增大截面法加固簡支T梁實(shí)用研究

胡照萇

(海南路橋工程有限公司 三亞 572000)

簡支T梁橋崛起于20世紀(jì)五六十年代。經(jīng)過數(shù)十年的使用，病害逐步暴露出來，其中承載力的不足導(dǎo)致梁底的橫向裂縫最為明顯[1-2]，給交通帶來了很大的安全隱患，若重建會(huì)給當(dāng)?shù)貛肀容^大的經(jīng)濟(jì)壓力，這時(shí)加固舊橋就顯得尤為重要。增大截面加固法常配合加鋪橋面層一起加固上部結(jié)構(gòu)，可以有效地提高梁的承載力和整體剛度，特別對(duì)舊T梁中濕接縫不能有效傳力這一問題有明顯改善。文獻(xiàn)[3]提供了公式計(jì)算方法，為解決簡支T梁這一類增大截面加固設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)際中設(shè)計(jì)問題，文中結(jié)合自身設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，參照相關(guān)規(guī)范，總結(jié)增大截面的加固方法以供參考。

1 增大截面法加固簡支T梁

增大截面法加固簡支T梁的原理是通過對(duì)原結(jié)構(gòu)底部及腹部3面鉆孔植筋，從跨中到支點(diǎn)截面逐漸增大側(cè)面外包混凝土面積，澆筑新混凝土與原結(jié)構(gòu)形成整體，從而增大簡支T梁的有效高度和受力鋼筋的面積，提高原結(jié)構(gòu)的承載力。采用增大截面法加固T梁有以下特點(diǎn)。

1) 采用增大截面法加固簡支T梁橋，主要使用的材料為混凝土、鋼筋及植筋膠，材料成本低廉且易取得，施工簡便，技術(shù)含量相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)有效。相對(duì)于其他加固方法，施工質(zhì)量最易控制。

2) 在設(shè)計(jì)中主梁受力明確，計(jì)算簡單，減少設(shè)計(jì)計(jì)算工作量，加快了設(shè)計(jì)周期。

3) 增大截面法加固施工中濕作業(yè)的工作量大，可以結(jié)合橋面一起進(jìn)行改造，改善橋梁橫向傳力，提高橋梁的整體剛度和穩(wěn)定性。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某大橋?yàn)?跨20 m普通鋼筋混凝土T梁橋，每跨5片T梁，橋面連續(xù)，全橋共2聯(lián)，第一跨及第二跨為1聯(lián)，第三、四、五跨為1聯(lián)，下部采用樁基接蓋梁橋臺(tái)，樁柱式橋墩，橋型見圖1，T梁截面見圖2。

圖1 橋型示意圖(單位：cm)

圖2 中板截面圖(單位：cm)

2.2 病害成因分析及加固方案

經(jīng)過實(shí)地的外觀檢測(cè)，此橋病害具體如下。

1) 全橋T梁底共有391道裂縫，部分裂縫寬度超限。

2) 梁底混凝土和橫隔板底剝落、露筋。

3) 支座老化開裂。

該橋病害形成的主要原因有：①該橋位于重車通行的必經(jīng)之路上，超載車輛長期通行，加大橋梁負(fù)載，產(chǎn)生梁底裂縫；②早期施工工藝差，不注重橫隔板處的混凝土澆筑，質(zhì)量監(jiān)督不到位，造成部分單梁受力。

制定加固方案為：①對(duì)簡支T梁進(jìn)行增大截面加固；②更換全橋支座。

采用增大截面法加固T梁設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下問題。

1) 采用增大截面法加固會(huì)增加上部結(jié)構(gòu)的自身重量，對(duì)下部結(jié)構(gòu)有一定影響,在設(shè)計(jì)中應(yīng)取得原橋的上下部全部設(shè)計(jì)資料,對(duì)樁基和蓋梁進(jìn)行驗(yàn)算。

2) 梁底尺寸的增加會(huì)影響橋下凈空，對(duì)于一些橋下凈空有要求的橋梁，不可采用此方案。

3) 混凝土養(yǎng)護(hù)周期較長，加固期間需要適當(dāng)中斷交通，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員的要求提高。

4) 橋梁的病害往往不止一處，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在加固前需要先對(duì)梁橋的裂縫和混凝土剝落露筋等問題先進(jìn)行處理，處理完成后方可加固主梁。

5) 對(duì)于新舊混凝土交界面，應(yīng)對(duì)原T梁外包面進(jìn)行鑿毛處理，刷涂混凝土界面劑，保證新舊混凝土更好地黏結(jié)。

3 結(jié)構(gòu)建模驗(yàn)算與計(jì)算分析

3.1 結(jié)構(gòu)建模驗(yàn)算

內(nèi)力計(jì)算采用midas Civil 2015軟件，材料參數(shù)取值依據(jù)原橋設(shè)計(jì)圖紙，具體模型見圖3。將原橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)由汽車-20級(jí)、掛車-100提高到公路-I級(jí)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。原簡支T梁橋采用C25混凝土，HRB335級(jí)鋼筋，受拉區(qū)鋼筋截面面積為7 691 mm2，通過軟件分析，可分別計(jì)算出第一階段彎矩組合設(shè)計(jì)值Md1=2 160 kN·m，在原有設(shè)計(jì)荷載下乘以系數(shù)1.2作為安全儲(chǔ)備，得到第二階段彎矩組合設(shè)計(jì)值Md=3 240 kN·m。

圖3 一跨有限元模型

3.2 計(jì)算分析

根據(jù)相關(guān)公路橋梁加固規(guī)范等資料中的公式[3-4]，針對(duì)簡支T梁采用增大截面法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)例分析與計(jì)算。

1) 初步設(shè)計(jì)為梁底增加15 cm，從跨中到支點(diǎn)逐步增加截面面積，3面外包C40混凝土，底部2排受拉筋配置為HRB400，直徑22 mm，上排直徑為16 mm。具體配筋見圖4，5。

圖4 跨中處截面配筋(單位：cm)

圖5 支點(diǎn)處截面配筋(單位：cm)

2) 原梁開裂截面換算截面幾何特性計(jì)算。截面有效高度

h01=h1-as1=1 393 mm

αEs=7.143

混凝土受壓區(qū)高度：

開裂截面慣性矩：

αEsAs1(h01-x1)3=75 853×106mm4

3) 原截面受壓邊緣混凝土在Md1的作用下壓應(yīng)變

4) 加固后跨中正截面承載力計(jì)算。受拉區(qū)原有鋼筋和增大截面后增加鋼筋的合力作用點(diǎn)至受拉邊緣距離as=175.4 mm；截面有效高度h0=1 474.6 mm；受拉區(qū)新加鋼筋合力作用點(diǎn)至截面受壓區(qū)邊緣距離h02=1 600 mm，新加縱向普通鋼筋的拉應(yīng)變

新增縱向普通鋼筋的拉應(yīng)力

σs2=εs2Es2

混凝土受壓區(qū)高度按[5]

跨中截面抗彎承載力

計(jì)算結(jié)果表明，采用增大截面加固后承載力以滿足公路-I級(jí)荷載，本設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備較大，應(yīng)適當(dāng)減小設(shè)計(jì)的鋼筋數(shù)量或鋼筋直徑，在此不再重復(fù)計(jì)算[6-7]。

4 加固前后靜載試驗(yàn)

加固前后靜載試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1 加固前靜載試驗(yàn)結(jié)果

表2 加固3年后靜載試驗(yàn)結(jié)果

由表1、表2對(duì)比可見，未加固前在工況1(最不利)荷載作用下，主要控制截面撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.99，滿足規(guī)定的校驗(yàn)系數(shù)不大于1.00的限值要求，但是均接近限值。經(jīng)過增大截面加固后，主要控制截面撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，且有一定余度，證明全橋梁受力狀況得到明顯改善。

5 結(jié)論

增大截面加固簡支T梁橋?qū)υ瓨蚴芰τ休^明顯改善，采用的植筋技術(shù)成熟，施工和設(shè)計(jì)簡單，質(zhì)量易于控制，材料易于取得，具有一定經(jīng)濟(jì)性。后期養(yǎng)護(hù)容易，養(yǎng)護(hù)成本低，相對(duì)于其他上部加固措施，可避免出現(xiàn)由于養(yǎng)護(hù)不到位引起加固措施失效的現(xiàn)象，安全保障高，壽命可以達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)年限。對(duì)于長久運(yùn)營橋梁而言，簡支T梁橋采用增大截面加固法是一個(gè)很好的選擇。