摘 要: 介紹一種加強橋梁橫向聯系的新型加固技術, 并結合工程實例, 通過實際應用和理論計算分析得到, 將該方法應用到既有橋梁維修加固中, 能夠得到較好的效果, 具有一定的工程應用價值。
0 引言
加厚橋面板加強橫向聯系加固法施工簡單, 可操作性強, 但是需要中斷交通;由于混凝土從澆筑到達到強度需要一定的時間, 因此, 采用澆筑混凝土橫系梁加固法同樣也需要中斷交通, 對于交通量較大的既有橋來說, 中斷交通將會造成較大的影響, 也會造成經濟上的損失。而采用鋼橫系梁加固法施工簡單, 工期短, 并且可在不中斷交通的情況下進行, 有著很明顯的優勢, 已逐漸應用于舊橋的加固設計中。同時, 考慮到采用鋼橫系梁會增加加固以后的維修養護費用, 尤其是對于空氣相對潮濕的城市, 對鋼板的腐蝕會相對嚴重, 應考慮這種方法的經濟效益。對于我國北方城市, 空氣比較干燥, 這種方法有一定的適用性, 但是也應該注意其養護, 每隔一定時間對其進行防銹除銹處理。
下面主要針對采用鋼橫系梁增強橋梁橫向剛度的加固方法在實際工程中的應用進行分析對比。
1 工程概況
某橋修建于1998 年, 設計為3m ×20m 裝配式鋼筋混凝土T 梁, 橋梁全長66 .48m, 該橋每跨由7 片鋼筋混凝土T 梁預制裝配而成, 全橋共21 片T 梁。T 梁高1.3m , 頂板寬158cm , 頂板翼緣厚8cm, T 梁腹板厚18cm 。由于該橋長期處于超載運營狀態, 橋梁結構破損嚴重, 主要病害如下:
⑴該橋上部結構的靜力剛度和動力剛度均不足, 車輛通過時豎向振動較大, 對行車安全構成一定威脅。
⑵梁體出現多條結構性裂縫, 主要為支點處斜裂縫及跨中處豎向裂縫。支點處剪切裂縫寬度最大0 .9mm ;跨中裂縫寬度最大1 .5mm;裂縫間距20cm ～ 50cm 不等, 最長125cm , 多數裂縫縫寬超過規范限值, 并且已開展到主梁受壓區, 對主梁承載能力、安全性和耐久性造成嚴重影響。
⑶該橋梁體混凝土表面抗壓強度低于原設計要求, 梁體強度降低, 混凝土的碳化深度已接近混凝土保護層厚度。
⑷該橋橫向聯系較弱, 橫系梁連接縫混凝土掉落、脫空、滲水等現象嚴重, 大多數連接鋼板銹蝕嚴重。
⑸該橋梁體縱向線形平順度較差, 起伏較大, 梁體下撓嚴重。
2 橫向聯系補強加固設計
本次加固為增加橋梁梁體的橫向聯系、提高橋梁整體性, 改善橋梁受力條件, 在T 梁原端橫系梁、3L/8 、5L/8 處相鄰梁間各增加2 個橫系梁, 鋼橫系梁材料采用Q235 鋼板。
在新增梁體橫向聯系的位置粘貼鋼板, 鋼板采用雙頭螺栓錨固;T 梁之間橫向聯系補強采用兩片H 型鋼連接, 鋼板焊接在梁體粘貼鋼板上, 采用雙面焊。見圖1 、圖2。
3 加固效果分析
建立一跨模型進行計算, 對增加橫系梁前后橋梁的剛度進行比較分析, 從而評定該橋的加固效果。利用有限元軟件MIDAS 進行計算, 計算模型見圖3。
3 .1 加固前橋梁狀態評估
通過對加固前該橋的跑車測試信號進行分析, 得出全橋各階頻率、阻尼比, 見表1。
比較表1 數據可以看出, 該橋加固前的實測值普遍小于理論值, 根據橋梁結構固有模態參數評定方法, 對于本橋可以分別得出豎向和橫向狀態參數:
豎向:S豎=fmi/fdi =4 .69/ 5.05 =0 .93
橫向:S橫=fmi/fdi =6 .44/ 8.91 =0 .72
由上得出:該橋加固前豎向狀態參數大于0 .75 小于1,屬于較差狀態, 橫向狀態參數小于0.75 , 屬于危險狀態, 綜合評價, 該橋結構狀態評定為較差狀態。橋梁結構在豎向和橫向的動力剛度均已不滿足設計和使用要求, 由于橫向剛度更為薄弱, 故本次加固應注重加強橫向剛度。
3 .2 加固前后橫向分布系數的計算
⑴加固前橫向分布系數
由于該橋整體性比較差, 主梁的荷載橫向分布影響線基本上僅伸展到左右相鄰的一片梁, 即局限于總共三根梁的范圍。因此可用鉸接法近似計算T 梁荷載橫向分布系數, 計算結果如表2 。
⑵加固后橫向分布系數
由于加固后該橋的橫向增強, 各片梁變形協同能力加強, 車輛荷載作用下中間橫梁的彈性翹曲變形同主梁相比很小, 因此采用修正的剛性橫梁法計算橫向分布系數。計算結果于表3 。
3.3 加固前后動力剛度比較
根據有限元模型, 對該橋進行理論計算, 計算加固前后該橋的自振頻率、振型等動力參數, 結果見表4。
由表4 可以看出, 加固后頻率比加固前有明顯的提高,說明剛度有所改善, 加固效果明顯。
對加固前后進行偏心加載, 各主梁跨中位移見表5 。
偏心荷載作用下, 加固前后主梁同一截面撓度對比圖見圖4 。
加固前跨中同一截面最大撓度和最小撓度的撓度差為0.17-(-0 .86)=1.03cm ;加固后最大撓度和最小撓度的撓度差為0 .109-(-0.76)=0.869cm 。對比加固前后的撓度差, 加固后相對加固前抗扭剛度的提高幅度為21 %。由此可以得出增加橫隔板加固后橋梁橫向剛度有所提高, 橋梁整體性有所改善。
4 結束語
通過加固前后橫向分布系數及頻率的比較, 加固后該橋的橫向聯系得到加強, 橫向剛度有了明顯的提高, 由此可得本次加固提高了橋梁整體性, 改善了橋梁受力條件。將這種方法應用到既有橋梁加固中, 能夠得到較好的效果。
