增大截面法在簡(jiǎn)支T梁橋加固中的成效分析

■李高良

（三明市公路局，三明 365001）

增大截面法是針對(duì)簡(jiǎn)支T梁橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性能不足時(shí)采用的加固方案，該方法主要通過(guò)增大截面面積、增配鋼筋來(lái)提高簡(jiǎn)支T梁橋的結(jié)構(gòu)性能和承載能力，具有施工簡(jiǎn)便、成本低、可不中斷交通等特點(diǎn)。本文以某普通鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁為例，闡述增大截面法在簡(jiǎn)支T梁橋加固中的成效。

1 工程概況及病害描述

某普通鋼筋混凝土T梁橋全長(zhǎng)69.04m，橋中心樁號(hào)為K201+448，原橋?yàn)?3×20m（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支，橋面連續(xù)）普通鋼筋混凝土T梁橋，梁高130cm，橋?qū)?2.5m，每跨由7片鋼筋混凝土T梁組成。樁柱式橋墩，U型橋臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋梁原設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100。

2014年6月，業(yè)主組織對(duì)該橋進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，主要病害情況有：上部結(jié)構(gòu)主梁有大量橫向裂縫，寬度為0.1～0.2mm；主梁翼緣板下緣有混凝土剝落、露筋銹蝕現(xiàn)象；0號(hào)臺(tái)處梁端有鉸縫開(kāi)裂、滲水。下部結(jié)構(gòu)的3號(hào)臺(tái)前墻有豎向裂縫，蓋梁側(cè)翼底面存在脹裂。橋梁強(qiáng)度和剛度均不能滿足規(guī)范要求，行車舒適性差，承載力不能滿足汽-20，掛-100級(jí)荷載等級(jí)的通行要求。橋梁評(píng)定為三類橋梁，于2015年3月對(duì)該橋加固設(shè)計(jì)并改造。

2 加固設(shè)計(jì)

根據(jù)該橋的病害情況和荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，梁體端部腹板斜截面抗剪能力滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)主要考慮抗彎加固，通過(guò)在梁體跨中腹板兩側(cè)增設(shè)“馬蹄”并布置縱向受力鋼筋 ，使新老鋼筋共同抵抗活載作用，降低鋼筋活載應(yīng)力幅值的同時(shí) ，提高結(jié)構(gòu)抗彎承載能力 。主要加固項(xiàng)目如下：在跨中梁肋下緣增大截面加固，設(shè)計(jì)的受力鋼筋為雙排10根Φ22鋼筋和6根Φ12的架立筋、混凝土為C40自密實(shí)混凝土，如圖2和3所示；在蓋梁順橋向左右兩側(cè)增大截面，并增設(shè)主筋及斜筋；全部橫隔板采取鑿除原C25舊混凝土，重新澆筑C40自密實(shí)混凝土進(jìn)行處理；鑿除原橋橋面鋪裝混凝土，重新進(jìn)行橋面鋪裝。

圖1 橋型布置圖

圖2 T梁橫斷面圖

圖3 T梁底部增大截面大樣圖

3 加固前后承載能力性能分析

3.1 靜載試驗(yàn)

3.1.1 荷載對(duì)象及試驗(yàn)荷載

為比對(duì)該橋的加固改造效果，在加固改造前后采用相同的荷載分別對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，理論模型采用加固前。加固前檢測(cè)時(shí)間為2014年6月，加固完工改造時(shí)間為2015年5月，加固后檢測(cè)時(shí)間為2015年6月。該橋原設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，本次試驗(yàn)車輛選取4輛重約35T重三軸載重貨車。根據(jù)橋梁的病害情況，選取試驗(yàn)跨為第1跨，試驗(yàn)斷面為主梁跨中（I-I）內(nèi)力控制截面共兩個(gè)試驗(yàn)工況（見(jiàn)表1）。

表1 靜力荷載試驗(yàn)加載工況

3.1.2 測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)孔選擇在1#孔進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)，應(yīng)力和撓度測(cè)試斷面選擇在1#孔跨中（I-I截面）梁底。7片T梁自上游向下游依次編號(hào)為 1、2、3、4、5、6、7。 詳見(jiàn)圖 4～6。

3.1.3 撓度測(cè)試結(jié)果

加固前后采用相同的試驗(yàn)荷載，在相同位置測(cè)試截面各測(cè)點(diǎn)的撓度值，加固前后各測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)測(cè)撓度與理論值比較見(jiàn)表2。

圖4 測(cè)試斷面圖布置示意圖

圖5 I-I截面撓度測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

圖6 I-I截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

表2 加固前后試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙刃ｒ?yàn)系數(shù)

由表2可以看出，在試驗(yàn)荷載作用下，該橋加固前跨中截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度校驗(yàn)系數(shù)為1.04～1.28，不滿足規(guī)范要求；加固后，跨中截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.73～0.91，滿足規(guī)范要求；加固后實(shí)測(cè)撓度值下降2.0～5.2mm，各測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)降低22%～39%，平均降低30%左右，說(shuō)明結(jié)構(gòu)截面承載能力增加30%左右。

3.1.4 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

加固前應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在舊混凝土T梁梁底，加固后測(cè)點(diǎn)布置在T梁梁底新混凝土表面，采用相同的試驗(yàn)荷載，加固前后各測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論值比較見(jiàn)表3。

由表3可以看出，在試驗(yàn)荷載作用下，該橋加固前跨中截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.89～1.12，最大值大于1.0，不滿足規(guī)范要求；加固后，跨中截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.69～0.78，均滿足規(guī)范要求；加固后實(shí)測(cè)應(yīng)變值下降72～109με，校驗(yàn)系數(shù)降低23%～35%，平均降低2%左右，說(shuō)明結(jié)構(gòu)截面承載能力增加27%。

表3 加固前后試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)

為比較該橋加固前后的結(jié)構(gòu)剛度變化情況，本文在加固前后的橋梁進(jìn)行了動(dòng)載試驗(yàn)，主要包括：（1）脈動(dòng)試驗(yàn)：橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性測(cè)試，采用環(huán)境激勵(lì)法進(jìn)行測(cè)試；（2）跑車試驗(yàn)：采用一輛載重500kN的試驗(yàn)車作為動(dòng)力試驗(yàn)荷載，試驗(yàn)汽車分別以不同速度無(wú)障礙勻速過(guò)橋激振。

3.2.1 脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)第1跨進(jìn)行8等分，將加速度傳感器布置在右側(cè)行車道邊緣等分點(diǎn)位置，加固前后的測(cè)點(diǎn)布置相同。采用環(huán)境激勵(lì)法，測(cè)試結(jié)構(gòu)的自振特性，以比較加固前后的自振頻率變化，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 加固前后實(shí)測(cè)1階頻率比較

由表4可知，加固后橋梁1階自振頻率較加固前增加10%，說(shuō)明雖然截面增大加固方法造成結(jié)構(gòu)自重增加，但結(jié)構(gòu)剛度有明顯提升。

3.2.2 跑車試驗(yàn)結(jié)果

采用光電撓度測(cè)試儀器，在橋梁第1跨右側(cè)梁底布置測(cè)點(diǎn)，加固前后測(cè)點(diǎn)布置相同。分別以5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h的行車速度，測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同車速下的沖擊系數(shù)。5km/h、 10km/h、20km/h、30km/h、 40km/h。加固前后，不同車速下跨中截面的行車沖擊系數(shù)見(jiàn)表5。

表5 加固前后跨中截面沖擊系數(shù)

由表5可知，相同車速情況下，加固后跨中截面實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)較加固前下降5%～9%，有明顯的降低，說(shuō)明加固后橋面更加平順，活荷載對(duì)結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)減小。

4 結(jié)論

（1）橋梁通過(guò)在跨中梁肋下緣增大截面法加固后，橋梁的剛度、強(qiáng)度、抗彎能力有大幅度提高，橋梁整體承載力提升20%～30%。

（2）適當(dāng)增加主梁截面后，結(jié)構(gòu)自振頻率將增大，結(jié)構(gòu)剛度增加10%以上。

（3）鑿除原橋橋面鋪裝混凝土，重新進(jìn)行橋面鋪裝，增強(qiáng)了橋梁的橫向聯(lián)系，有效提高了橋梁的整體剛度和強(qiáng)度，橋面更加平順，活載對(duì)結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)減小。

（4）從測(cè)試結(jié)果看，新舊混凝土共同受力后，橋梁的整體承載能力大幅提升。從加固前不能滿足汽-20，掛-100級(jí)荷載等級(jí)的通行要求，加固后能滿足設(shè)計(jì)承載力要求。綜合加固前后普通鋼筋混凝土T梁跨中截面撓度、跨中截面鋼筋活載應(yīng)力的改善情況可以看出，增大截面法加固簡(jiǎn)支T梁效果明顯 ，可采用此方法對(duì)同類進(jìn)行維修加固處理。

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