在役簡支梁橋加固后力學性能研究

袁和旭

（中鐵城際規劃建設有限公司安徽分公司，安徽 合肥）

引言

作為中小跨徑橋梁的主力橋型，簡支梁橋具有結構形式簡單、施工高效等特點，已在我國早期橋梁建設中普遍應用。然而，受環境與超載等影響，以前修建的部分簡支梁橋損傷嚴重，已無法適應現代交通發展的需求。相比新建，橋梁加固不僅可以節約投資成本，而且對周圍交通影響較小。加固后結構力學行為事關橋梁服役安全，已受到相關學者的廣泛關注[1-2]。其中，徐行軍[3]以某簡支T 梁橋為項目依托，改進了現有簡支梁橋粘貼鋼板加固技術。范鋒[4]通過比較簡支T 梁加固中常用的三類方法，分析了各種方法的適用條件。最近，劉碧珣[5]總結了高速公路橋梁的常見病害及形成原因，并針對各類病害提出了相應加固方法。現有研究豐富了橋梁加固理論，然而橋梁加固是一個系統工程，至今仍處于不斷完善階段。為此，本文以鏡湖區和尚橋為工程背景，結合最新檢測結果，通過建立橋梁結構有限元模型研究了在役簡支梁橋加固后的力學性能。

1 工程概況

鏡湖區荊十公路和尚橋位于方村街道，跨越方村河。該橋于1995 年10 月建成通車，目前已運營27年。橋梁全長為116.08 m，上部結構采用5×20 m 鋼筋混凝土T 型梁，每跨6 片T 型梁，主梁結構體系為結構簡支、橋面連續。橋面寬度為9.4 m，橫向布置為1.2 m（輕質鋼欄桿及人行道）+7.0 m（機動車道）+1.2 m（輕質鋼欄桿及人行道）。下部結構橋臺采用重力式橋臺，橋墩采用雙柱式橋墩。橋面鋪裝采用混凝土鋪裝，支座采用板式橡膠支座；全橋伸縮縫采用型鋼伸縮縫。橋梁設計荷載標準為汽-20 級。圖1 和圖2 分別為和尚橋橋型布置和橫斷面。

圖1 和尚橋橋型布置（cm）

圖2 和尚橋橫斷面（cm）

2 主梁病害分析

根據《和尚橋特殊檢查報告》（蘇交科集團檢測認證有限公司，2021 年07月），和尚橋上部結構檢查中發現：T 梁翼板出現13 處破損露筋，面積為5.09 m2，露筋長0.5m，1 處脫模露筋，面積為1.8 m2，露筋長0.3 m；底板出現1 處脹裂露筋，長度為0.4 m，1 處破損，面積為0.06 m2，1 處加固板脫節；腹板出現5 處破損露筋，面積為0.65 m2，露筋長0.8 m，多處脹裂露筋，面積為0.06 m2，露筋長8.0 m，出現5 條豎向裂縫，總長度為5.6 m，裂縫寬度均＜0.15 mm，出現2 條水平裂縫，總長度為3.9 m，裂縫寬度均≥0.15 mm。部分主梁病害見圖3。

圖3 主梁病害

根據現場檢測數據，檢測構件中蓋梁混凝土強度推定值在41.2～42.9 MPa之間，T 梁混凝土強度推定值在45.1～52.3 MPa 之間。

3 主梁加固后力學性能分析

3.1 主梁抗彎驗算

本文采用有限元分析軟件MIDAS CIVIL 對和尚橋改造后的主梁進行建模驗算，分析中結構重要性系數為1.1，設計荷載為公路-Ⅱ級，溫度荷載為整體升溫23.3 ℃、整體降溫21.7 ℃。主梁采用組合截面建立梁格模型，共劃分101 個單元，105 個節點。所建立的有限元模型如圖4 所示。

圖4 和尚橋主梁結構模型

荷載基本組合下主梁內力包絡見圖5，其中圖5（a）為彎矩包絡，圖5（b）為剪力包絡。

圖5 和尚橋主梁內力包絡

按照《公路鋼混組合橋梁設計與施工規范》（JTG/T D64-01-2015）第7.2.1條對鋼梁進行抗彎承載力驗算，驗算結果見圖6。

圖6 荷載基本組合下鋼梁正應力包絡（MPa）

主梁抗彎承載力驗算結果見表1。

表1 主梁抗彎承載能力驗算結果

3.2 主梁抗剪驗算

按照《公路鋼混組合橋梁設計與施工規范》（JTG/T D64-01-2015）第7.2.2條對鋼梁進行抗剪承載力驗算，持久狀況承載能力極限狀態剪力包絡見圖7。

圖7 久狀況承載能力極限狀態剪力包絡（MPa）

主梁抗剪承載力驗算結果見表2。

表2 承載能力組合主梁抗剪驗算

基于上述驗算結果，可以斷定加固后簡支梁橋主梁的抗彎、抗剪承載力均滿足規范要求，處于安全狀態。

4 結論

橋梁加固對保障在役橋梁結構安全具有重要意義。本文依托鏡湖區和尚橋，結合檢測結果，建立了橋梁結構有限元模型，并以此研究了在役簡支梁橋加固后的力學性能。結果表明該簡支梁橋加固后主梁承載力滿足規范要求，即加固后的主梁結構處于安全狀態。

參考文獻究[J].四川建材，2023，49（10）：173-175.

[2]沈偉.舊橋檢查評定及加固處治設計[J].福建交通科技，2022（9）：91-94.

[3]徐行軍.簡支梁橋加固與技術改造[J].江西建材，2021（11）：157-158.

[4]范鋒.采用粘貼鋼板加固和增大截面法加固簡支梁舊橋效果分析[J].福建交通科技，2022（1）：69-72.

[5]劉碧珣.高速公路橋梁常見病害與加固探析[J].交通科技與管理，2023，4（18）：75-77.