胡帥軍, 李澤棟， 石安寧， 鮑 宇

(湖北工業(yè)大學土木建筑與環(huán)境學院， 湖北 武漢 430068)

基于MIDAS/CIVIL的橋梁加固結構分析

胡帥軍, 李澤棟， 石安寧， 鮑 宇

(湖北工業(yè)大學土木建筑與環(huán)境學院， 湖北 武漢 430068)

針對年限較舊，需要維修加固的橋梁，以九江長江大橋公路橋加固改造工程為例，在結構分析軟件 MIDAS 里，建立預應力混凝土簡支T梁模型。為分析引橋T梁施工過程中墩側支架受力情況，在結構建模時將支架同時建立在T梁模型中，按照極端偏載工況、邊跨支架拆除后等工況進行分析，并根據主梁的驗算結果對橋墩和支座進行驗算。

橋梁加固； Midas； 承載力； 驗算

1 工程概況

九江長江大橋位于長江中游的江西、湖北、安徽三省交界處，大橋北接湖北省黃岡市黃梅縣小池鎮(zhèn)，南接江西省九江市，是國道G105和京九鐵路的重要過江通道。九江長江大橋橋位如圖1所示

圖 1 工程地理位置圖

九江長江大橋由正橋和南北兩岸公路、鐵路引橋組成，鐵路橋全長為7676.09 m，公路橋全長4460.122 m(樁號1301+382.345～1305+842.467)。其中正橋為公鐵兩用，兩側引橋各有三跨為公鐵合用，其余橋跨引橋為公、鐵分離的橋梁[1]。九江長江大橋總體布置見圖2。

圖 2 九江長江大橋總平面布置圖

2 加固改造計算分析

2.1結構改造簡述

九江長江大橋引橋為預應力混凝土簡支T梁，T梁標準跨徑為40.7 m，梁長40.668 m，計算跨徑為39.6 m。T梁橫橋向布置8片，間距2.2 m，梁高2.3 m。預制T梁頂面寬1.8 m，翼緣板厚度為17～19.9 cm，濕接縫寬40 cm，厚17 cm；T梁馬蹄底寬64 cm；T梁腹板厚度在支點附近由64 cm變厚至18 cm；每跨跨中及支點處設有橫隔板，中橫隔板厚30～20 cm，端橫隔板厚28～20 cm。

T梁混凝土標號為500級，封頭混凝土標號為400級；預應力鋼束為24根?5 mm高強度鋼絲，孔道直徑為54 mm，邊梁14束，中梁13束。高強度鋼絲fpk=1600 MPa，Ep=2.0×105 MPa，錨下控制應力為0.75fpk。

支座為鋼輥軸支座，單跨上坡端為活動支座，下坡端為固定支座。本次改造后，引橋仍維持簡支結構，跨徑、梁長、計算跨徑均無變化，支座、墩臺、基礎僅進行耐久性維護。主要改造內容為：將橋面布置調整，行車道寬度由14 m拓寬為15 m，人行道寬度由2.25 m減小至1.75 m；新做人行道及欄桿采用鋼結構；在每跨1/4跨位置增設鋼結構橫隔板；重做橋面鋪裝，鋼筋混凝土墊層由5～15.5 cm調整為4.25～15.5 cm，仍為5 cm瀝青混凝土面層[2]。

2.2結構檢算工況

針對引橋T梁加固改造，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)，檢算計算荷載標準為公路-Ⅰ級，按照4種情況(4種工況)進行了全面比較分析：

工況A：現狀結構，梁底不增設預應力碳纖維板，橋梁安全等級為一級；

工況B：結構改造，梁底不增設預應力碳纖維板，橋梁安全等級為一級；

工況C：結構改造，梁底不增設預應力碳纖維板，橋梁安全等級為二級；

工況D：結構改造，梁底增設預應力碳纖維板，橋梁安全等級為一級；

1)現狀結構，指維持現有橋面布置，人行道、欄桿、鋪裝均未改動，主梁共有3道橫隔板。

2)結構改造，指橋面布置改造，行車道加寬，人行道變窄，人行道及欄桿更換為鋼結構、重新鋪裝，主梁增設2道橫隔板后共有5道橫隔板[3]。

3)梁底增設預應力碳纖維板，是指在每跨邊梁及次邊梁的梁底各增設 3 根預應力碳纖維板，型號為 50 mm×3 mm，控制應力f=0.5fpk=0.5×2400 MPa=1200 MPa。

2.3檢算模型

檢算按照梁格法建立整孔模型，利用 midas 軟件進行計算：

現狀模型見圖3。

圖 3 引橋現狀模型

改造后模型見圖4。

圖 4 引橋改造后模型

2.4主要計算參數

計算跨徑：39.6 m(梁長 40.7 m)；梁體混凝土強度：500 號；預應力束：高強度鋼絲，fpk=1600 MPa，Ep=2.0×105 MPa， 錨下控制應力為0.75fpk；橫隔梁：現狀結構 3 道混凝土橫隔梁，改造后增設 2 道鋼結構橫隔梁；支座：剛性支座，一端固定，一端活動；永久作用：梁體混凝土收縮及徐變作用、 高強度鋼絲預加力；梁體自重按26 kN/m3取值；橋面鋪裝及人行道(欄桿)按照改造前后實際計算[4]。

3 計算分析結果

3.1正截面抗彎承載力

各種工況下各片梁正截面抗彎承載力計算結果見表1。由計算結果可知：1)若按照一級安全等級，不采用預應力碳纖維板對T梁進行補強加固，現狀結構、改造結構各片梁跨中正截面抗彎承載力基本滿足規(guī)范要求(不足均在5%以內)。2)若按照二級安全等級，不采用預應力碳纖維板對T梁進行補強加固，改造結構各片梁跨中正截面抗彎承載力均滿足規(guī)范要求，且有4%～8%的富裕[5]。3)若按照一級安全等級，采用預應力碳纖維板對邊梁、次邊梁進行補強加固，改造結構各片梁跨中正截面抗彎承載力均滿足規(guī)范要求，但僅有1%的富裕。

表1 各片梁正截面抗彎承載力計算結果

3.2斜截面抗剪承載力

各種工況下各片梁斜截面抗剪承載能力計算結果見表2 。由計算結果可知：

1)若按照一級安全等級，不采用預應力碳纖維板對T梁進行補強加固，現狀結構、改造結構各片梁變截面Ⅱ抗剪承載力均基本滿足規(guī)范要求(不足均在5%以內)；但是，各梁變截面Ⅰ的截面尺寸均不滿足規(guī)范要求。

2)若按照二級安全等級，不采用預應力碳纖維板對T梁進行補強加固，改造結構各片梁各截面抗剪承載力均滿足規(guī)范要求，且有較大富裕；同時；除2#梁的變截面Ⅰ外，其余各梁各截面尺寸均滿足規(guī)范要求。

3)若按照一級安全等級，采用預應力碳纖維板對邊梁、次邊梁進行補強加固，各片梁各截面抗剪承載力均滿足規(guī)范要求；但是，各梁變截面Ⅰ的截面尺寸均不滿足規(guī)范要求。

表2 各片梁斜截面抗剪承載能力計算結果

4 結論

通過應用橋梁結構有限元分析軟件Midas，建立有限元分析模型，對九江長江大橋引橋T梁模型進行受力分析，新?lián)QT梁的各種最不利荷載效應組合均能滿足規(guī)范的相關要求,承載能力及使用性能均得到明顯改善[6]。對該橋進行了碳纖維加固設計模擬分析，得出如下結論。

1)采用橋面連續(xù)的主要目的是為了減少伸縮縫，提高行車舒適性；采用結構連續(xù)的主要目的除了前述兩點之外，同時也提高了T梁的承載能力。

2)結構連續(xù)后需增設墩頂負彎矩預應力鋼束，考慮到既有T梁翼板較薄、1/4跨出處無橫隔板，負彎矩鋼束的錨固極為困難，結構連續(xù)實現難度太大。

3)在極端偏載工況下的數據顯示，總體來說，T梁的變形均比較小，支架體系具備良好的剛度和強度，能夠抵抗極端偏載的狀況[7]。但應加強該處鋼管與梁體的連接措施，以抵抗拉力，確保施工過程的安全和穩(wěn)定。

[1] 田執(zhí)祥 . 天津開啟橋鋼箱梁半支架懸拼施工技術 [J]. 建筑技術,2012,43(4)：370-373.

[2] Hladik C M, Simmen B. Taste perception and feeding behavior in nonhuman primates and human populations[J]. Evolutionary Anthropology Issues News & Reviews, 1996, 5(2):58-71.

[3] 孫奇娜，李俊峰，王建龍．放射性廢物水泥固化研究進展[J].原子能科學技術,2010(12)：22-30.

[4] 譚永高,陳毅明.裝配式T梁空間分析與平面桿系分析的對比研究[J].交通科技,2007(6)：23-25.

[5] 王富萬,楊文兵.梁格法在橋梁上部結構分析中的應用[J].華中科技大學學報(城市科學版),2006,2(1):34-38.

[6] 周建庭,郝義,沈小俊,等.截面轉換加固T梁橋技術的試驗研究[J].公路交通科技,2006,23(5):45-49

[7] 張廣寅.混凝土簡支梁橋單梁受力病害原因與維修加固措施探討[J]天津建設科技,2010(4):43-45．

[責任編校：張巖芳]

AnalysisofBridgeReinforcementStructureBasedonMIDAS/CIVIL

HU Shuaijun, LI Zedong, SHI Anning, BAO Yu

(SchoolofCivilEngin.,ArchitectureandEnvironment，HubeiUniv.ofTech.，Wuhan430068，China)

Aiming at the old bridges which need maintenance and reinforcement, this paper,taking Jiujiang Yangtze River Bridge highway bridge reinforcement project as an example, establishes the prestressed concrete simply supported T-beam model with the structural analysis software MIDAS. In order to analyze the stress of the pier lateral support during the construction of the bridge T-beam, the bracket is modeled at the same time in the T-beam model, and the analysis is carried out according to the extreme load conditions. According to calculation results of the main beam, the bridge pier and bearing is then checked. The modeling and reinforcement design for the old bridges is of guiding significance in practical engineering.

bridge reinforcement；MIDAS；bearing capacity；solution

2016-10-14

胡帥軍(1992-)， 男， 湖北黃梅人，湖北工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為道路與橋梁工程

1003-4684(2017)05-0042-03

TU997

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