裝配式T型梁橋加固效果評價

魏春輝

(河北道橋工程檢測有限公司)

裝配式T型梁橋加固效果評價

魏春輝

(河北道橋工程檢測有限公司)

以簡支T型梁橋加固工程為背景，借助Midas civil有限元軟件對加固前后的上部結(jié)構(gòu)進行空間受力分析，最后采用結(jié)構(gòu)改善系數(shù)和橫向不均勻增大系數(shù)對加固效果進行相關(guān)評價，總結(jié)出縱向不同位置增設(shè)橫隔梁時，加固效果的變化規(guī)律，為今后同類橋梁的加固提供案例參考。

T型梁橋;加固效果;結(jié)構(gòu)改善系數(shù);增大系數(shù)

1 工程概況

1.1 橋梁概況

石家莊市東二環(huán)上跨和平路橋于20世紀90年代建成通車，全橋共7孔，跨徑為2×27 m+(27 m+36.5 m+27 m)+2×27 m，上部結(jié)構(gòu)中間三孔為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩側(cè)2×27 m為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。半幅橋面凈寬16 m，外側(cè)1.25 m人行道，內(nèi)側(cè)2 m分隔帶。半幅橫向分為10片梁，主梁中距1.7 m，沿橋跨縱向共布置3道橫隔梁，其中梁端各1道，跨中1道。

1.2 橋梁主要病害

經(jīng)過近20年的運營，特別是近年來大量超重車輛的通行，兩側(cè)27 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的中橫隔梁出現(xiàn)了較嚴重的剪切破壞，主梁未見病害。

1.3 橋梁加固方法

(1)針對中橫隔梁病害，在對破碎區(qū)處理后采用增大截面加固。

(2)在T梁縱向近L/4和3L/4附近各增設(shè)1道中橫隔梁，以增強橋梁整體剛性。

2 加固效果評價指標

(1)橫向不均勻增大系數(shù)ξ

主要測點在控制荷載工況下的橫向增大系數(shù)ξ反映了橋梁結(jié)構(gòu)荷載不均勻分布程度，ξ值越小，說明荷載橫向分布越均勻，橫向聯(lián)系構(gòu)造越可靠;ξ越大，說明荷載橫向分布越不均勻，結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)結(jié)越薄弱，結(jié)構(gòu)受力越不利。按下式計算橫向不均勻增大系數(shù)

式中:Semax為變形(或應(yīng)變)最大值橫向各測點變形(或應(yīng)變)平均值。

(2)結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k

橋梁加固改造的主要目的之一就是提高橋梁的承載能力，結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k就是表示經(jīng)加固改造后橋梁承載能力提高的百分率，即

式中:Q1為橋梁加固改造前通過活荷載的能力;Q2為橋梁加固改造后通過活荷載的能力。

目前對橋梁的承載能力尚缺乏準確的，可以完全量化的評定方法，即式(2)中的Q1、Q2尚難以量化。一般而言，橋梁加固改造往往是通過增強原結(jié)構(gòu)的抗彎剛度來提高其承載能力的，故結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k可以轉(zhuǎn)換為加固改造前后在設(shè)計荷載作用下所產(chǎn)生的最大撓度值的變化來表達，即

式中:f1為加固改造前原結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下的最大撓度;f2為加固改造后同一荷載作用下的最大撓度與加固改造前所增加的恒載產(chǎn)生的撓度之和。

3 計算模型

(1)單元選擇:T形主梁、橫隔梁均采用梁單元模擬。

(2)荷載:結(jié)構(gòu)自重按設(shè)計規(guī)范取用;橋面鋪裝、護欄等按梁單元均布荷載施加;汽車荷載采用集中力模擬，共分四級，每級按常用三軸車輛實際尺寸分為6個集中力施加。

(3)計算工況:為充分了解加固效果，共分為加固前、僅加厚中橫隔梁、增設(shè)橫隔梁距支點 1 m、3.15 m、4.15 m、5.15 m、6.15 m、7.15 m、8.15 m、9.15 m、10.15 m、11.15 m、12.15 m等13種情況。(為后期分析方便，以上工況均表示為增設(shè)橫隔梁距支點距離，其中0.0 m表示加固前、0.3 m表示僅加厚中橫隔梁)

4 加固效果分析

4.1 橫向不均勻增大系數(shù)ξ

加固前、后L/4、L/2控制截面在各級荷載作用下結(jié)構(gòu)橫向不均勻增大系數(shù)ξ變化如圖1、圖2所示。

圖1 L/4控制截面加固前后ξ變化曲線

注:(1)橫軸為增設(shè)橫隔梁距支點位置，單位m;(2)縱軸為橫向不均勻增大系數(shù)ξ。

圖2 L/2控制截面加固前后ξ變化曲線

注:(1)橫軸為增設(shè)橫隔梁距支點位置，單位m。(2)縱軸為橫向不均勻增大系數(shù)ξ。

由圖1、圖2可以看出。

(1)L/4與L/2控制截面在各級偏載作用下，橫向不均勻增大系數(shù)ξ總體呈下降趨勢;

(2)在一級偏載和四級偏載作用下L/4、L/2控制截面橫向不均勻增大系數(shù)ξ隨著增設(shè)橫隔梁距支點距離增加呈逐漸變小趨勢，但幅度較小。

4.2 結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k

加固前、后控制截面在偏載作用下結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k變化如圖3所示。

圖3 加固前后結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k變化曲線

注:(1)橫軸增設(shè)橫隔梁距支點位置，單位m。(2)縱軸為結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k，單位為%。

由圖3可以看出。

(1)增設(shè)橫隔梁后結(jié)構(gòu)改善系數(shù)提高約10%左右;

(2)L/4、L/2控制截面在偏載作用下結(jié)構(gòu)改善系數(shù)k總體呈上升趨勢，而且隨著增設(shè)的中橫梁距支點距離增大而增大，當中橫隔梁距支點為9.15 m時達到最大，之后略有下降。

5 結(jié)論

通過以上對該T型梁橋縱向不同位置增設(shè)中橫梁對T型梁橋加固效果的分析，得出以下結(jié)論。

(1)增設(shè)中橫梁在一定程度上能明顯降低結(jié)構(gòu)橫向不均勻增大系數(shù)，增加結(jié)構(gòu)橫向整體剛度。

(2)采用增設(shè)中橫梁對裝配式T型梁橋進行加固后，能顯著提高結(jié)構(gòu)改善系數(shù)，而且隨著增設(shè)的中橫梁距支點距離增大呈總體上升趨勢。

［1］ 黃平明，陳萬春.橋梁養(yǎng)護與加固［M］.北京:人民交通出版社，2009:9－10.

［2］中華人民共和國交通部.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［Z］.2004－10－01

U442

C

1008－3383(2014)04－0072－01

2013－09－13

魏春輝(1977－)，男，工程師，從事橋梁檢測、設(shè)計咨詢工作。