π型鋼板與工字鋼組合在空心板梁橋鉸縫加固中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了鋼筋混凝土空心板梁橋經(jīng)過多年運(yùn)營(yíng)及在超重載車輛反復(fù)作用下，鋼筋混凝土空心板梁橋板底出現(xiàn)橫向裂縫、鉸縫混凝土脫落、單板受力、板底鉸縫處滲水泛堿等病害，使得橋梁承載力不滿足現(xiàn)行車輛通行條件，通過采用madis civil計(jì)算軟件建立模型分析，對(duì)現(xiàn)有某鋼筋混凝土空心板梁橋分別在目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、鉸縫處縱向π型鋼板加固狀態(tài)和鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固狀態(tài)下，鋼筋混凝土空心板板底L/4、L/2、3L/4跨位置豎向撓度、板底最大拉應(yīng)力、板頂最大壓應(yīng)力的降低率差值，對(duì)比分析加固前后效果，從而選擇達(dá)到改善混凝土空心板梁橋的使用性能并提高其極限承載力的最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：空心板梁橋;π型鋼板;加固;撓度;應(yīng)力

1 概述

1.1 原理

鉸縫縱向粘貼π型鋼板與橫向工字鋼組合加固法[1]，是指當(dāng)鋼筋混凝土空心板橋出現(xiàn)橫向裂縫、板底鉸縫處滲水泛堿、鉸縫混凝土脫落、單板受力等病害而不滿足承載力情況的一種加固方法。該方法的前提是混凝土空心板橋重新施做橋面鋪裝和鉸縫，具體是將鋼筋混凝土空心板鉸縫兩側(cè)30cm范圍內(nèi)混凝土利用磨光機(jī)打磨初步磨平，浮渣灰塵清理干凈，用高強(qiáng)砂漿抹平，沿主梁相鄰板板鉸縫處，采用膠黏劑、預(yù)埋螺桿、膨脹螺栓，將相鄰空心板板底與π型鋼板粘結(jié)固定，使π型鋼板承擔(dān)鉸縫處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和剪切力，發(fā)揮鋼板抗拉能力較強(qiáng)特點(diǎn)，并使相鄰兩片空心板協(xié)同受力，減少單板受力，同時(shí)在空心板L/4、L/2、3L/4處鉸縫之間預(yù)留桿件，采用H16工字鋼橫向加固，有效改善橋梁聯(lián)系，提高橋梁各梁共同工作，同時(shí)空心板豎向撓度得到有效限制，梁底混凝土主拉應(yīng)力得到有效減小，梁底橫向裂縫的擴(kuò)展得到有效抑制抑制，使主梁空心板抗彎剪能力與整體剛度得到有效提升的加固方法，有很強(qiáng)的應(yīng)用性與針對(duì)性。

1.2加固目的

我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)公路運(yùn)輸行業(yè)也得得到了翻天覆地的變化，白銀公路管理局省道S201線K84+125峽口井橋在現(xiàn)有運(yùn)輸通行狀況下，橋梁板底出現(xiàn)橫向裂縫、板底鉸縫處滲水泛堿、鉸縫混凝土脫落等病害，尤其單板受力尤為突出，橋梁承載力不滿足現(xiàn)行通行條件。根據(jù)甘肅省公路工程質(zhì)量試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司完成的《省道S201線K84+125峽口井橋技術(shù)狀況評(píng)定報(bào)告》，該橋技術(shù)狀況評(píng)定為四類橋[2]，現(xiàn)車輛通行已不滿足，因此需對(duì)空心板梁橋進(jìn)行加固，使承載能力達(dá)到現(xiàn)行條件，確保橋梁運(yùn)行安全。

1.3分析方案

本論文采取的加固方案[3]有：方案一：目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài);方案二：鉸縫處縱向π型鋼板加固;方案三：鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固。

1.3分析方法

本文通過選取該橋空心板梁橋板底最大拉應(yīng)力、板頂最大壓應(yīng)力、板底L/4、L/2、3L/4位置豎向撓度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)[4]，利用midas civil建型，分析對(duì)比目前狀態(tài)下、鉸縫處縱向π型鋼板加固及鉸縫處縱向增加π型鋼板與橫向工字鋼組合加固對(duì)板底最大拉應(yīng)力、板頂最大壓應(yīng)力、板底L/4、L/2、3L/4跨位置豎向撓度的影響效果，模型加載荷載不變，僅考慮恒載和汽車荷載，將荷載轉(zhuǎn)化為均布荷載進(jìn)行施加。將目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、鉸縫處縱向π型鋼板加固及鉸縫處縱向增加π型鋼板與橫向工字鋼組合加固后，各評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行降低率對(duì)比，選取最優(yōu)加固方案。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 原橋概況

（1）橋梁概況

①跨徑布置：2-13m的鋼筋混凝土空心板橋，全長(zhǎng)36m;②橫斷面布置：0.5m+11m（行車道）+0.5m;③荷載等級(jí)為汽-20級(jí)、掛-100;④橋梁下部結(jié)構(gòu)形式：柱式墩、U型橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ);⑤建設(shè)年代：1999年。

（2）主要病害

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，S201線K84+125峽口井橋最嚴(yán)重的病害是3-2#、3-3#空心板出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象，梁體下?lián)媳容^明顯;橋面沿鉸縫處出現(xiàn)縱向裂縫。由于冬季來臨，白銀地區(qū)運(yùn)煤車輛劇增，重載車輛較多，導(dǎo)致該橋病害更加嚴(yán)重。

2.2原結(jié)構(gòu)模擬

2.2.1midas建模參數(shù)

結(jié)構(gòu)分析采用midas civil建模[5]-[6]，混凝土空心板模型整體劃分為2981個(gè)單元，3021個(gè)節(jié)點(diǎn);橫向聯(lián)系通過建立模擬工字橫梁并釋放梁端約束來實(shí)現(xiàn)，并在梁格上加板單元保證荷載加載，約束條件底采用一般支承，6個(gè)自由度約束。

2.2.1midas建模模型與實(shí)際施工圖

采用midas civil建模，其中有限元模型見圖1，邊界約束條件邊圖2，組合加固模型見圖3，實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙見圖4～圖5，實(shí)際施工應(yīng)用見圖6。

3加固方案比較

3.1方案一：目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)

主梁空心板在目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，通過midas civil計(jì)算，各評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)理論值見表1。

3.2方案二：鉸縫處縱向π型鋼板加固

沿空心板鉸縫縱向粘貼寬30cm、高25cm的π型鋼板情況下，通過midas civil計(jì)算，各評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)理論值見表2。

3.3方案三：鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固

沿空心板鉸縫縱向粘貼寬29cm、高25cm的π型鋼板，L/4、L/2、3L/4跨處R16工字鋼加固情況下，通過midas civil計(jì)算，各評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)理論值見表3。

4小結(jié)

由表4得知，通過加載相同汽車荷載，方案一鋼筋混凝土空心板撓度和應(yīng)力都比較大，方案二鋼筋混凝土空心板L/2、L/4、3L/4跨處豎向撓度、板頂最大主壓應(yīng)力、板底最大主拉應(yīng)力均有不同程度減小，方案三鋼筋混凝土空心板各項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)降低率均大于方案二對(duì)應(yīng)項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)降低率，其中L/2跨處豎向撓度的降低率差值為 23.39%，L/4跨處豎向撓度的降低率差值為 9.72%，3L/4跨處豎向撓度的降低率差值為 16.91%，板底最大主拉應(yīng)力的降低率差值為 9.18%，最大主壓應(yīng)力的降低率差值為8.70%。

5結(jié)論

由以上分析可知：

（1）方案一目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，反映的是各評(píng)價(jià)參數(shù)的實(shí)際值，鉸縫協(xié)同工作性能差。

（2）方案二鉸縫處縱向π型鋼板加固，與方案一相比各評(píng)價(jià)參數(shù)不同程度減小，說明方案二對(duì)改變空心板單板受力有一定作用。

（3）方案三鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固，與方案一相比各評(píng)價(jià)參數(shù)減少幅度更大，說明方案三對(duì)空心板單板受力有很大改善。

（4）方案三與方案二相比，各評(píng)價(jià)參數(shù)也不同程度減小，說明方案三比方案二效果更好。

6結(jié)語

鋼筋混凝土空心板橋單板受力時(shí)，通過鉸縫處縱向增加π型鋼板和鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固可以同時(shí)降低空心板豎向撓度和應(yīng)力，但鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固降低效果更好，結(jié)合施工完運(yùn)營(yíng)兩年的實(shí)際效果，說明鉸縫處縱向π型鋼板與橫向工字鋼組合加固可以大大改善空心板單板受力病害，延長(zhǎng)橋梁使用壽命和增加橋梁安全運(yùn)營(yíng)。

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馬丁紅，男，漢，1985年，甘肅環(huán)縣，碩士研究生，中級(jí)工程師，主要從事橋梁加固設(shè)計(jì)工作