空心板橋加固設計中去梁增肋法的應用

曾 崳

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司,湖北 武漢 430000)

空心板梁是橋梁廣泛采用的一種結構形式,其受力明確,設計及施工經驗成熟,經濟性好,梁高低,吊裝質量輕,可在工廠和施工現場預制,安裝完成后現澆鉸縫,形成整體橋面,橋面板為砼結構,施工速度快[1]。但近年發現空心板梁工后病害較多,國內一些省市已發布地方文件對空心板梁的使用和施工要求進行了嚴格的控制,同時針對已經建設完成的空心板橋的加固設計研究也在逐漸開展起來,去梁加肋法就是一種較為常用的加固設計方法。目前階段部分設計人員認為去梁加肋法在橋梁加固設計中的應用能夠有效提升橋梁整體的承載力與耐久性,相對于其他方法具有明顯的優勢。但是目前階段針對去梁加肋法在空心板橋中的應用研究還相對較少。基于此種情況,在下文當中分別從理論與實踐兩個方面分析了去梁加肋法在實際中的具體應用。

1 去梁加肋法的基本原理與優勢

1.1 去梁增肋法的基本原理

一直以來空心板橋的應用都較為廣泛,現階段國內針對空心板橋工后病害的研究發現,由于大部分空心板橋在實際運營過程當中存在著車輛超載,鉸縫失效嚴重等問題,從而導致空心板很容易出現裂縫等病害,在一定程度上降低了空心板橋的承載能力與安全性,通過去梁增肋法的應用可以有效實現對空心板的加固。去梁增肋法的基本原理如下：根據空心板橋的損傷檢測報告將部分損害嚴重的空心板抽出,并對剩余的空心板進行維修以及二次重新排列,在排列之后的剩余空間之內增設混凝土梁肋,并將混凝土梁肋與已有混凝土連接在一起,從而形成一個整體,共同承擔上部車輛荷載[2]。另一方面去梁增肋法往往會對連接部位進行加固處理,通過這種方式在增強橋梁結構整體性的同時,也可以提升橋梁結構的剛度,從而避免后期再次出現損壞的情況發生。

1.2 去梁增肋法的優勢

從力學角度進行分析去梁增肋法其實是利用鉸接梁法的基本原理在舊空心板與梁肋之間增設了鉸接,并通過加強地面鋪裝的應用使得空心板橋的整體剛度得到了有效提升[3]。通過這種方式不僅可以有效降低部分板塊的荷載橫向分布系數,同時整體的抗剪能力也得到了顯著提升。另外,在利用去梁增肋法進行空心板橋加固設計時,往往還需要對加固區域進行厚度設計增強,這也可以在一定程度上提升空心板橋的承載能力。

去梁增肋法在施工方面相對于橋面補強層加固法、粘鋼板法等加固設計方法都具有一定的優勢。雖然去梁增肋法需要進行空心板二次吊裝,但是從總體上來說施工技術較為簡單,尤其是在橋面施工工期階段具有一定的優勢,橋面已有空心板在完成拼裝之后就基本完成全部施工過程,因此相對于其他幾種加固方式在施工進度方面具有明顯優勢,能夠盡早恢復交通[4]。其次,根據已有的統計數據顯示,去梁增肋法的施工成本只占到補強層加固法的70%左右,同時也低于粘鋼板法,在成本方法也具有一定的優勢,另外去梁增肋法可以將拆除下來的未發生損傷的空心板進行二次利用,通過這種方式能夠進一步降低材料成本。

2 去梁加肋法在空心板橋加固設計中的應用實踐

2.1 工程概況

尚吉大橋位于福建省長泰縣枋洋鎮境內,該橋與2009年建成,上部結構為5孔20米預應力空心板結構,對該橋的病害情況進行檢測發現,空心板鉸縫失效,橋面鋪裝在鉸縫處的橋面鋪裝出現裂縫,底部也出現了貫通裂縫,局部空心板甚至出現了混凝土碎裂情況,必須要對損傷空心板進行加固處理。

2.2 模型建構

在本次加固設計當中采用MIDAS CIVIL軟件構建去梁增肋計算模型,并對新增梁肋的承載力進行驗算。在模型構建時選擇梁格法進行建模計算,同時將已有空心板與新增梁肋之間的關系定義為鉸接,即通過建立虛擬工字橫梁并釋放梁端約束(空心板與新增粱肋間)來考慮,如圖1所示為該項目所構建的三維有限元模型。

圖1 空心板橋去梁加肋計算模型

2.3 設計參數

在對模型進行計算之前還需要進一步明確相關設計參數,在該工程項目當中所采用的設計參數如表1所示。

表1 設計參數

2.4 計算結果

完成模型構建之后對原有空心板以及新增肋梁的承載力進行驗算,具體計算指標包含在組合設計值、承載力設計值以及抗剪能力設計值工況之下空心板與新增肋梁的彎矩與剪力,計算結果如表2所示。

表2 空心板與新增肋梁承載力驗算結果

2.5 計算結果分析

對表2中的計算結果進行分析可以發現該工程項目經過去梁增肋之后空心板抗彎承載力與抗剪承載力均能滿足二級公路荷載要求,加固設計完成既定任務。但是對承載能力提升幅度進行分析可以發現本次加固設計中承載力富余度并不高,很容易導致二次破壞。但是在進行模型計算之前并沒有將鋪裝厚度計入板厚當中,這必然會導致整體計算結果偏小,因此,筆者認為這種加固方式在承載力富余度方面也并沒有太大的問題。同時在該工程加固設計當中鋪裝設計厚度為250mm,也明顯偏小,可以通過增加鋪裝厚度、抗剪鋼筋以及橫向連接等方式提升整體承載能力[5]。通過這種方式也能避免空心板在車輛荷載作用之下出現因單板受力而導致的開裂與鉸縫損壞現象。

因此,筆者認為采用去梁增肋法對空心板橋進行加固設計不僅能夠滿足承載力的基本要求,同時還可以通過多種方式增加新增肋梁與已有空心板之間的聯系,確保二者之間形成一個完整的整體,通過這種方式橋梁整體的承載力、剛度以及耐久性都可以得到有效的提升[6]。

但是對本文的研究也存在著一定的局限性,在模型計算中僅僅通過承載力驗算對去梁加肋計算方法進行了研究與分析,并沒有對加固前后的剛度變化等進行綜合分析,因此,也存在著一定的片面性,并不能完全真實反映出去梁加肋法的真實效果,設計人員在借鑒本文經驗的同時應該進一步加強研究與分析。

3 結語

目前階段我國已經發生病害的空心板橋相對較多,空心板橋加固設計也成為每個橋梁設計工作者必須要掌握的一項技能。本文對去梁增肋法在空心板橋加固設計中的應用進行了研究與分析,認為去梁增肋法在空心板橋加固中的應用不僅能有效提升空心板橋的整體承載力,同時也能避免二次損壞的出現,應該在設計中進行大力推廣。鑒于筆者水平限制,在此僅為拋磚引玉,希望能對廣大從業人員有所啟發。

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[6]李忠華,楊麗麗,崔永杰.《公路橋梁技術狀況評定標準》應用存在問題及橋梁病害防治措施探討[J].江西建材,2016(03)：209．