[摘要] 總結(jié)提出了增強裝配式簡支T 梁橋橫向聯(lián)系的三種方式結(jié)構(gòu)分析表明: 除橫隔板外, 橋面鋪裝參與主梁結(jié)構(gòu)受力能起到提高結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系的作用; 轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)體系能極大地提高T 梁橋的整體性.
在鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 梁橋中, 橫向聯(lián)系的強弱對橋梁的承載力起到了至關(guān)重要的作用, 如何加強T 梁橋間的橫向聯(lián)系, 提高結(jié)構(gòu)的整體性, 是橋梁加固的一個重要課題。在裝配式簡支T梁橋中, 橫隔板對于加強結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系, 保證結(jié)構(gòu)的整體性有很大的作用。傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算中不考慮鋪裝層與主體結(jié)構(gòu)共同受力, 忽略鋪裝層對結(jié)構(gòu)受力性能的影響。隨著橋面鋪裝技術(shù)的提高和新材料的應(yīng)用, 橋面鋪裝層的耐久性得到提高, 鋪裝層與主梁的粘結(jié)性能加強, 對多數(shù)橋梁而言, 鋪裝層參與結(jié)構(gòu)受力, 因而在結(jié)構(gòu)加固設(shè)計時應(yīng)考慮鋪裝層的疊合效應(yīng)。
T形梁橋通過粘貼鋼板方法實現(xiàn)截面轉(zhuǎn)換, 成為鋼混組合箱形截面, 使原來的開口截面轉(zhuǎn)換成為閉口截面, 其抗扭慣性矩計算公式發(fā)生變化, 橋梁的整體性得到提高。
T形梁的抗扭慣性矩
箱形截面的慣性矩
式中: bi 和ti 為單個矩形截面的寬度和厚度;Ci為矩形截面抗扭剛度系數(shù), 根據(jù)t /b 比值查表; m 為梁截面劃分成單個矩形截面的塊數(shù); 
為薄壁中線所圍的面積。
由公式可以得出, 由于開口截面和閉口截面的計算原理有著本質(zhì)上的不同, 所以其慣性矩相差也很大, 通過截面轉(zhuǎn)換加固T形梁橋, 其抗彎、抗扭承載力在得到大幅提高的同時, 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和整體性也得到改善。
1 工程概況及病害
1. 1 工程概況
八一大橋, 建于1984年, 大橋全長825. 84 m, 上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土裝配式簡支T梁橋, 每跨標(biāo)準(zhǔn)跨徑22. 2 m, 共37跨, 單跨由11片T梁組成, 9道橫隔板( 2道端橫隔板、7道中橫隔板) , 主梁高度135cm, 腹板高121 cm, 梁片中心距160 cm, 橫隔板高95 cm, 橫隔板下緣配6根
25mm鋼筋。橋面凈寬為( 15. 0+ 2 # 1. 5) .橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn): 汽車--20級, 掛車--100。
全橋病害主要表現(xiàn)為:
( 1) 橫隔板病害: 病害主要出現(xiàn)在橫隔板的連接部位。 表現(xiàn)為: 1 連接段混凝土不密實; 2 由于預(yù)制T梁安裝精度問題, 相鄰橫隔板有不共面、錯位等現(xiàn)象; 3 連接鋼板焊縫施工質(zhì)量低劣, 焊縫不飽滿或脫焊開裂, 鋼板錯位連接, 部分鋼板焊縫嚴(yán)重脫落; 4 連接部位下緣混凝土開裂, 或連接段分離; 5橫隔板連接段下緣斷裂, 上緣混凝土松散; 6 部分橫隔板下緣主筋及斜筋斷裂。
( 2) 橋面鋪裝病害: 1 橋面混凝土表面出現(xiàn)10條間距均勻的縱向開裂, 且縱向裂縫基本是沿著T梁與T梁之間的接縫處展開, 具有明顯的規(guī)律性; 縱向裂縫已貫通橋面, T 梁翼緣間有漏水現(xiàn)象; 2 墩頂橋面連續(xù)處橋面混凝土大面積損壞, 橋面板出現(xiàn)露筋。
本文對八一大橋病害進行力學(xué)分析, 提出了有效提高橋梁橫向聯(lián)系的加固方案。
1. 2 病害分析
橫隔板出現(xiàn)的各種病害雖然和受力有關(guān)系, 但是經(jīng)驗算, 筆者認(rèn)為運營荷載并不是橫隔板鋼筋斷裂的根本原因。通過對檢查資料的認(rèn)真整理、比對, 可以看出橫隔板出現(xiàn)較寬裂縫病害與兩種病害原因有關(guān): 一種是橫隔板下部鋼筋連接件焊接質(zhì)量差, 焊接部位強度不足, 受力后沿焊縫脫開; 一種是相鄰梁體橫隔板不共面, 這是鋼筋出現(xiàn)疲勞斷裂的主要形態(tài)。橫隔板出現(xiàn)嚴(yán)重病害, 甚至導(dǎo)致鋼筋疲勞斷裂的誘因, 是運營荷載的作用, 特別是超重車輛的作用; 而橫隔板連接的施工質(zhì)量差, 沒有滿足設(shè)計要求, 則是形成橫隔板病害的內(nèi)在的根本原因。
縱向裂縫的產(chǎn)生主要是由于中橫隔板破壞后, 橋梁在超載車輛作用下T 梁翼緣板橫向拉應(yīng)力過大和各T梁在車載作用下變形不協(xié)調(diào)。
裝配式T型梁橋的承載能力不足, 大部分是由于橫向聯(lián)系薄弱引起的, 為了探討加強橫向聯(lián)系的有效措施, 根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的橋梁加固技術(shù), 現(xiàn)提出三種加強橫向聯(lián)系的方案。
方案一: 橫隔板方案, 全跨共設(shè)9道橫隔板, 由橫隔板起橫向聯(lián)系的作用。
方案二: 疊合梁方案, 鑿除原橋面鋪裝, 更換為疊合梁, 加鋪15 cm 整體式橋面鋪裝, 植筋使之與T梁完好粘結(jié), 由橋面鋪裝起橫向聯(lián)系的作用。
方案三: T轉(zhuǎn)箱方案, 在T梁底部粘貼厚度6 mm 的鋼板, 轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)體系為箱形梁。
2 有限元分析
2. 1 模型的建立
方案一模型中簡支T梁橋采用梁格法建立有限元模型, 不考慮鋪裝層參與受力(因橋面已有貫穿的縱向裂縫) ; 方案二模型中簡支T梁采用實體單元建立有限元模型, 橫隔板保留。
采用實體單元建立模型, 假設(shè)所有中間橫隔板全部破壞, 因此模型中只設(shè)置端部橫隔板。
分析中三種方案均按照公路-I級車道荷載進行布載, 車道荷載由均布荷載和集中荷載組成, 公路-I級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk 為10. 5 kN /m, 集中荷載根據(jù)跨徑計算為Pk 為246 kN。為了對比分析計算結(jié)果, 三種方案布載完全一致, 如圖1所示。
T梁相關(guān)參數(shù)如表1所示。
2. 2 計算結(jié)果分析
方案一和方案二在活載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力及撓度結(jié)果如圖1~ 圖9所示, 最大應(yīng)力和最大撓度值見表2.
表2結(jié)果表明: 方案二跨中最大應(yīng)力值在三個方案中為最小, 為5. 29MPa, 因為橋面鋪裝與T梁一起受力增加了梁的受力高度; 方案三應(yīng)力值最大, 為7. 91MPa, 因為T梁截面轉(zhuǎn)換之后極大地增加了橋梁的整體剛度; 方案二的應(yīng)力介于兩者之間。
方案三跨中最大撓度在三個方案中為最小, 僅3. 2mm, 而方案一的撓度達到8. 17mm, 將近方案一的3倍, 可見橋梁加固中體系轉(zhuǎn)換T轉(zhuǎn)箱能極大地增大橋梁的整體剛度。
相對于方案一, 方案二不僅減小了跨中撓度, 同時減小了橋梁的應(yīng)力水平。
結(jié)構(gòu)分析表明: 除橫隔板外, 橋面鋪裝參與主梁結(jié)構(gòu)受力能起到提高結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系的作用, 轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)體系能極大地提高T梁橋的整體性。
3. 加固及試驗
3. 1 維修加固措施
根據(jù)對大橋病害的檢測和以上分析, 綜合方案一和方案二以及八一大橋的實際情況, 采取了以下維修加固措施: 對損壞嚴(yán)重的橫隔板進行更換, 對焊接質(zhì)量有問題的鋼筋鋼板補焊; 鑿除原橋面鋪裝層, 在主梁頂部鉆孔植入鋼筋, 與新鋪裝層的鋼筋網(wǎng)焊接在一起, 以增強梁體整體性, 最后再重新澆筑橋面鋪裝層。
3. 2 荷載試驗結(jié)果
通過對該橋加固后進行荷載試驗, 得出如下結(jié)論:
( 1) 撓度最大平均校驗系數(shù)為0. 54, 應(yīng)變最大平均校驗系數(shù)為0. 49, 校驗系數(shù)小于1. 0, 表明結(jié)構(gòu)的整體強度和剛度滿足規(guī)范要求。
( 2) 各工況下, 全部荷載卸除后, 最大殘余值為4. 3% , 結(jié)構(gòu)變形的殘余值很小, 表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。
( 3) 跨中斷面在試驗荷載作用下的最大撓度為6. 99 mm, 小于撓度的最大限制L /1 000, 滿足規(guī)范對撓度的要求。
( 4) 加載過程中, T型梁未產(chǎn)生新的肉眼可見的裂縫, 已有裂縫在荷載卸除后基本回復(fù)原有寬度,說明主梁有一定的彈性工作性能。
( 5) 實測荷載橫向分布系數(shù)與理論分布系數(shù)的變化趨勢與豎直都較接近, 表明橋梁橫向聯(lián)系良好。
( 6) 該橋的豎向基頻約為4. 49H z, 橋梁動剛度滿足要求, 橋梁加固后, 跑車時的動力響應(yīng)明顯減弱, 表明橋梁整體性與動剛度得到了一定加強。
( 7) 綜上所述, 該橋達到了公路I級的運營要求。
4 結(jié)論
利用有限元實體單元模型對T梁橋三種不同的橫向聯(lián)系的力學(xué)性能進行了研究, 對三個方案的受力分析結(jié)果表明, 橋面鋪裝參與結(jié)構(gòu)受力對大橋受力狀態(tài)影響很大, 可以提高荷載橫向分配能力, 降低T梁的最大拉應(yīng)力和撓度; T轉(zhuǎn)箱能極大地減小橋梁的撓度, 增大橋梁的整體性。 研究結(jié)果表明考慮橋面鋪裝參與受力進行加固設(shè)計與施工, 能提高橋梁的橫向聯(lián)系, 加強結(jié)構(gòu)的整體性, 提高橋梁的承載力,同時解決了橋面鋪裝被破壞的情況。
通過對八一大橋的維修加固及荷載試驗, 結(jié)果表明此種維修加固措施是可行的。
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