某T 形剛構(gòu)橋病害及加固方法

丁玉平

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200000)

1 T構(gòu)常見病害分析

T形剛構(gòu)是20世紀(jì)80年代在我國大量采用的一種大跨度橋梁結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營，現(xiàn)在很多都存在一定的通病，總結(jié)如下:

1)T構(gòu)懸臂端下?lián)?，幾乎所有的T構(gòu)在運(yùn)營一段時(shí)間后都存在該類病害，其主要原因是主梁縱向預(yù)應(yīng)力損失和混凝土材料的收縮徐變。

2)頂部和底板的縱向裂縫，該類裂縫多發(fā)于橋墩位置的主梁，主要原因是材料的泊松效應(yīng)。

3)腹板和橫隔板裂縫，該類裂縫主要是由于受力引起的。

2 加固方法

T構(gòu)上述病害中，最核心的問題是主梁懸臂端的下?lián)?，該下?lián)鲜怯捎谠陂L期荷載作用下混凝土的收縮徐變產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失和預(yù)應(yīng)力鋼絲的應(yīng)力松弛引起的。一般在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)都會考慮到這兩方面的因素，但是受施工、材料、工期和外部荷載等多方面的影響，結(jié)果往往不盡如人意。以往建造的預(yù)應(yīng)力T形剛構(gòu)大多有此類現(xiàn)象發(fā)生。主要的加固方法是采用體外預(yù)應(yīng)力補(bǔ)充結(jié)構(gòu)運(yùn)營期間產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失，因此體外預(yù)應(yīng)力度的控制就是核心問題，本文建議通過活載等代應(yīng)力法控制體外預(yù)應(yīng)力度。

3 工程案例

3.1 工程概況

某橋主橋?yàn)閮蓚€(gè)各長78.95 m的懸臂T構(gòu)，箱形截面，轉(zhuǎn)體墩，3×16 m掛梁(預(yù)應(yīng)力混凝土T梁)，引橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土空心板。橋梁跨徑組成為:3×20 m+9.46 m+16 m+16×20 m+(16 m+79 m+16 m+79 m+16 m)+16×20 m，見圖1。

橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為:

1)荷載等級:汽車—20級，掛車—100。

2)橋面凈寬:凈—2×(1.5 m緊急停靠帶+7.5 m行車道+0.5 m 分隔帶)。

圖1 橋型布置

主要材料:

1)混凝土:T構(gòu)箱梁及T構(gòu)墩身采用50號混凝土，掛梁、簡支預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁采用40號混凝土，鋼筋混凝土蓋梁、承臺采用30號混凝土，分隔帶、防撞護(hù)欄、柱式墩臺樁基采用25號混凝土。

2)鋼筋:預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用270級φj15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rb≥1 860 MPa，非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋和Ⅰ級鋼筋。

3.2 病害情況

該橋經(jīng)過15年的運(yùn)營，目前存在的主要病害為:

箱梁頂板內(nèi)表面、底板外表面出現(xiàn)了較多的縱向裂縫。左、右側(cè)腹板內(nèi)表面出現(xiàn)了較多的豎向裂縫。橫隔板內(nèi)表面也出現(xiàn)了一定數(shù)量的豎向裂縫。底板外表面的縱向裂縫主要集中出現(xiàn)在T構(gòu)主墩兩側(cè)和牛腿附近處，裂縫寬度最寬處達(dá)到0.6 mm，大部分裂縫寬度集中在0.2 mm左右，而頂板內(nèi)表面的縱向裂縫則分布比較分散，縫寬也多集中在0.1 mm～0.2 mm之間。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算

1)主要材料參數(shù)選取。主梁采用C50混凝土，混凝土比重26 kN/m3，C50 混凝土彈性模量為 3.45 ×104MPa，混凝土材料的收縮徐變特性全部按照規(guī)范規(guī)定取值。

預(yù)應(yīng)力采用鋼絞線束施加，鋼絞線彈性模量取1.95×105MPa，鋼絞線采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度1 860 MPa，根據(jù)原設(shè)計(jì)的計(jì)算模式，頂?shù)装邃撌鴱埨坎捎脴?biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的75%，為1 395 MPa。

2)結(jié)構(gòu)模型建立。根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性原則，本次計(jì)算取半個(gè)T構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，將半個(gè)T構(gòu)離散為13個(gè)梁單元，14個(gè)節(jié)點(diǎn)。單元劃分見圖2。

圖2 單元劃分示意圖

本次計(jì)算階段劃分與竣工圖圖紙所述基本一致，見圖2。

4.2 分析結(jié)論

該橋設(shè)計(jì)荷載為汽車—20級，掛—100驗(yàn)算，設(shè)計(jì)荷載等級不高。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，該橋目前實(shí)際日交通量很大，且重車混入率較高，橋梁長期處于高負(fù)荷的運(yùn)營狀態(tài)。

當(dāng)前T構(gòu)下?lián)系闹饕蚴腔炷潦湛s徐變和預(yù)應(yīng)力鋼絲的應(yīng)力松弛引起的有效預(yù)應(yīng)力損失。

5 加固方案和分析

5.1 方案簡介

加固設(shè)計(jì)擬采取在T構(gòu)箱梁內(nèi)頂板上設(shè)置齒板，通過增加體外預(yù)應(yīng)力的方法來達(dá)到減少T構(gòu)在懸臂端的下?lián)虾驮鰪?qiáng)T構(gòu)主梁承載能力的目的。增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力的另一目的是考慮加固過程中需通過橋面鋪裝來調(diào)整縱坡，因而T構(gòu)箱梁會因懸臂端下垂而使橋面鋪裝層厚度增加所引起附加內(nèi)力。體外束的設(shè)置形式如圖3所示，考慮便于施工與體外預(yù)應(yīng)力效果最大化，體外預(yù)應(yīng)力擬設(shè)置于頂板下緣(直束)。

圖3 體外預(yù)應(yīng)力鋼束布置

5.2 分析結(jié)論

懸臂端下?lián)现饕蛩厥侵髁簝?nèi)有效預(yù)應(yīng)力損失和混凝土收縮徐變。采用了體外預(yù)應(yīng)力法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)是合適恰當(dāng)?shù)?，通過計(jì)算分析，布置體外束后，在最不利荷載組合下，結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，有效的改善了T構(gòu)受力。

6 結(jié)語

帶掛孔的預(yù)應(yīng)力T形剛構(gòu)，是我國二十世紀(jì)七八十年代為了進(jìn)一步增大橋梁跨徑而又限于當(dāng)時(shí)的橋梁修建技術(shù)而得到廣泛應(yīng)用的橋型結(jié)構(gòu)。通過多年使用后，該類型橋梁結(jié)構(gòu)通病逐漸顯現(xiàn)，特別是懸臂端下垂過大，對結(jié)構(gòu)受力非常不利。本文通過一個(gè)實(shí)際工程實(shí)例，介紹了通過體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固的方法，并通過有限元分析證明了該方法可行，可為類似工程提供參考。