預應力混凝土簡支轉連續T梁結構核算

郭鋒鋼

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江 哈爾濱 150070）

預應力混凝土簡支轉連續T梁結構核算

郭鋒鋼

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江 哈爾濱 150070）

預應力混凝土簡支轉連續T梁橋因其結合了簡支梁與連續梁的優點，是目前普遍應用的結構形式。隨著運營時間的增長和交通流量的增大，越來越多的在役橋梁的承載力逐漸下降，使得橋梁的正常運營存在安全隱患。依托某預應力混凝土簡支轉連續T梁橋的現場檢測和荷載試驗，并采用Midas/Civil 2012有限元軟件建立成橋狀態的有限元模型，對橋梁的實際技術狀況和承載力進行評定，對加強橋梁質量控制具有重要意義。

預應力混凝土簡支轉連續T梁橋；外觀檢測；技術狀況；荷載試驗

0 引言

預應力混凝土（Prestressed Concrete,PC）簡支轉連續T梁橋是目前國內公路中常用的結構形式，具有施工簡單、經濟性以及結合了簡支梁與連續梁橋的兩種結構優勢等特點，因而被廣泛應用于橋梁工程之中[1,2]。隨著交通流量的增長及運營時間的增長，許多PC簡支轉連續T梁橋已不能滿足預期荷載等級要求，存在安全隱患[3]。為了保證在役PC簡支轉連續T梁橋的安全運營，盡可能地延長其使用年限，對這類橋梁建設過程中的質量控制十分重要，通過對預應力混凝土T梁出廠時，進行承載力評定分析和維修加固以保障橋梁結構安全顯得非常有必要[4]。

目前，實際工程中主要結合外觀檢測、荷載試驗以及結構承載力驗算三方面進行綜合評定橋梁結構的安全性[5,6]。本文以某跨河橋梁的引橋部分4×40 m+11×（3×40 m）預應力混凝土簡支轉連續T梁橋為研究對象，針對該橋建設過程中的現場監控檢測情況，采用Midas/Civil 2012有限元軟件建立一聯3×40 m上部結構有限元模型并進行結構技術狀況評定。

1 工程概況

該引橋橋梁全長1 480 m，上部結構為4×40 m+11×（3×40 m）預應力混凝土簡支轉連續T梁，按部分預應力A類構件設計。

橋梁全寬24.5 m，分左、右兩幅對稱布置，橋面橫向布置為2×[0.5 m（防撞護欄）+10.75 m（行車道）+0.75 m（防撞護欄）]+0.5 m（中央分隔帶）。

橋梁所在路線為雙向四車道一級公路標準，橋梁的荷載等級為公路-Ⅰ級，Ⅱ類環境。

T梁采用C50水泥混凝土，預應力鋼束采用低松弛高強度鋼絞線，抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm。

橋面鋪裝采用10 cm聚酯纖維改性瀝青混凝土和8 cmC50防水混凝土，中間加鋪防水層，該橋橫斷面布置見圖1。

圖1 左幅橋橫斷面布置圖（單位：cm）

縱橋方向，單孔共設置7道橫隔板，結構縱向尺寸見圖2。

圖2 單梁縱橋向尺寸示意圖（單位：cm）

下部結構為鋼筋混凝土雙柱式墩身，肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。

2 橋梁外觀檢測

現場對該橋進行外觀檢查，進行以下三個方面的外觀測試內容[7]。

（1）實測主梁幾何尺寸

數據表明預制T梁的幾何尺寸實測值與設計值之間的偏差，均滿足《公路橋涵施工技術規范》（JTGT F50-2011）中表17.10.2-3預制梁、板的允許偏差要求。

（2）混凝土強度

采用ZC3-A型數字回彈儀測試混凝土強度，預制T梁混凝土強度推定值為51.5 MPa，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T H21-2011）（以下簡稱《評定規程》）第5.3節橋梁材質強度檢測評定規定，該片梁混凝土強度評定標度為1，滿足C50混凝土強度設計要求。

（3）鋼筋保護層厚度

采用4-ZJHD-02型儀器進行鋼筋保護層厚度檢測，預制T梁鋼筋保護層厚度特征值范圍為31.2～33.0 mm，根據《評定規程》第5.8節混凝土橋梁鋼筋保護層厚度檢測評定規定，該片梁鋼筋保護層厚度評定標度為1，滿足設計要求。

其中，一根預制T梁在預制施工過程中由于振搗不實等原因導致腹板側面局部地區出現露筋等病害，施工單位用環氧樹脂砂漿對病害位置進行修補。該病害位于該預制T梁腹板側面近連續端第2塊橫隔板與第3塊橫隔板之間，面積約0.5 m2，具體損傷示意見圖3。病害位置實測混凝土厚度特征值為31.2 mm，滿足設計要求。

圖3 預制T梁腹板側面出現露筋

3 橫向分布系數計算

簡支轉連續T梁橋這種結構形式是由若干主梁通過橫向聯系組成空間結構，荷載沿橋的橫向作用位置的不同，各主梁的受力亦不一樣，即荷載沿橫向傳遞的程度不同[5,6]。本次計算采用剛性橫梁法來計算其跨中荷載橫向分布系數m。

應用計算軟件橋梁博士3.0對其進行荷載橫向分布系數的計算和空間分析計算，考慮T梁的橫向側彎和抗扭，確保單片梁試驗加載的安全。計算結果見表1。

表1 橫向分布系數計算結果

4 控制截面選擇

由于試驗時，預制梁已成形且鋼束張拉完畢，即一期恒載已加載完成，所以計算的各項內力應是二期恒載與活載共同作用形成的[8-10]。采用有限元軟件Midas/Civil 2012建立單梁成橋后的連續梁模型，布置車道荷載時考慮橫向分布系數和車道橫向折減系數，并考慮二期荷載，有限元模型見圖4，主梁內力分布見圖5。

圖4 單梁成橋狀態下有限元模型

圖5 主梁內力分布圖

根據主梁內力分布圖，取彎矩效應最大值截面為靜載試驗的控制截面，確定控制截面位于距梁端（伸縮縫端）16.5 m處。

靜載試驗時預制T梁為簡支梁狀態，預制梁截面尺寸比成橋時的截面尺寸小（預制時翼緣板濕接縫未澆筑）。在確定控制截面位置后，按照4-7#梁實際尺寸建立單梁簡支梁模型，根據現場加載情況在模型中布置試驗加載荷載，并確定加載噸位和計算試驗荷載效率。預制T梁單梁簡支梁模型見圖6，控制截面內力影響線見圖7。

圖6 預制T梁單梁簡支梁模型

圖7 預制T梁控制截面內力影響線

5 靜載試驗分析

5.1 試驗內容

根據該橋的結構特點及現有技術檢查的實際情況，本次試驗為單片裸梁靜載試驗，試驗梁橋面鋪裝及橫向連接尚未進行施工。因而，需將設計荷載按結構橫向和縱向影響線進行最不利布載，以折算后設計荷載確定試驗荷載。對試驗梁進行以下試驗內容：

（1）試驗梁支點沉降及控制截面撓度；

（2）試驗梁控制截面混凝土應變沿梁高的分布規律；

（3）觀察試驗梁在試驗荷載作用下的裂縫情況。

5.2 加載方式

現場采用鋼絞線線圈堆載方式進行加載，加載現場見圖8。根據現場測量，各鋼絞線線圈與主梁接觸長度為0.15 m，相鄰加載線圈接觸面中心線間距1.3 m，各鋼絞線圈重量見表2，具體加載布置如圖9、圖10。

圖8 現場加載圖

表2 鋼絞線圈重量統計 kg

根據現場實際情況，本次靜載試驗采用三級加載、三級卸載的分級加載、卸載方案，一級加載1#～4#鋼絞線圈，二級加載5#～8#鋼絞線圈，三級加載9#～12#鋼絞線圈，卸載順序與加載順序相反。再次加、卸載的持續時間取決于結構最大變位測點達到穩定標準所需要的時間，實際觀測時，一般不少于15 min。

圖9 加載布置立面示意圖（單位：cm）

圖10 加載布置平面示意圖（單位：cm）

5.3 測點布置

在試驗梁兩個支點斷面分別布設一塊百分表；1/4截面、3/4截面、控制截面和跨中截面梁底各布設一塊百分表，共設6個撓度測點；沿梁高布置6個應變測點，梁底布置1個應變測點。測點布置情況見圖11、圖12。

圖11 撓度測點布置示意圖（單位：cm）

圖12 應變跨中斷面測點布置圖（單位：cm）

5.4 試驗結果分析

經過計算，靜載試驗加載效率為1.01，在0.95～1.05之間，說明試驗加載是充分的。

5.4.1 撓度測試分析

各測點撓度校驗系數值范圍為0.64～0.68，符合文獻[7]中預應力鋼筋混凝土梁橋校驗系數小于1.0的規定，說明該片梁剛度滿足設計要求；結構的殘余變形在20%以內，說明結構在卸載后有較好的彈性恢復能力。各級加載下各撓度測點實測值見表3，控制截面各級加/卸載撓度實測值見圖13。

表3 主梁各測點試驗荷載作用下撓度值

圖13 控制截面各級加/卸載撓度實測值圖

5.4.2 應力應變分析

（1）控制截面梁底應變的理論計算值與實測值分析（N7測點），詳細數據見表4、圖14。

表4 控制截面各級加/卸載梁底應變實測值（N7測點）

圖14 控制截面各級加/卸載梁底應變實測值圖（N7測點）

（2）控制截面沿梁高應變的理論計算值與實測值分析（N1～N6測點），單位為με。具體數據見表5，實測應變與理論值對比見圖15。

表5 控制截面沿梁高實測應變與計算值（N1～N6測點）

圖15 控制截面沿梁高實測應變與計算值對比圖

對加載產生的理論值與實測值結果進行分析，由表4和表5可知控制截面校驗系數值為0.62～0.66，符合規范中預應力鋼筋混凝土梁橋校驗系數小于1.0的規定。結構的殘余變形都在20%以內，說明結構在卸載后有較好的彈性恢復能力；該片梁在試驗荷載下各測點實測應變在沿梁高方向基本呈線性分布，說明結構在工作時基本符合平截面假定。

5.4.3 裂縫情況

在加載過程中梁體無裂縫產生，混凝土無破損現象。

6 結論

通過對預應力混凝土簡支轉連續T梁的現場外觀檢測明確橋梁病害情況，并選取4-7#梁進行荷載試驗。運用空間有限元程序Midas/Civil 2012建立4-7#梁成橋后的連續梁模型分析結構內力從而確定控制截面，采用鋼絞線線圈堆載方式進行現場加載試驗，對試驗結果分析可以得出以下結論。

各測點撓度校驗系數值范圍為0.64～0.68，應變校驗系數值為0.62～0.66，符合《公路橋梁承載力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）中預應力鋼筋混凝土梁橋校驗系數小于1.0的規定，說明該片梁剛度、強度均滿足設計要求；在加載過程中梁體無裂縫產生，混凝土無破損現象，故試驗梁的實際承載力滿足公路-I級荷載要求，運營期間工作性能良好，安全性滿足要求。

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U448.21+7

B

1009-7716（2017）10-0054-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.016

2017-06-29

郭鋒鋼（1964-），男，上海人，院長，研究員級高級工程師，從事路橋設計工作。