钢筋混凝土简支梁桥横隔板病害分析

钢筋混凝土简支梁桥横隔板病害分析

在钢筋混凝土和预制钢筋混凝土的t梁桥中，横向联系的强度对桥的支撑起着重要作用。如何加强t梁桥之间的横向关系，提高结构完整性是桥梁加固的一个重要课题。在t梁桥的安装中，横截面板在加强结构横向关系方面发挥了重要作用。在传统的桥梁结构设计和计算中，铺装层的影响不考虑在主要结构中的共同力，而忽视了铺装层对结构的影响。随着桥梁覆盖层技术的改进和新材料的应用，河岸覆盖层的耐久性得到提高，人行道涂层和主梁的粘附性得到了提高。对于许多桥梁，应加强铺路层的结构负荷。因此，在加固结构时，应考虑铺路层的重叠效应。T形梁桥通过粘贴钢板方法实现截面转换,成为钢混组合箱形截面,使原来的开口截面转换成为闭口截面,其抗扭惯性矩计算公式发生变化,桥梁的整体性得到提高.T形梁的抗扭惯性矩IT=∑i=1mcibiti‚ΙΤ=∑i=1mcibiti‚箱形截面的惯性矩IT=4Ω2∫▯dst+∑i=1mcibit3i‚ΙΤ=4Ω2∫▯dst+∑i=1mcibiti3‚式中:bi和ti为单个矩形截面的宽度和厚度;ci为矩形截面抗扭刚度系数,根据t/b比值查表;m为梁截面划分成单个矩形截面的块数;Ω为薄壁中线所围的面积.由公式可以得出,由于开口截面和闭口截面的计算原理有着本质上的不同,所以其惯性矩相差也很大,通过截面转换加固T形梁桥,其抗弯、抗扭承载力在得到大幅提高的同时,结构的内力和整体性也得到改善.1工程总结和疾病1.1t梁结构及病害表现八一大桥,建于1984年,大桥全长825.84m,上部结构为钢筋混凝土装配式简支T梁桥,每跨标准跨径22.2m,共37跨,单跨由11片T梁组成,9道横隔板(2道端横隔板、7道中横隔板),主梁高度135cm,腹板高121cm,梁片中心距160cm,横隔板高95cm,横隔板下缘配6根Φ25mm钢筋.桥面净宽为(15.0+2×1.5)m.桥梁设计荷载标准:汽车-20级,挂车-100.全桥病害主要表现为:(1)横隔板病害:病害主要出现在横隔板的连接部位.表现为:①连接段混凝土不密实;②由于预制T梁安装精度问题,相邻横隔板有不共面、错位等现象;③连接钢板焊缝施工质量低劣,焊缝不饱满或脱焊开裂,钢板错位连接,部分钢板焊缝严重脱落;④连接部位下缘混凝土开裂,或连接段分离;⑤横隔板连接段下缘断裂,上缘混凝土松散;⑥部分横隔板下缘主筋及斜筋断裂.(2)桥面铺装病害:①桥面混凝土表面出现10条间距均匀的纵向开裂,且纵向裂缝基本是沿着T梁与T梁之间的接缝处展开,具有明显的规律性;纵向裂缝已贯通桥面,T梁翼缘间有漏水现象;②墩顶桥面连续处桥面混凝土大面积损坏,桥面板出现露筋.本文对八一大桥病害进行力学分析,提出了有效提高桥梁横向联系的加固方案.1.2钢筋横分隔断裂横隔板出现的各种病害虽然和受力有关系,但是经验算,笔者认为运营荷载并不是横隔板钢筋断裂的根本原因.通过对检查资料的认真整理、比对,可以看出横隔板出现较宽裂缝病害与两种病害原因有关:一种是横隔板下部钢筋连接件焊接质量差,焊接部位强度不足,受力后沿焊缝脱开;一种是相邻梁体横隔板不共面,这是钢筋出现疲劳断裂的主要形态.横隔板出现严重病害,甚至导致钢筋疲劳断裂的诱因,是运营荷载的作用,特别是超重车辆的作用;而横隔板连接的施工质量差,没有满足设计要求,则是形成横隔板病害的内在的根本原因.纵向裂缝的产生主要是由于中横隔板破坏后,桥梁在超载车辆作用下T梁翼缘板横向拉应力过大和各T梁在车载作用下变形不协调.装配式T型梁桥的承载能力不足,大部分是由于横向联系薄弱引起的,为了探讨加强横向联系的有效措施,根据国内外现有的桥梁加固技术,现提出三种加强横向联系的方案.方案一:横隔板方案,全跨共设9道横隔板,由横隔板起横向联系的作用.方案二:叠合梁方案,凿除原桥面铺装,更换为叠合梁,加铺15cm整体式桥面铺装,植筋使之与T梁完好粘结,由桥面铺装起横向联系的作用.方案三:T转箱方案,在T梁底部粘贴厚度6mm的钢板,转变结构体系为箱形梁.2有限分析2.1模型建立及计算结果对比方案一模型中简支T梁桥采用梁格法建立有限元模型,不考虑铺装层参与受力(因桥面已有贯穿的纵向裂缝);方案二模型中简支T梁采用实体单元建立有限元模型,横隔板保留.采用实体单元建立模型,假设所有中间横隔板全部破坏,因此模型中只设置端部横隔板.分析中三种方案均按照公路-Ⅰ级车道荷载进行布载,车道荷载由均布荷载和集中荷载组成,公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值qk为10.5kN/m,集中荷载根据跨径计算为Pk为246kN.为了对比分析计算结果,三种方案布载完全一致,如图1所示.T梁相关参数如表1所示.2.2t梁截面转换方案一和方案二在活载作用下结构内力及挠度结果如图1～图9所示,最大应力和最大挠度值见表2.表2结果表明:方案二跨中最大应力值在三个方案中为最小,为5.29MPa,因为桥面铺装与T梁一起受力增加了梁的受力高度;方案三应力值最大,为7.91MPa,因为T梁截面转换之后极大地增加了桥梁的整体刚度;方案二的应力介于两者之间.方案三跨中最大挠度在三个方案中为最小,仅3.2mm,而方案一的挠度达到8.17mm,将近方案一的3倍,可见桥梁加固中体系转换T转箱能极大地增大桥梁的整体刚度.相对于方案一,方案二不仅减小了跨中挠度,同时减小了桥梁的应力水平.结构分析表明:除横隔板外,桥面铺装参与主梁结构受力能起到提高结构横向联系的作用,转变结构体系能极大地提高T梁桥的整体性.3延长和测试3.1钢筋钢板补焊根据对大桥病害的检测和以上分析,综合方案一和方案二以及八一大桥的实际情况,采取了以下维修加固措施:对损坏严重的横隔板进行更换,对焊接质量有问题的钢筋钢板补焊;凿除原桥面铺装层,在主梁顶部钻孔植入钢筋,与新铺装层的钢筋网焊接在一起,以增强梁体整体性,最后再重新浇筑桥面铺装层.3.2荷载卸除效果通过对该桥加固后进行荷载试验,得出如下结论:(1)挠度最大平均校验系数为0.54,应变最大平均校验系数为0.49,校验系数小于1.0,表明结构的整体强度和刚度满足规范要求.(2)各工况下,全部荷载卸除后,最大残余值为4.3%,结构变形的残余值很小,表明结构处于弹性工作状态.(3)跨中断面在试验荷载作用下的最大挠度为6.99mm,小于挠度的最大限制L/1000,满足规范对挠度的要求.(4)加载过程中,T型梁未产生新的肉眼可见的裂缝,已有裂缝在荷载卸除后基本回复原有宽度,说明主梁有一定的弹性工作性能.(5)实测荷载横向分布系数与理论分布系数的变化趋势与竖直都较接近,表明桥梁横向联系良好.(6)该桥的竖向基频约为4.49Hz,桥梁动刚度满足要求,桥梁加固后,跑车时的动力响应明显减弱,表明桥梁整体性与动刚度得到了一定加强.(7)综上所述,该桥达到了公路Ⅰ级的运营要求.4构受力的影响利用有限元实体单元模型对T梁桥三种不同的横向联系的力学性能进行了研究,对三个方案的受力分析结果表明,桥面铺装参与结构受力对大桥受力状态影响很大,可以提