低高度混凝土梁橫向加固分析

韋一凡

（蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

低高度混凝土梁橫向加固分析

韋一凡

（蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

以16m低高度鋼筋混凝土T梁為研究對象，通過搜集資料、調查分析，結合以往類似工程加固經驗，對臨時通行公路荷載的T梁的橫向剛度進行了理論計算分析，針對橫向剛度不足問題，提出了較為合理的橫向加固方案和相應的關鍵技術，以滿足臨時通行公路荷載時的安全性，同時可為相關結構設計加固提供指導。

低高度混凝土T梁；橫向加固；最大履帶車荷載 ；安全

1 工程概述

隨著我國鐵路公路運量和速度的不斷增加，既有橋梁出現的病害日益突出［1，2］，對既有橋梁結構進行加固實現安全可靠運營日趨重要。

1.1 工程背景

蘭新線某鐵路立交跨線橋為2.0～16.0m低高度混凝土橋梁，設計荷載為中-活載，該橋為梁間無焊聯橋，建成年度為1984年4月。橋下北側一孔通過蘭新下行正線，南側一孔通過機車入Ⅱ線（目前已拆除），該橋在蘭臺及烏臺均以安裝防落梁限位架，但在中墩上未安裝 （支承墊石邊距頂帽邊緣僅為0.37m）。目前，打算臨時通行公路車輛荷載，考慮到橋梁的安全性，須對其進行檢算及加固。橋梁效果圖如圖1所示。

圖1 橋梁效果圖

1.2 技術指標及結構型式

既有T梁采用C40的混凝土，普通鋼筋采用HRB335；標準跨徑為16.50m，計算跨徑16.00m。

設計荷載按公路-Ⅰ級，公路-Ⅱ級荷載，現有70t履帶車荷載計算。

1.3 加固設計方案

為了提高橫向剛度，防止在公路偶然荷載作用下，梁體發生橫向傾覆，采取以下加固措施［3～6］：

梁部腹板處橫向采用直徑為25mm的精軋螺紋粗鋼筋，抗拉強度標準值fpk=830MPa，彈性模量Ep= 2.0×105MPa，采用單端張拉，張拉力與伸長量雙控制，張拉控制力為244.3kN，每延米張拉引伸量為0.249cm。加固模型圖如圖2所示。

圖2 加固模型圖

2 作用效應計算

2.1 效應計算

根據實際情況，T梁上的永久荷載主要是有梁體自重及二期恒載。

可變荷載有汽車荷載分為公路-I級荷載，公路-Ⅱ級荷載，履帶車荷載（履帶荷載由70tXRS670旋挖鉆機產生的均布荷載組成，具體值為：荷載橫向外寬度3.5m，履帶寬度0.8m，履帶著地長度4.8m）。

2.2 作用效應的組合

1）按《橋規》［7，8］公路橋涵結構設計應按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行效應組合。

按承載能力極限狀態設計時的基本組合表達式：

按正常使用極限狀態設計時，應根據不同的設計要求，采用以下兩種效應組合：

2）作用效應組合結果。在汽車荷載公路-I級荷載，公路-Ⅱ級荷載，履帶車荷載作用下，T梁作用效應見表1～3。

表1 公路I級T梁作用效應組合值

表2 公路II級T梁作用效應組合值

表3 履帶車T梁作用效應組合值

3 加固后T梁檢算

3.1 正截面抗彎驗算

以公路Ⅰ級荷載為例進行計算如下：

翼緣位于受壓區的T形截面或I形截面受彎構件，其正截面抗彎承載力應按下列規定計算：

當符合下列條件時，應以寬度為bf的矩形截面計算正截面抗彎承載力。

按上述公式判斷截面類型為第一類，因此應按寬度bf=1920mm的矩形截面來計算抗彎承載力。

由∑x=0計算混凝土受壓區高度x，并代入跨中截面的抗彎承載力公式可知：Mud＞r0Md。

計算結果表明，公路I級荷載作用下跨中截面抗彎承載力滿足要求；按照以上算法，可以計算得到，公路Ⅱ級、現有70t履帶車荷載跨中、1/4截面抗彎承載能力也能滿足規范要求。

3.2 斜截面抗剪力驗算

以公路Ⅰ級荷載為例進行計算：選取支點處截面進行斜截面抗剪承載力計算。首先按《公預規》第5.2.10條計算是否需要斜截面剪力驗算；然后按《公預規》5.2.9條進行抗剪強度上下限復核［9］。

計算結果表明，公路I級荷載作用下支點處斜截面抗剪承載力滿足規范要求；按照以上算法可以計算得到，公路Ⅱ級、現有70t履帶車荷載支點和1/4截面斜截面抗剪承載力均滿足規范要求。

3.3 正截面抗裂性驗算

截面抗裂性計算是對構件跨中截面混凝土的拉應力進行驗算，并滿足《公預規》6.4.3條要求［9］。見表4。

表4 正截面抗裂驗算

由上述計算結果可知，公路I級、公路Ⅱ級、現有70t履帶車荷載跨中截面裂縫寬度均滿足規范要求。

3.4 抗傾覆驗算

1）加固前。作用在梁上的荷載包括：

永久荷載：梁體自重G；G=530.3kN

可變荷載：汽車荷載 q；q=0.56×70×9.8= 384.16kN

偶然荷載：制動力橫向分力Ty、撞擊力Fy。

單片梁沿支座中心往外傾覆計算得：

因此，在偶然荷載作用下，單片梁會發生橫向傾覆。

2）加固后。當在梁部腹板處橫向采用直徑25的精軋螺紋粗鋼筋加固后，沿支座中心取矩得：

因此，即使在偶然荷載作用下，單片梁抗傾覆也滿足要求。

4 反算能承受的最大履帶車荷載

由以上計算可知，1/4截面斜截面抗剪承載力控制設計，故推求得到現有履帶荷載最大為104t。由此可得q履帶=252.3kN/m

內力計算：

不計沖擊：V履帶=406.9kN

計入沖擊：V履帶=553.4kN

故1/4截面作用效應見表5。

表5 104t履帶車T梁作用效應組合值

利用表5組合值重新進行正截面抗彎，斜截面抗剪，正截面抗裂，抗傾覆驗算，均滿足規范要求。

5 結論

本文通過對既有T梁加固前后承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的檢算比較，得到以下結論：

1）通過對T梁截面在公路Ⅰ級，公路Ⅱ級及現有70t履帶車荷載下 （車輛地面接觸長度4.8m，橫向外寬3.5m）的內力計算及截面驗算，得出跨中、1/4截面抗彎承載力滿足規范要求；支點截面、1/4截面斜截面抗剪承載力滿足規范要求；跨中截面裂縫寬度滿足規范要求；

2）通過對正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力，裂縫寬度驗算進行反算，得出容許現有履帶車荷載最大重量為104t（車輛地面接觸長度4.8m，橫向外寬3.5m）。最危險截面出現在梁體1/4截面處。

3）經檢算，如遇重型車輛突發方向失靈等故障造成偶然荷載橫向撞擊擋碴槽、橫向制動等，單片梁有產生橫向傾覆的可能性，若對梁體增加橫向聯結，可提高梁體抗傾覆能力。

［1］ 錢立新.國際鐵路重載運輸發展概況［J］.鐵道運輸與經濟，2002（12）：55-56.

［2］ 杜進生.無粘結預應力混凝土結構-試驗、理論及應用［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［3］ 張大峰.低高度鐵路混凝土梁橫向加固技術研究［J］.國防交通工程與技術，2004，1（3）：36-38.

［4］ 馬林.鐵路混凝土梁橫向預應力加固［J］.鐵道建筑，2000（9）：17-18.

［5］ 崔樹強.鐵路預應力混凝土簡支T梁橫向預應力聯結加固施工技術［J］.上海鐵道科技，2007（4）：41-43.

［6］ 方偉.鋼筋混凝土梁橫向張拉加固方法［J］.中國高新技術企業，2007，6：080.

［7］ 《公路工程技術標準》（JTGB01-2003）［S］.

［8］ 《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2004）［S］.

［9］ 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）［S］.

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