某橋承載能力現狀及加固建議

國家祥

（中國鐵路北京局集團有限公司秦皇島工務段，河北 秦皇島 066000）

1 概述

鋼筋混凝土T梁橋具有結構簡單、施工方便及受力明確等優點，主要應用在距離較短的中小型橋梁建設中。橋梁在運營過程中，會受到周邊環境、可變荷載及結構自身材料性能的影響，導致結構出現不同程度的病害，最終降低T型梁的受力以及車輛的安全運行。因此，為了保證橋梁的安全運營，延長其使用壽命，滿足當今日益增長的交通運輸需求，對在役橋梁的使用情況進行技術狀況及承載能力評定，并提出相應的養護維修對策尤為重要[1-4]。

2 工程概況

某鋼筋混凝土T梁橋全長36m，跨徑布置為3×12m。該橋為斜橋，路線與水流方向之間的斜交角度為30°。橋面總寬為1m+7m+1m=9m。

該橋上部結構為整體現澆的鋼筋混凝土T型梁，梁高1.5m，沿橫橋向布置6片；第1跨0#橋臺處設置1片斜梁，斜梁高1.3m，斜梁一端與T梁連接，另一端與端橫隔板連接，斜梁、T梁與端橫隔板之間形成一片三角形搭板區域；沿順橋向在每跨中間設置6道橫隔板；下部結構為圓端形重力式橋墩和橋臺。

3 橋梁技術狀況等級評定

3.1 橋梁主要病害

該橋橋面系組成分別為橋面鋪裝、人行道、護欄、排水設施等，病害主要為橋面鋪裝有橫向貫通開裂現象、泄水孔全部堵塞、人行道鋼護欄多處銹蝕、人行道多處破損、T梁翼緣的底面以及腹板的側面均存在混凝土破損和露筋現象。

3.2 橋梁技術狀況評定

該橋上部結構的組成部件為T型主梁（重要構件）、橫隔板（一般構件），下部結構的組成部件為橋墩、橋臺及墩臺基礎，橋面系組成部件為橋面鋪裝、人行道、護欄及防排水系統。依據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）中分層綜合評定法計算，該橋技術狀況得分為84分，技術狀況評定為2類。其中，上部結構得分為84分，技術狀況評定為2類；下部結構得分為92分，技術狀況評定為2類；橋面系得分為67分，技術狀況評定為3類。為了更加全面地評定該橋的健康狀況，從而制定周全可行的加固養護方案，應檢算該橋當前實際承載能力。

4 基于現狀的承載能力檢算評定

4.1 承載能力檢算系數Z1的確定

承載能力檢算系數Z1是根據結構或構件的實際技術狀況，對結構或構件的抗力進行相應的折減或提高[5]。根據目前該橋的整體技術狀況，首先確定其結構技術狀況評定值D=2.3，在此基礎上根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）確定結構承載能力檢算系數Z1=1.07。

4.2 有限元模型及計算參數的確定

該次計算考慮了結構恒荷載和汽車荷載等方面荷載對結構承載能力的影響，各種荷載標準值均參照《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021—89）選取，汽車荷載選取六軸車（80t）荷載等級，其荷載等級示意圖如圖1所示。該橋的重要性系數取1.0；該橋橋面凈寬7m，按2車道設計。由于通行車輛噸位超出設計荷載，因此在驗算時按單車道計算，即當運輸設備車輛通過該橋時，只允許1輛車通行。

圖1 六軸車（80t）荷載等級示意圖（截面尺寸單位：mm）

其中，汽車荷載布置方式為偏載和中載對稱布置，分別驗算主梁和斜梁（斜梁只進行偏載布置）的承載能力極限狀態是否滿足通行要求。組合工況如下：

組合1：1.2恒載+1.4汽車荷載（偏載）；

組合2：1.2恒載+1.4汽車荷載（中載）；

組合3：1.2恒載+1.4汽車荷載（斜梁偏載）。

4.3 基于檢算系數Z1的承載能力評定

對T梁和斜梁進行極限承載能力驗算時，主梁截面如圖2～圖4所示，斜梁截面如圖5所示，各片T梁縱筋布置為4Φ32，箍筋布置間距為Φ8@100mm。對于不同截面形式的主梁要綜合考慮組合1和組合2兩種組合工況下的最不利受力情況，對于斜梁要考慮組合3工況下的最不利受力情況。

圖2 左邊梁截面（單位：mm）

圖3 右邊梁截面（單位：mm）

圖4 中梁截面（單位：mm）

圖5 斜梁截面（單位：mm）

（1）正截面抗彎承載力。根據《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021—89）計算出主梁最大荷載效應值為1063.6kN·m，斜梁最大荷載效應值為800kN·m，搭板最大荷載效應值為18kN·m。依據有限元模型，在組合1作用下的主梁最不利荷載效應最大值為1079.7kN·m，安全系數為0.98；在組合2作用下的主梁最不利荷載效應最大值為1005.0kN·m，安全系數為1.1；在組合3作用下的斜梁最不利荷載效應最大值為411.5kN·m，安全系數為1.9；搭板最不利荷載效應最大值為91.4kN·m，安全系數為0.2。由上述結果可知，該橋主梁的抗彎承載能力基本滿足六軸車（80t）荷載等級的通行要求，但是三角形搭板區域的抗彎承載能力不滿足六軸車（80t）荷載等級的通行要求。

（2）斜截面抗剪承載力。根據《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021—89）計算出主梁最大荷載效應為501.2kN，斜梁最大荷載效應為483.5kN，搭板最大荷載效應為123.0kN。依據有限元模型，在組合1作用下的主梁最不利荷載效應最大值為701.3kN，安全系數為0.71；在組合2作用下的主梁最不利荷載效應最大值為528.3kN，安全系數為0.95；在組合3作用下的斜梁最不利荷載效應最大值為284.0kN，安全系數為1.7；搭板最不利荷載效應最大值為192.1kN，安全系數為0.64。由上述結果可知，該橋主梁、三角形搭板區域的抗剪承載能力均不滿足六軸車（80t）荷載等級的通行要求。

5 加固及養護

根據橋梁現有的病害及評定的技術狀況等級，對其后期的養護維修提出以下建議：

（1）該橋T梁翼緣底面及腹板側面存在混凝土破損、露筋現象，建議鑿除露筋區域附近的開裂或破損混凝土，對裸露鋼筋除銹，采用環氧砂漿重新澆筑保護層。

（2）由于T梁箍筋直徑較小且間距較大導致抗剪能力不足，建議對T梁L/4與支點之間的梁段進行抗剪加固，加固方式可采用粘貼鋼板條、碳纖維布等。

（3）由于三角形搭板區域的抗彎和抗剪承載能力均不滿足重車的通行要求，建議在搭板區域下方增設縱橫梁結構，提高其抗彎和抗剪承載能力。

6 結束語

（1）全橋技術狀況等級為2類，得分為83.9分；主要病害為橋面鋪裝縱橫向開裂及T梁翼緣多處混凝土剝落露筋。

（2）在最不利荷載組合作用下，上部結構T梁的抗彎承載能力基本滿足80t重車的通行要求，但T梁的抗剪承載能力及三角形搭板區域的抗剪和抗彎承載能力均不滿足通行要求，應對該橋采取加固措施。

（3）文章針對鋼筋混凝土T梁橋的病害提出了有效的維修加固措施，可為同類橋梁的承載能力檢測評定及加固養護提供參考。