鋼筋混凝土簡支梁橋橫隔板病害分析

鋼筋混凝土簡支梁橋橫隔板病害分析

在鋼筋混凝土和預(yù)制鋼筋混凝土的t梁橋中，橫向聯(lián)系的強(qiáng)度對橋的支撐起著重要作用。如何加強(qiáng)t梁橋之間的橫向關(guān)系，提高結(jié)構(gòu)完整性是橋梁加固的一個重要課題。在t梁橋的安裝中，橫截面板在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向關(guān)系方面發(fā)揮了重要作用。在傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算中，鋪裝層的影響不考慮在主要結(jié)構(gòu)中的共同力，而忽視了鋪裝層對結(jié)構(gòu)的影響。隨著橋梁覆蓋層技術(shù)的改進(jìn)和新材料的應(yīng)用，河岸覆蓋層的耐久性得到提高，人行道涂層和主梁的粘附性得到了提高。對于許多橋梁，應(yīng)加強(qiáng)鋪路層的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。因此，在加固結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮鋪路層的重疊效應(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IT=∑i=1mcibiti?ΙΤ=∑i=1mcibiti?箱形截面的慣性矩IT=4Ω2∫?dst+∑i=1mcibit3i?ΙΤ=4Ω2∫?dst+∑i=1mcibiti3?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);Ω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工程總結(jié)和疾病1.1t梁結(jié)構(gòu)及病害表現(xiàn)八一大橋,建于1984年,大橋全長825.84m,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22.2m,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121cm,梁片中心距160cm,橫隔板高95cm,橫隔板下緣配6根Φ25mm鋼筋.橋面凈寬為(15.0+2×1.5)m.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(jìn)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鋼筋橫分隔斷裂橫隔板出現(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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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15cm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6mm的鋼板,轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)體系為箱形梁.2有限分析2.1模型建立及計算結(jié)果對比方案一模型中簡支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(jìn)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10.5kN/m,集中荷載根據(jù)跨徑計算為Pk為246kN.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.2.2t梁截面轉(zhuǎn)換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(dá)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延長和測試3.1鋼筋鋼板補焊根據(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(jìn)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(qiáng)梁體整體性,最后再重新澆筑橋面鋪裝層.3.2荷載卸除效果通過對該橋加固后進(jìn)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(qiáng)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6.99mm,小于撓度的最大限制L/1000,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4.49Hz,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(qiáng).(7)綜上所述,該橋達(dá)到了公路Ⅰ級的運營要求.4構(gòu)受力的影響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(jìn)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