增設(shè)橫隔梁加固T梁橋效果分析

魏春輝

(河北道橋工程檢測有限公司)

1 工程背景

石家莊市東二環(huán)上跨和平路橋于20 世紀90年代建成通車，全橋共7 孔，跨徑為2 ×27 m + (27 m +36.5 m +27 m)+2 ×27 m，上部結(jié)構(gòu)中間三孔為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩側(cè)2 ×27 m 為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁。半幅橋面凈寬16 m，外側(cè)1.25 m 人行道，內(nèi)側(cè)2 m 分隔帶。半幅橫向分為10 片梁，主梁中距1.7 m，沿橋跨縱向共布置3道橫隔梁，其中梁端各1 道，跨中1 道。經(jīng)過近20年的運營，特別是近年來大量超重車輛的通行，兩側(cè)27 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁的中橫隔梁出現(xiàn)了較嚴重的剪切破壞，主梁未見病害。

考慮到該橋原設(shè)計橫隔梁間距過大，橫向聯(lián)系較弱，加固時擬采用以下措施:

(1)針對中橫隔梁病害，在對破碎區(qū)處理后采用增大截面加固;

(2)在T 梁縱向近L/4 和3L/4 附近各增設(shè)1 道中橫隔梁，以增強橋梁整體剛性。

2 加固效果分析

2.1 分析目的及內(nèi)容

為充分了解采用以上加固措施后該橋的整體受力狀況，實施前借助有限元軟件對以下內(nèi)容進行了分析:

(1)加固前、后結(jié)構(gòu)動力特性變化情況，主要關(guān)注結(jié)構(gòu)頻率變化;

(2)加固前、后中橫隔梁應(yīng)力變化情況，了解加固后中橫梁應(yīng)力增減幅度;

(3)加固前、后主梁應(yīng)力變化情況，了解增加恒載后主梁應(yīng)力變化幅度。

2.2 計算模型

依據(jù)結(jié)構(gòu)特點及分析需要，本次借助橋梁計算軟件Midas Civil，采用梁格法建模分析。

(1)單元選擇:T 形主梁、橫隔梁均采用梁單元模擬;

(2)荷載:結(jié)構(gòu)自重按設(shè)計規(guī)范取用;橋面鋪裝、護欄等按梁單元均布荷載施加;汽車荷載采用集中力模擬，共分四級，每級按常用三軸車輛實際尺寸分為6 個集中力施加;

(3)計算工況:為充分了解加固效果，共分為加固前、僅加厚中橫隔梁、增設(shè)橫隔梁距支點1 m、3.15 m、4.15 m、5.15 m、6.15 m、7.15 m、8.15 m、9.15 m、10.15 m、11.15 m、12.15 m 等13 種情況。(為后期分析方便，以上工況均表示為增設(shè)橫隔梁距支點距離，其中0.0 m 表示加固前、0.2 m表示僅加厚中橫隔梁)。

2.3 計算結(jié)果

2.3.1 結(jié)構(gòu)動力特性變化

加固前、后結(jié)構(gòu)頻率變化如圖1 所示。

由圖1 可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量有所增加，而縱向剛度未有變化，所以結(jié)構(gòu)頻率略有降低，但幅度較小。

圖1 加固前后結(jié)構(gòu)頻率變化曲線

2.3.2 中橫隔梁應(yīng)力變化

加固前、后中橫隔梁底緣變化如圖2、圖3 所示。

圖2 加固前后橫隔梁底緣應(yīng)力變化曲線

(1)由圖2 可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，結(jié)構(gòu)在恒載作用下中橫梁底緣應(yīng)力明顯降低，而且隨著增設(shè)中橫梁距支點距離增大，中橫隔梁底緣應(yīng)力逐漸減小，降低幅度近加固前橫隔梁底緣應(yīng)力的50%;

(2)由圖3 可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，在各級活荷載作用下中橫梁底緣應(yīng)力明顯降低，而且隨著增設(shè)中橫梁距支點距離增大，中橫隔梁底緣應(yīng)力逐漸減小，降低幅度近加固前橫隔梁底緣應(yīng)力的50%。

2.3.3 主梁應(yīng)力變化

加固前、后主梁跨中底緣應(yīng)力變化如圖4、圖5 所示。

圖3 加固前后橫隔梁底緣應(yīng)力變化曲線

(1)由圖4 可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，結(jié)構(gòu)在恒載作用下主梁跨中底緣應(yīng)力略有增加，但幅度較小;

(2)由圖5 可以看出，采用增設(shè)橫隔梁加固后，在各級活荷載作用下主梁跨中底緣應(yīng)力略有降低，而且隨著增設(shè)中橫梁距支點距離增大，主梁跨中底緣應(yīng)力逐漸減小，在9m左右最小，而后逐漸增大，但幅度均不大。

圖4 加固前后主梁跨中底緣應(yīng)力變化曲線

3 結(jié) 論

(1)增設(shè)中橫梁在一定程度上增加了結(jié)構(gòu)自重，使結(jié)構(gòu)頻率略有降低，但幅度不大。

圖5 加固前后主梁跨中底緣應(yīng)力變化曲線

(2)增設(shè)中橫梁對降低中橫梁底緣應(yīng)力效果明顯，而且位置越靠近跨中效果越明顯。

(3)增設(shè)中橫梁雖然對提高結(jié)構(gòu)整體剛度有較大幫助，但對降低T 型主梁跨中應(yīng)力效果不大。

［1］黃平明，陳萬春.橋梁養(yǎng)護與加固［M］.北京:人民交通出版社，2009:139－140.

［2］中華人民共和國交通部.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［Z］.2004－10－01.