采用橋面鋪裝加固混凝土簡支梁橋研究

張興民++仇成竹++揚升++汪亞東++李凱

摘 要：混凝土簡支梁橋車輛超載問題普遍存在，該文針對因超載而影響使用的橋梁進(jìn)行了分析計算，并采用有限元軟件Midas civil進(jìn)行數(shù)值模擬，采用鋼筋混凝土橋面鋪裝方法對橋梁進(jìn)行加固，橋面鋪裝不只是鋪裝層，同時作為結(jié)構(gòu)層參與結(jié)構(gòu)受力，使原簡支體系因而轉(zhuǎn)換為連續(xù)體系梁橋，針對內(nèi)力分析后對支點截面進(jìn)行配筋，經(jīng)驗算滿足橋梁承載及使用要求。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 加固 承載力 截面

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0070-02

現(xiàn)階段，運輸車輛尤其是運輸建筑材料車輛超載是普遍存在的問題，超載50%～80%是比較保守的估計。近年來，吉林、北京、廣州、寧夏等地多次發(fā)生超載所引發(fā)的橋梁倒塌事故，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，混凝土簡支梁橋是橋梁最常用的橋型之一，橋梁倒塌更多時候是多次超載的結(jié)果，如果對出現(xiàn)問題不嚴(yán)重的簡支梁橋進(jìn)行必要的加固，提高其承載力，則會避免橋梁因為超載問題而引發(fā)的倒塌問題。

1 橋面鋪裝加固機理

針對簡支梁橋，如果由于一些原因如超載引起主梁剛度和撓度超出規(guī)范要求，但還不是很嚴(yán)重的情況下，是可以通過加固對結(jié)構(gòu)進(jìn)行增強，常規(guī)加固方法有粘貼鋼板加固法、碳纖維加固法、增大截面法、預(yù)應(yīng)力加固法等，但這些方法工藝相對比較麻煩，而且費用較大。舊橋歷經(jīng)幾年后，橋面鋪裝大多與行車道板粘結(jié)出現(xiàn)問題。鑒于上述原因，該文采用鋼筋混凝土作為橋面鋪裝，在去除原橋面鋪裝后加鋪在行車道板上，并采取措施確保其施工質(zhì)量。

原橋?qū)儆诤喼湫土簶?，在去除原鋪裝并加鋪一定厚度鋼筋混凝土后，橋面鋪裝不只是鋪裝層，而同時作為結(jié)構(gòu)層參與結(jié)構(gòu)受力，使原簡支體系因而轉(zhuǎn)換為連續(xù)體系梁橋，因此，原主梁荷載產(chǎn)生的跨中正彎矩大大減少，這樣相當(dāng)于增大了主梁的承載力，同時在支座處會產(chǎn)生負(fù)彎矩，由加鋪的鋼筋來滿足承載要求，從而保證這個梁橋的整體承載力。

2 擬加固橋梁原設(shè)計情況及出現(xiàn)問題

擬加固橋梁位于遼寧省沈陽市沈北新區(qū)福州路（見圖1），該橋為三跨（30 m×3）預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱型梁橋，公路等級為II級，雙向雙車道，橋面布置為0.25 m欄桿+1.0 m路肩+3.50 m×2行車道+1.0 m路肩+0.25 m欄桿。經(jīng)查詢原橋梁設(shè)計文件得知，用可變荷載頻遇值計算的主梁長期的跨中最大豎向撓度為3.25 cm，荷載產(chǎn)生的裂縫寬度為0.05 mm。橋梁建于2005年，但因車輛超載出現(xiàn)了問題，經(jīng)檢測，三跨主梁跨中均出現(xiàn)0.13～0.16 mm的裂縫，主梁最大撓度為4.25 cm，均超出《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）規(guī)范要求。如不進(jìn)行加固，則存在問題會更加突出而威脅橋梁安全。

3 數(shù)值模型與原橋梁設(shè)計比較

為了分析解決問題，采用橋梁有限元軟件Midas civil進(jìn)行建模，并進(jìn)行加載求解。

具體過程如下：（1）結(jié)構(gòu)類型材料選擇；（2）材料特性及連接；（3）截面設(shè)定；（4）節(jié)點及單元模型建立；（5）構(gòu)件理論厚度計算；（6）自重、鋪裝、預(yù)應(yīng)力以及車輛荷載施加；（7）PSC截面鋼筋施加；（8）施工階段定義；（9）移動荷載分析控制；（10）運行求解以及PSC設(shè)計運行。

其中，截面選用等截面單箱單室，主梁單元采用梁單元，鋪裝采用板單元，預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了鋼束特性值、鋼束布置形狀及預(yù)應(yīng)力荷載設(shè)置，在PSC設(shè)計中，添加了截面普通鋼筋（縱筋和箍筋等）。

經(jīng)運行求解，所設(shè)計簡支箱型梁橋施工階段、使用階段各項指標(biāo)符合設(shè)計要求，其中，主梁長期撓度值為2.89 cm，裂縫寬度為0.05cm，均很接近原橋梁設(shè)計情況。由此可見，采用Midas civil所建立的數(shù)值模型是可靠的，能夠比較真實地模擬結(jié)構(gòu)的受力情況。

4 橋面鋪裝加固橋梁過程

針對主梁存在的剛度及裂縫問題，采用加鋪鋼筋混凝土鋪裝的方法來加以解決。首先，采用鑿除機械去除原橋面鋪裝，并進(jìn)行鑿毛處理。其次，將橋梁看作三跨連續(xù)梁并添加自重、二期恒載、移動荷載、預(yù)應(yīng)力以及超載（其中超載按照80%車道荷載計算），加鋪鋼筋混凝土板厚擬定15 cm，計算出每跨跨中正彎矩以及支點負(fù)彎矩，加固前后數(shù)據(jù)對比見表1。

經(jīng)對比，橋梁加固后跨中彎矩小于加固前，因而跨中不需要增加配筋，但支點截面處需要配筋。由計算公式可算出鋼筋面積，取配筋3022HRB400，在PSC截面鋼筋中添加，完善模型設(shè)置后進(jìn)行求解，得到橋梁最大撓度發(fā)生在中跨，f=1.74 cm滿足規(guī)范要求（見圖2）。在查看荷載組合后，進(jìn)行PSC求解設(shè)置，經(jīng)計算得到中跨跨中裂縫寬度為0.04 m，滿足規(guī)范要求。在PSC設(shè)計表格中查看使用階段正截面壓應(yīng)力驗算及抗彎驗算，斜截面主壓應(yīng)力及抗剪驗算，施工階段正截面法向應(yīng)力驗算，受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗算均滿足要求。因此，該橋經(jīng)加鋪鋼筋混凝凝土加固后能夠在超載80%車道荷載情下正常使用。

5 結(jié)語

該文針對在超載下剛度及裂縫存在問題的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱型梁橋進(jìn)行了新的加固形式的研究，經(jīng)數(shù)值模擬試驗，驗證了在行車道板上加鋪一定厚度鋼筋混凝土后，橋梁由簡支體系轉(zhuǎn)為連續(xù)體系，橋梁主梁剛度和裂縫得到明顯改善，并在超載情況下能夠正常運行。

此外，對于新建橋梁，尤其是城市橋梁，應(yīng)該適當(dāng)提高設(shè)計荷載，增加橋梁的冗余度，從而延長橋梁的使用年限。

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