徐凱燕　鐘健聰

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院　廣州　510650)

T梁病害原因分析及加固方案比選*

徐凱燕鐘健聰

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣州510650)

摘要：結(jié)合實(shí)際工程，通過(guò)計(jì)算分析，對(duì)簡(jiǎn)支T梁橋的病害原因進(jìn)行了探討和分析,提出了針對(duì)性的處理措施與加固設(shè)計(jì)方案,并對(duì)各方案的加固效率、施工安全、造價(jià)等進(jìn)行了論證，得出了最優(yōu)方案.解決了橋梁運(yùn)營(yíng)的安全問(wèn)題.

關(guān)鍵詞：T梁；病害；原因分析；加固方案

徐凱燕(1975- )：男，博士，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)榈缆放c橋梁工程

T梁充分利用了鋼筋的抗拉能力和混凝土的抗壓能力，最大限度的減少了受拉混凝土面積，截面設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理.施工多采用預(yù)制吊裝，施工速度快，吊裝重量輕，在中小跨徑橋梁中得到了廣泛應(yīng)用.T梁借助設(shè)置于跨內(nèi)的橫隔板將數(shù)片主梁聯(lián)成整體，其橫向連接性能相對(duì)薄弱，一般采用橫向分布系數(shù)將其簡(jiǎn)化為單梁進(jìn)行計(jì)算分析.對(duì)有損傷的橋梁，可根據(jù)實(shí)際病害的位置和程度結(jié)合遺傳算法算出其實(shí)際的橫向分布系數(shù)[1].

早期設(shè)計(jì)的T梁由于受經(jīng)濟(jì)水平及設(shè)計(jì)理念影響，安全富余不足，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)，在超載車輛作用下，大部分T 梁都會(huì)出現(xiàn)各種病害.本文結(jié)合實(shí)際的工程案例，就T梁橋病害原因進(jìn)行了深入的計(jì)算分析.對(duì)T梁的加固，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究，主要有被動(dòng)加固的增大截面法[2]、粘貼鋼板法以及主動(dòng)加固的預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固法、預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固法[3].本文將對(duì)以上各種加固方法進(jìn)行綜合比較并選取最適合實(shí)際工程項(xiàng)目的加固方法.

1工程概況

1.1橋梁介紹

某橋建成于1995年，其上部結(jié)構(gòu)由2×20 m鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁組成.其中鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁梁高130 cm，板寬160 cm，腹板厚18 cm，采用25號(hào)混凝土.全橋橫向分為3幅，邊幅由7片鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁、中幅由6片鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁組成；橋面總寬32.86 m.橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100.原設(shè)計(jì)中幅邊梁與邊幅邊梁(7～8#梁間)橫向采用橋面連續(xù)連接方式，相當(dāng)于鉸接.但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此位置內(nèi)邊梁之間結(jié)構(gòu)完全斷開(kāi)，橫向相當(dāng)于獨(dú)立的3座橋.連接方式不同會(huì)引起橫向分布數(shù)值相差較大.橋梁橫斷面見(jiàn)圖1.

圖1　橋梁橫斷面圖(單位：cm)

1.2橋梁病害情況

根據(jù)調(diào)查，該橋主要病害包括:(1)內(nèi)邊梁跨中梁底附近腹板存在混凝土崩裂剝落，鋼筋銹蝕；(2)內(nèi)邊梁翼緣板混凝土破損脫落嚴(yán)重；(3)內(nèi)邊梁間橋面未按設(shè)計(jì)設(shè)置縱縫,3幅橋橋面間沒(méi)有聯(lián)系.

1.3基于現(xiàn)狀的橋梁計(jì)算結(jié)果

對(duì)橋梁建立有限元模型，計(jì)算分析其受力情況.根據(jù)文獻(xiàn)[4]，考慮基于檢測(cè)結(jié)果的承載能力檢算系數(shù)Z1、承載能力惡化系數(shù)ξe、截面折減系數(shù)ξc、ξs，計(jì)算橋梁基于現(xiàn)狀的受力情況.由于三幅橋之間沒(méi)有橫向聯(lián)系，7，8#梁橫向分布系數(shù)最大，限于篇幅，本文只列出受力最大的內(nèi)邊梁承載力計(jì)算結(jié)果,見(jiàn)表1.

表1　內(nèi)邊梁計(jì)算結(jié)果

通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果，可以得出以下結(jié)論.

1) 20 m T梁的內(nèi)邊梁抗彎承載能力不滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 023-85)(以下稱《85規(guī)范》)要求，組合I抗剪承載力滿足《85規(guī)范》，但組合III不滿足《85規(guī)范》要求.

2) 20 m T梁的內(nèi)邊梁抗剪截面尺寸不滿足《85規(guī)范》要求.

2病害原因分析

2.1內(nèi)邊梁腹板崩裂露筋原因分析

T梁跨中位置梁底腹板出現(xiàn)崩裂露筋，根據(jù)計(jì)算結(jié)果結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，判斷T梁開(kāi)裂的主要原因?yàn)椋?/p>

1) 由于中幅邊梁與邊幅邊梁完全斷開(kāi)，汽車活載傳力只能往一側(cè)傳遞，造成內(nèi)邊梁的橫向分布系數(shù)較大.跨中下緣是受力最大的位置，容易產(chǎn)生受力裂縫.

2) 兩幅橋間完全斷開(kāi)，造成橋面不平整，車輛通過(guò)時(shí)，沖擊振動(dòng)大，使混凝土容易剝落.

3) 經(jīng)過(guò)計(jì)算，邊幅內(nèi)邊梁的抗彎承載能力驗(yàn)算不滿足地《85規(guī)范》的要求，承載力欠缺33%，裂縫的計(jì)算寬度也超過(guò)了規(guī)范的規(guī)定值，在超載作用下產(chǎn)生崩裂.

4) T梁腹板截面不滿足規(guī)范的關(guān)于抗剪的最小截面尺寸要求，出現(xiàn)剪切裂縫.

5) 由于以上作用的疊加，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，混凝土剝落，加上雨水從縱縫往下滲，材料惡化，鋼筋銹蝕，承載力進(jìn)一步下降.

2.2內(nèi)邊梁翼緣板破損原因分析

中幅與邊幅間的內(nèi)邊梁翼板破損較為嚴(yán)重，經(jīng)計(jì)算及工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為主要有如下原因.

1) 由于該位置縱縫完全斷開(kāi)，汽車活載傳力只能往一側(cè)傳遞，造成內(nèi)邊梁的橫向分布系數(shù)較大.

2) 由于翼板較薄，兩幅橋面間完全斷開(kāi)，汽車震動(dòng)容易使翼板出現(xiàn)破損剝落.

3) 該位置翼緣板橫向剛度較弱，且處在行車道上，在汽車荷載的長(zhǎng)期沖擊下產(chǎn)生病害.雨水經(jīng)縱縫往下滲，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響較大.

3維修加固方案比選

3.1橫向聯(lián)系加固方案

由以上計(jì)算及病害原因分析可知，T梁橫向聯(lián)系薄弱是造成T梁病害的主要原因，需增強(qiáng)其橫向聯(lián)系.T梁常用的橫向聯(lián)系加固有2種方式，見(jiàn)圖2，其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2.

圖2　橫向連接方式

方案推薦方案比較方案方案描述 通過(guò)橫隔板將兩幅橋內(nèi)邊梁拼接起來(lái),以消除整體撓度差,翼緣板拼接承受翼緣板的局部撓度差;施工時(shí)按設(shè)計(jì)要求將邊梁邊緣橋面鋪裝鑿開(kāi),新舊混凝土接觸面鑿毛處理.新增的橫隔板通過(guò)螺栓及鋼板與內(nèi)邊梁聯(lián)系,采用現(xiàn)澆施工 通過(guò)T梁翼緣端及橋面鋪裝將結(jié)構(gòu)連接起來(lái);鑿除原橋邊梁翼板一定長(zhǎng)度,再將兩幅橋內(nèi)邊梁翼緣板現(xiàn)澆濕接段連成整體結(jié)構(gòu)特性剛接鉸接優(yōu)點(diǎn) 易于安裝,拼接更可靠 施工方便,兩幅橋受力影響較小缺點(diǎn) 對(duì)舊橋腹板有損傷,對(duì)支座不均勻沉降較敏感,對(duì)兩幅橋位移差要求較高 拼接比較薄弱,容易導(dǎo)致橋面開(kāi)裂綜合評(píng)價(jià)較好一般

由表2可知，采用剛接的橫向連接方式加固，結(jié)構(gòu)受力均勻，拼接可靠，且由于橋梁已使用將近20年，3幅橋梁的沉降趨于穩(wěn)定，不會(huì)再產(chǎn)生不均勻沉降，故推薦采用連接方式一,即剛接作為本次加強(qiáng)橫向聯(lián)系的加固方案.

3.2主梁加固方案

加強(qiáng)橫向聯(lián)系可降低橫向分布系數(shù)，使各梁受力均勻.但由于原有T梁尺寸較小，配筋較弱，即使加強(qiáng)橫向聯(lián)系，結(jié)構(gòu)受力還是相對(duì)薄弱，需對(duì)主梁進(jìn)行加固，對(duì)T梁主梁的加固有以下4種方案.

方案一：被動(dòng)加固，增大截面.

在原梁底板下緣增大截面，增加截面高度，并在新增混凝土下布置鋼筋，提高其抗彎承載力.在支點(diǎn)附近增大腹板厚度，使其滿足最小抗剪截面尺寸要求并提高其抗剪承載力.增加外灌注混凝土及布置受力鋼筋，以增大原結(jié)構(gòu)的截面，達(dá)到提高承載能力的目的，見(jiàn)圖3.

圖3　增大截面(單位：cm)

方案二：被動(dòng)加固，粘貼鋼板

在T梁底部粘貼鋼板，提高其抗彎承載能力，在支點(diǎn)附近腹板粘貼鋼板，增加其抗剪承載力.由于T梁底板只有18 cm寬，粘貼鋼板的寬度受限，對(duì)承載能力的提高非常有限，見(jiàn)圖4.

方案三：主動(dòng)加固，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩.

主動(dòng)的預(yù)應(yīng)力加固可以同時(shí)提高主梁的開(kāi)裂荷載、最大承載力，加固后可以使加固材料強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，而且具有很好的延性.對(duì)后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加一定的預(yù)應(yīng)力，從根本上解決了橋梁帶載加固后補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變(應(yīng)力)滯后的先天不足，提高了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的利用效率.常規(guī)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固需大型張拉設(shè)備，張拉力較大，由于本橋混凝土標(biāo)號(hào)較低，對(duì)主梁受力較為不利.故考慮選用當(dāng)今較為先進(jìn)的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩及預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行加固方案的比選，見(jiàn)圖5.

圖4　T梁底板及腹板粘貼鋼板構(gòu)造圖

在T梁底部及兩側(cè)粘貼預(yù)應(yīng)力錨具，安裝、張拉預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩，可以提高主梁的剛度、承載力，使加固材料強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，承載能力明顯提高，而且具較好的延性.預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉、錨固后在梁底及腹板兩側(cè)布置原梁鋼筋骨架的高度范圍內(nèi) ,噴注高性能抗拉復(fù)合砂漿(HTCM),構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系.后噴注的聚合物砂漿具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗混凝土碳化及抗化學(xué)腐蝕能力，可以保護(hù)鋼筋免于銹蝕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性.

方案四：主動(dòng)加固預(yù)應(yīng)力碳纖維板.

高強(qiáng)碳纖維板是一種先進(jìn)的復(fù)合材料，具有耐腐蝕、重量輕(容重只有鋼材的1/5～1/4)、強(qiáng)度高(強(qiáng)度高于高強(qiáng)鋼絲或與之相當(dāng))等優(yōu)點(diǎn).在T梁腹板兩側(cè)粘貼碳纖維板，然后對(duì)其進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，修復(fù)梁的變形和閉合裂紋，提高其承載能力，見(jiàn)圖6.

3.3加固后計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[5]計(jì)算各種加固方案的加固效果，為方案的比選提供計(jì)算依據(jù).內(nèi)邊梁采用各種方案加固后的計(jì)算結(jié)果如下.

方案一：(增加橫向聯(lián)系+增大截面)加固后計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3.

表3　增大截面加固后內(nèi)邊梁計(jì)算結(jié)果

圖5　預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩加固圖(尺寸單位：cm)

圖6　固定端與張拉端(單位：cm)

方案二:(增加橫向聯(lián)系+粘貼鋼板)加固后計(jì)算結(jié)果,見(jiàn)表5.

表4　粘貼鋼板加固后內(nèi)邊梁計(jì)算結(jié)果

方案三:(增加橫向聯(lián)系+體外高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩)加固后計(jì)算結(jié)果,見(jiàn)表6.

表5　預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固后內(nèi)邊梁計(jì)算結(jié)果

方案四:(增加橫向聯(lián)系+預(yù)應(yīng)力碳纖維板)加固后復(fù)算結(jié)果,見(jiàn)表7.

表6　預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固后內(nèi)邊梁計(jì)算結(jié)果

由以上計(jì)算可知，方案一增大截面加固,能大幅提高主梁的抗彎、抗剪承載力及抗剪尺寸對(duì)于的剪力；方案二粘貼鋼板加固，由于T梁腹板較小，粘貼鋼板寬度受限，其抗彎加固效率較低.方案三、四抗彎承載力加固效率較高，但不能改善抗剪承載力及抗剪尺寸對(duì)于的剪力.

3.4維修加固方案比選

對(duì)以上4種維修加固方案進(jìn)行綜合比選，見(jiàn)表7.

比選結(jié)論：由以上的方案比較可知，方案一安全可靠，造價(jià)低，工藝成熟，并可提高安全儲(chǔ)備，雖然植筋對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但只要鉆孔前先探測(cè)受力鋼筋位置，避免對(duì)其造成影響，并盡量減載，可最大程度降低對(duì)原有結(jié)構(gòu)的影響，推薦采用.方案二承載能力提高不多，存在較多的安全隱患，即使加固后，也需定期養(yǎng)護(hù)，容易出現(xiàn)安全事故.方案三、四雖然抗彎加固效率較高，但不能改善抗剪承載力，且施工工藝復(fù)雜，梁體混凝土標(biāo)號(hào)較低，預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)容易壓碎原混凝土，存在安全風(fēng)險(xiǎn).

表7　維修加固方案綜合比選表

4結(jié)束語(yǔ)

T梁病害原因較為復(fù)雜，加固方案有多種.在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)T梁的病害，深入分析其病因，對(duì)癥下藥，才能取得理想的效果[6].本文結(jié)合實(shí)際的工程項(xiàng)目，通過(guò)有限元分析橋梁加固前后的受力情況，分析了不同加固方法的加固效果，并結(jié)合施工安全風(fēng)險(xiǎn)、造價(jià)等因素對(duì)加固方案進(jìn)行綜合比選，得出了最優(yōu)的加固方案，可為以后同類橋梁的維修加固提供參考.

參 考 文 獻(xiàn)

[1]成琛,沈成武,許亮.用鉸接板(梁)法計(jì)算有損傷橋梁的橫向分布系數(shù)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2004，28(2):229-231.

[2]何旭燕.增大截面法加固鋼筋混凝土T梁效果分析[J].鐵道建筑,2009(3):24-26.

[3]卓靜,楊宏.雙層預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固大比例 A 型梁試驗(yàn)研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013(9):799-801.

[4]中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T J21-2011公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2011.

[5]中華人民共和國(guó)交通部.公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范JTG/T J22-2008[S].北京:人民交通出版社,2008.

[6]黃方勤.鋼筋混凝土T梁病害處理措施與加固設(shè)計(jì)[J].城市道橋與防洪,2012(5):117-119.

中圖法分類號(hào)：U445.7+2

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.008

收稿日期：2014-08-20

Disease Analysis and Reinforcement
Scheme Selection of T Beam Bridge

XU KaiyanZHONG Jiancong

(GuangdongCommunicationPolytechnic,Guangzhou510650,China)

Abstract：Combined with practical engineering ,through computational analysis, the reason for the disease of simply supported T beam bridge are conducted in-depth discussion and analysis, specific measures are proposed to deal with the reinforcement design, and strengthening the efficiency of the programs, construction safety, cost, etc. were demonstrated.The optimal solution is obtained.

Key words：T beam;disease;analysis；reinforcement schemes

*廣東省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目資助(批準(zhǔn)號(hào)：2011-02-005)