材料特性及連接；（3）截面設定；（4）節點及單元模型建立；（5）構件理論厚度計算；（6）自重、鋪裝、預應力以及車輛荷載施加；（7）PSC截面鋼筋施加；（8）施工階段定義；（9）移動荷載分析控制；（10）運行求解以及PSC設計運行。

其中，截面選用等截面單箱單室，主梁單元采用梁單元，鋪裝采用板單元，預應力進行了鋼束特性值、鋼束布置形狀及預應力荷載設置，在PSC設計中，添加了截面普通鋼筋（縱筋和箍筋等）。

經運行求解，所設計簡支箱型梁橋施工階段、使用階段各項指標符合設計要求，其中，主梁長期撓度值為2.89 cm，裂縫寬度為0.05cm，均很接近原橋梁設計情況。由此可見，采用Midas civil所建立的數值模型是可靠的，能夠比較真實地模擬結構的受力情況。

4 橋面鋪裝加固橋梁過程

針對主梁存在的剛度及裂縫問題，采用加鋪鋼筋混凝土鋪裝的方法來加以解決。首先，采用鑿除機械去除原橋面鋪裝，并進行鑿毛處理。其次，將橋梁看作三跨連續梁并添加自重、二期恒載、移動荷載、預應力以及超載（其中超載按照80%車道荷載計算），加鋪鋼筋混凝土板厚擬定15 cm，計算出每跨跨中正彎矩以及支點負彎矩，加固前后數據對比見表1。

經對比，橋梁加固后跨中彎矩小于加固前，因而跨中不需要增加配筋，但支點截面處需要配筋。由計算公式可算出鋼筋面積，取配筋3022HRB400，在PSC截面鋼筋中添加，完善模型設置后進行求解，得到橋梁最大撓度發生在中跨，f=1.74 cm滿足規范要求（見圖2）。在查看荷載組合后，進行PSC求解設置，經計算得到中跨跨中裂縫寬度為0.04 m，滿足規范要求。在PSC設計表格中查看使用階段正截面壓應力驗算及抗彎驗算，斜截面主壓應力及抗剪驗算，施工階段正截面法向應力驗算，受拉區鋼筋拉應力驗算均滿足要求。因此，該橋經加鋪鋼筋混凝凝土加固后能夠在超載80%車道荷載情下正常使用。

5 結語

該文針對在超載下剛度及裂縫存在問題的預應力混凝土簡支箱型梁橋進行了新的加固形式的研究，經數值模擬試驗，驗證了在行車道板上加鋪一定厚度鋼筋混凝土后，橋梁由簡支體系轉為連續體系，橋梁主梁剛度和裂縫得到明顯改善，并在超載情況下能夠正常運行。

此外，對于新建橋梁，尤其是城市橋梁，應該適當提高設計荷載，增加橋梁的冗余度，從而延長橋梁的使用年限。

參考文獻

[1] 賈佳.預應力混凝土連續箱梁橋的加固[J].公路，2007（8）：24-28.

[2] 彭衛，蔣云昕.預應力混凝土連續箱梁橋的養護與加固[J].混凝土，2007（7）：71-75.

[3] 張立超，趙煜澄.預應力混凝土連續箱梁的加固設計與施工監測[J].橋梁建設，2005（2）：59-62.