T梁病害原因分析及加固方案比選*

徐凱燕　鐘健聰

(廣東交通職業(yè)技術學院　廣州　510650)

T梁病害原因分析及加固方案比選*

徐凱燕鐘健聰

(廣東交通職業(yè)技術學院廣州510650)

摘要：結合實際工程，通過計算分析，對簡支T梁橋的病害原因進行了探討和分析,提出了針對性的處理措施與加固設計方案,并對各方案的加固效率、施工安全、造價等進行了論證，得出了最優(yōu)方案.解決了橋梁運營的安全問題.

關鍵詞：T梁；病害；原因分析；加固方案

徐凱燕(1975- )：男，博士，副教授，主要研究領域為道路與橋梁工程

T梁充分利用了鋼筋的抗拉能力和混凝土的抗壓能力，最大限度的減少了受拉混凝土面積，截面設計經(jīng)濟合理.施工多采用預制吊裝，施工速度快，吊裝重量輕，在中小跨徑橋梁中得到了廣泛應用.T梁借助設置于跨內的橫隔板將數(shù)片主梁聯(lián)成整體，其橫向連接性能相對薄弱，一般采用橫向分布系數(shù)將其簡化為單梁進行計算分析.對有損傷的橋梁，可根據(jù)實際病害的位置和程度結合遺傳算法算出其實際的橫向分布系數(shù)[1].

早期設計的T梁由于受經(jīng)濟水平及設計理念影響，安全富余不足，經(jīng)過多年運營，在超載車輛作用下，大部分T 梁都會出現(xiàn)各種病害.本文結合實際的工程案例，就T梁橋病害原因進行了深入的計算分析.對T梁的加固，國內外學者做了大量的研究，主要有被動加固的增大截面法[2]、粘貼鋼板法以及主動加固的預應力鋼絲繩加固法、預應力碳纖維板加固法[3].本文將對以上各種加固方法進行綜合比較并選取最適合實際工程項目的加固方法.

1工程概況

1.1橋梁介紹

某橋建成于1995年，其上部結構由2×20 m鋼筋混凝土簡支T梁組成.其中鋼筋混凝土簡支T梁梁高130 cm，板寬160 cm，腹板厚18 cm，采用25號混凝土.全橋橫向分為3幅，邊幅由7片鋼筋混凝土簡支T梁、中幅由6片鋼筋混凝土簡支T梁組成；橋面總寬32.86 m.橋梁設計荷載為汽-20，掛-100.原設計中幅邊梁與邊幅邊梁(7～8#梁間)橫向采用橋面連續(xù)連接方式，相當于鉸接.但現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，此位置內邊梁之間結構完全斷開，橫向相當于獨立的3座橋.連接方式不同會引起橫向分布數(shù)值相差較大.橋梁橫斷面見圖1.

圖1　橋梁橫斷面圖(單位：cm)

1.2橋梁病害情況

根據(jù)調查，該橋主要病害包括:(1)內邊梁跨中梁底附近腹板存在混凝土崩裂剝落，鋼筋銹蝕；(2)內邊梁翼緣板混凝土破損脫落嚴重；(3)內邊梁間橋面未按設計設置縱縫,3幅橋橋面間沒有聯(lián)系.

1.3基于現(xiàn)狀的橋梁計算結果

對橋梁建立有限元模型，計算分析其受力情況.根據(jù)文獻[4]，考慮基于檢測結果的承載能力檢算系數(shù)Z1、承載能力惡化系數(shù)ξe、截面折減系數(shù)ξc、ξs，計算橋梁基于現(xiàn)狀的受力情況.由于三幅橋之間沒有橫向聯(lián)系，7，8#梁橫向分布系數(shù)最大，限于篇幅，本文只列出受力最大的內邊梁承載力計算結果,見表1.

表1　內邊梁計算結果

通過上述計算結果，可以得出以下結論.

1) 20 m T梁的內邊梁抗彎承載能力不滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTJ 023-85)(以下稱《85規(guī)范》)要求，組合I抗剪承載力滿足《85規(guī)范》，但組合III不滿足《85規(guī)范》要求.

2) 20 m T梁的內邊梁抗剪截面尺寸不滿足《85規(guī)范》要求.

2病害原因分析

2.1內邊梁腹板崩裂露筋原因分析

T梁跨中位置梁底腹板出現(xiàn)崩裂露筋，根據(jù)計算結果結合以往工程經(jīng)驗，判斷T梁開裂的主要原因為：

1) 由于中幅邊梁與邊幅邊梁完全斷開，汽車活載傳力只能往一側傳遞，造成內邊梁的橫向分布系數(shù)較大.跨中下緣是受力最大的位置，容易產(chǎn)生受力裂縫.

2) 兩幅橋間完全斷開，造成橋面不平整，車輛通過時，沖擊振動大，使混凝土容易剝落.

3) 經(jīng)過計算，邊幅內邊梁的抗彎承載能力驗算不滿足地《85規(guī)范》的要求，承載力欠缺33%，裂縫的計算寬度也超過了規(guī)范的規(guī)定值，在超載作用下產(chǎn)生崩裂.

4) T梁腹板截面不滿足規(guī)范的關于抗剪的最小截面尺寸要求，出現(xiàn)剪切裂縫.

5) 由于以上作用的疊加，結構開裂，混凝土剝落，加上雨水從縱縫往下滲，材料惡化，鋼筋銹蝕，承載力進一步下降.

2.2內邊梁翼緣板破損原因分析

中幅與邊幅間的內邊梁翼板破損較為嚴重，經(jīng)計算及工程經(jīng)驗，認為主要有如下原因.

1) 由于該位置縱縫完全斷開，汽車活載傳力只能往一側傳遞，造成內邊梁的橫向分布系數(shù)較大.

2) 由于翼板較薄，兩幅橋面間完全斷開，汽車震動容易使翼板出現(xiàn)破損剝落.

3) 該位置翼緣板橫向剛度較弱，且處在行車道上，在汽車荷載的長期沖擊下產(chǎn)生病害.雨水經(jīng)縱縫往下滲，對結構耐久性影響較大.

3維修加固方案比選

3.1橫向聯(lián)系加固方案

由以上計算及病害原因分析可知，T梁橫向聯(lián)系薄弱是造成T梁病害的主要原因，需增強其橫向聯(lián)系.T梁常用的橫向聯(lián)系加固有2種方式，見圖2，其優(yōu)缺點見表2.

圖2　橫向連接方式

方案推薦方案比較方案方案描述 通過橫隔板將兩幅橋內邊梁拼接起來,以消除整體撓度差,翼緣板拼接承受翼緣板的局部撓度差;施工時按設計要求將邊梁邊緣橋面鋪裝鑿開,新舊混凝土接觸面鑿毛處理.新增的橫隔板通過螺栓及鋼板與內邊梁聯(lián)系,采用現(xiàn)澆施工 通過T梁翼緣端及橋面鋪裝將結構連接起來;鑿除原橋邊梁翼板一定長度,再將兩幅橋內邊梁翼緣板現(xiàn)澆濕接段連成整體結構特性剛接鉸接優(yōu)點 易于安裝,拼接更可靠 施工方便,兩幅橋受力影響較小缺點 對舊橋腹板有損傷,對支座不均勻沉降較敏感,對兩幅橋位移差要求較高 拼接比較薄弱,容易導致橋面開裂綜合評價較好一般

由表2可知，采用剛接的橫向連接方式加固，結構受力均勻，拼接可靠，且由于橋梁已使用將近20年，3幅橋梁的沉降趨于穩(wěn)定，不會再產(chǎn)生不均勻沉降，故推薦采用連接方式一,即剛接作為本次加強橫向聯(lián)系的加固方案.

3.2主梁加固方案

加強橫向聯(lián)系可降低橫向分布系數(shù)，使各梁受力均勻.但由于原有T梁尺寸較小，配筋較弱，即使加強橫向聯(lián)系，結構受力還是相對薄弱，需對主梁進行加固，對T梁主梁的加固有以下4種方案.

方案一：被動加固，增大截面.

在原梁底板下緣增大截面，增加截面高度，并在新增混凝土下布置鋼筋，提高其抗彎承載力.在支點附近增大腹板厚度，使其滿足最小抗剪截面尺寸要求并提高其抗剪承載力.增加外灌注混凝土及布置受力鋼筋，以增大原結構的截面，達到提高承載能力的目的，見圖3.

圖3　增大截面(單位：cm)

方案二：被動加固，粘貼鋼板

在T梁底部粘貼鋼板，提高其抗彎承載能力，在支點附近腹板粘貼鋼板，增加其抗剪承載力.由于T梁底板只有18 cm寬，粘貼鋼板的寬度受限，對承載能力的提高非常有限，見圖4.

方案三：主動加固，高強預應力鋼絲繩.

主動的預應力加固可以同時提高主梁的開裂荷載、最大承載力，加固后可以使加固材料強度得到充分發(fā)揮，而且具有很好的延性.對后加補強材料施加一定的預應力，從根本上解決了橋梁帶載加固后補強材料應變(應力)滯后的先天不足，提高了后加補強材料的利用效率.常規(guī)的預應力鋼絞線加固需大型張拉設備，張拉力較大，由于本橋混凝土標號較低，對主梁受力較為不利.故考慮選用當今較為先進的高強預應力鋼絲繩及預應力碳纖維板進行加固方案的比選，見圖5.

圖4　T梁底板及腹板粘貼鋼板構造圖

在T梁底部及兩側粘貼預應力錨具，安裝、張拉預應力高強鋼絲繩，可以提高主梁的剛度、承載力，使加固材料強度得到充分發(fā)揮，承載能力明顯提高，而且具較好的延性.預應力鋼絲繩張拉、錨固后在梁底及腹板兩側布置原梁鋼筋骨架的高度范圍內 ,噴注高性能抗拉復合砂漿(HTCM),構成有粘結預應力加固體系.后噴注的聚合物砂漿具有較高的抗拉強度和抗混凝土碳化及抗化學腐蝕能力，可以保護鋼筋免于銹蝕，提高結構的耐久性.

方案四：主動加固預應力碳纖維板.

高強碳纖維板是一種先進的復合材料，具有耐腐蝕、重量輕(容重只有鋼材的1/5～1/4)、強度高(強度高于高強鋼絲或與之相當)等優(yōu)點.在T梁腹板兩側粘貼碳纖維板，然后對其進行預應力張拉，修復梁的變形和閉合裂紋，提高其承載能力，見圖6.

3.3加固后計算

根據(jù)文獻[5]計算各種加固方案的加固效果，為方案的比選提供計算依據(jù).內邊梁采用各種方案加固后的計算結果如下.

方案一：(增加橫向聯(lián)系+增大截面)加固后計算結果，見表3.

表3　增大截面加固后內邊梁計算結果

圖5　預應力高強鋼絲繩加固圖(尺寸單位：cm)

圖6　固定端與張拉端(單位：cm)

方案二:(增加橫向聯(lián)系+粘貼鋼板)加固后計算結果,見表5.

表4　粘貼鋼板加固后內邊梁計算結果

方案三:(增加橫向聯(lián)系+體外高強預應力鋼絲繩)加固后計算結果,見表6.

表5　預應力鋼絲繩加固后內邊梁計算結果

方案四:(增加橫向聯(lián)系+預應力碳纖維板)加固后復算結果,見表7.

表6　預應力碳纖維板加固后內邊梁計算結果

由以上計算可知，方案一增大截面加固,能大幅提高主梁的抗彎、抗剪承載力及抗剪尺寸對于的剪力；方案二粘貼鋼板加固，由于T梁腹板較小，粘貼鋼板寬度受限，其抗彎加固效率較低.方案三、四抗彎承載力加固效率較高，但不能改善抗剪承載力及抗剪尺寸對于的剪力.

3.4維修加固方案比選

對以上4種維修加固方案進行綜合比選，見表7.

比選結論：由以上的方案比較可知，方案一安全可靠，造價低，工藝成熟，并可提高安全儲備，雖然植筋對結構會產(chǎn)生一定的影響，但只要鉆孔前先探測受力鋼筋位置，避免對其造成影響，并盡量減載，可最大程度降低對原有結構的影響，推薦采用.方案二承載能力提高不多，存在較多的安全隱患，即使加固后，也需定期養(yǎng)護，容易出現(xiàn)安全事故.方案三、四雖然抗彎加固效率較高，但不能改善抗剪承載力，且施工工藝復雜，梁體混凝土標號較低，預應力張拉時容易壓碎原混凝土，存在安全風險.

表7　維修加固方案綜合比選表

4結束語

T梁病害原因較為復雜，加固方案有多種.在實際工程中，應根據(jù)T梁的病害，深入分析其病因，對癥下藥，才能取得理想的效果[6].本文結合實際的工程項目，通過有限元分析橋梁加固前后的受力情況，分析了不同加固方法的加固效果，并結合施工安全風險、造價等因素對加固方案進行綜合比選，得出了最優(yōu)的加固方案，可為以后同類橋梁的維修加固提供參考.

參 考 文 獻

[1]成琛,沈成武,許亮.用鉸接板(梁)法計算有損傷橋梁的橫向分布系數(shù)[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2004，28(2):229-231.

[2]何旭燕.增大截面法加固鋼筋混凝土T梁效果分析[J].鐵道建筑,2009(3):24-26.

[3]卓靜,楊宏.雙層預應力碳纖維板加固大比例 A 型梁試驗研究[J].重慶交通大學學報：自然科學版，2013(9):799-801.

[4]中華人民共和國交通部.JTG/T J21-2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2011.

[5]中華人民共和國交通部.公路橋梁加固設計規(guī)范JTG/T J22-2008[S].北京:人民交通出版社,2008.

[6]黃方勤.鋼筋混凝土T梁病害處理措施與加固設計[J].城市道橋與防洪,2012(5):117-119.

中圖法分類號：U445.7+2

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.008

收稿日期：2014-08-20

Disease Analysis and Reinforcement
Scheme Selection of T Beam Bridge

XU KaiyanZHONG Jiancong

(GuangdongCommunicationPolytechnic,Guangzhou510650,China)

Abstract：Combined with practical engineering ,through computational analysis, the reason for the disease of simply supported T beam bridge are conducted in-depth discussion and analysis, specific measures are proposed to deal with the reinforcement design, and strengthening the efficiency of the programs, construction safety, cost, etc. were demonstrated.The optimal solution is obtained.

Key words：T beam;disease;analysis；reinforcement schemes

*廣東省交通運輸廳科技項目資助(批準號：2011-02-005)