空心板簡(jiǎn)支梁橋檢測(cè)與加固理論分析

劉明龍，高新學(xué)

(山東省交通工程監(jiān)理咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 簡(jiǎn)支梁橋簡(jiǎn)介

1.1 整體式簡(jiǎn)支梁橋

整體式簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好且橫向剛度大。但整體式簡(jiǎn)支梁橋吊裝受限較大，因此一般情況下整體式簡(jiǎn)支梁橋采用就地澆筑方式。該形式梁橋受力體系較為簡(jiǎn)單、整體性好，雖然耗費(fèi)材料較多、施工周期較長(zhǎng)，但是對(duì)于起重機(jī)械受限、構(gòu)造簡(jiǎn)單、跨徑較小的斜橋和曲線橋梁具有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于整體式簡(jiǎn)支梁橋的不足還有待進(jìn)一步研究。

在設(shè)計(jì)中整體式梁橋的建筑高度一般為跨徑的1/8～1/16。增加梁高能夠增加橋梁跨徑從而節(jié)約材料的使用，整體式簡(jiǎn)支梁橋橋梁寬度是高度的6～7倍。

1.2 裝配式簡(jiǎn)支梁橋

T型梁常通過(guò)增加橫隔梁來(lái)增加的抗扭力。采用箱型結(jié)構(gòu)對(duì)于增大梁的扭矩有利，其抗扭慣性矩是T梁的十幾倍，有的大截面可以達(dá)到幾十倍。因此對(duì)于部分橋?qū)挶容^大的裝配式簡(jiǎn)支梁橋采用薄壁箱型結(jié)構(gòu)形式，相比于一般的需要減少橋梁自重的較大跨徑橋梁混凝土簡(jiǎn)支梁橋是十分經(jīng)濟(jì)合理的。

2 簡(jiǎn)支梁橋檢測(cè)及加固措施

2.1 簡(jiǎn)支梁橋檢測(cè)

(1)檢測(cè)內(nèi)容

簡(jiǎn)支梁橋的檢測(cè)主要是用來(lái)評(píng)估橋梁使用性能及制定相應(yīng)加固措施，以使得橋梁能夠保證安全運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的主要內(nèi)容包括混凝土碳化深度、混凝土強(qiáng)度、裂縫及損傷情況、構(gòu)件主筋保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕情況、板梁的承載力、混凝土內(nèi)部缺陷等。按照現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果對(duì)橋梁進(jìn)行評(píng)估。

(2)靜載試驗(yàn)內(nèi)容

為了保證橋梁承載力滿足運(yùn)行和符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)檢測(cè)目的，一般情況下空心板簡(jiǎn)支梁橋靜載試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容主要包括以下幾方面：①檢測(cè)橋面板在中載和偏載荷載試驗(yàn)下空心板梁結(jié)構(gòu)的撓曲變形值；②檢測(cè)橋面板在中載和偏載荷載試驗(yàn)下空心板梁結(jié)構(gòu)的截面的應(yīng)力變化值；③在荷載試驗(yàn)過(guò)程中觀察橋梁底板裂縫的變化及卸載后裂縫的變化情況等。

2.2 簡(jiǎn)支梁加固措施

(1)梁體維護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)舊橋下部結(jié)構(gòu)、支座、上部結(jié)構(gòu)、橋面系以及橋梁附屬設(shè)施進(jìn)行全面檢測(cè)、調(diào)查，根據(jù)最終橋梁評(píng)估結(jié)果和檢查結(jié)果對(duì)現(xiàn)有橋梁各部分使用功能進(jìn)行恢復(fù)和清理，對(duì)于結(jié)構(gòu)性損壞需要制定專(zhuān)門(mén)的加固措施以保證橋梁受力滿足運(yùn)營(yíng)需要。

(2)各部位加固設(shè)計(jì)

空心板簡(jiǎn)支梁橋雖然跨徑較小，但是對(duì)于加固主體結(jié)構(gòu)常采用以下幾種措施：在橋面上減輕橋梁負(fù)擔(dān)搭設(shè)臨時(shí)鋼木過(guò)梁；為提高橋梁的承載能力進(jìn)行臨時(shí)或永久性加固的措施；對(duì)搭建便橋或舊橋改建的措施。

2.3 橋梁加固方案

(1)空心板梁加固

①對(duì)于不同病害類(lèi)型的橋梁采用不同的加固和維修養(yǎng)護(hù)方式。日常維修和養(yǎng)護(hù)是保護(hù)橋梁預(yù)防性工作重要措施，而加固是根據(jù)承載力要求進(jìn)行的補(bǔ)強(qiáng)措施。在橋梁承載力滿足設(shè)計(jì)要求的情況下需要對(duì)橋梁進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)就可以。近些年來(lái)加固措施不斷更新，多采用新型加固新材料進(jìn)行加固。

②通過(guò)加固恢復(fù)橋梁其原有設(shè)計(jì)橋梁承受荷載要求。

③對(duì)原有橋梁不足以滿足現(xiàn)有交通荷載要求進(jìn)行加固，以提高公路的承荷等級(jí)。

④需要臨時(shí)通過(guò)較大荷載時(shí)采取臨時(shí)的加固措施，大荷載車(chē)輛通過(guò)后恢復(fù)原設(shè)計(jì)荷載。

(2)常采用的加固方法、方案

在我國(guó)對(duì)于空心板簡(jiǎn)支梁加固方法有：①用體外預(yù)應(yīng)力、在梁下部受拉區(qū)貼鋼板、增加鋼結(jié)構(gòu)支撐加固；②梁不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞進(jìn)行加固，需要對(duì)梁體裂縫部位進(jìn)行封閉處理；③近些年來(lái)用碳纖維復(fù)合材料，提升了加固技術(shù)。

(3)加固的材料和工藝

近些年來(lái)使用較為普遍的新型的材料之一是碳纖維復(fù)合材料，多用來(lái)代替鋼板進(jìn)行體外加固，能夠很好提高承載力。

新型材料碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的優(yōu)點(diǎn)：①不影響橋梁美觀，不增加額外尺寸和荷載；②不影響橋梁凈空；③施工簡(jiǎn)單，對(duì)于橋梁平整性一般的橋梁不受限制；④屬于無(wú)損加固，只需要用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行膠結(jié)，不需要錨固破壞梁體；⑤根據(jù)承載力需要可以疊加使用。

3 空心板簡(jiǎn)支梁分析實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

某簡(jiǎn)支空心板橋全橋長(zhǎng)40 m，橋跨布置為3×13 m，寬12 m。，設(shè)計(jì)年限為100年。主梁采用空心板簡(jiǎn)支梁C50混凝土結(jié)構(gòu)，該橋承載力已不能滿足當(dāng)?shù)厝找嬖黾拥慕煌ê奢d。對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)病害：橋面有縱橫向裂縫；在橋梁跨中位置出現(xiàn)縱橫向細(xì)微裂縫。

3.2 病害檢測(cè)及成因分析

通過(guò)回彈法推定混凝土強(qiáng)度值均大于51 MPa；保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求；橋面板、橋墩混凝土碳化深度滿足規(guī)范要求；梁板部分區(qū)域有脫落鋼筋發(fā)生銹蝕，平均截面銹蝕率在0.4%～0.6%；支座開(kāi)裂損壞需要更換支座；根據(jù)檢測(cè)結(jié)果以下對(duì)橋梁進(jìn)行受力和荷載試驗(yàn)分析。

3.3 結(jié)構(gòu)建模分析

對(duì)橋梁各梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模分析。本次采用Midas/Civil建立橋梁?jiǎn)卧Ｐ?，梁?jiǎn)卧殖?25個(gè)。每片空心板梁底部均采用三個(gè)平動(dòng)方向的約束剛度，支座部位采用板式橡膠支座剛度進(jìn)行等效模擬。模型受力采用公路—I級(jí)加載進(jìn)行承載力計(jì)算，通過(guò)結(jié)合動(dòng)靜載檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行分析，以確定合適的加固尺寸和加固方案。

3.4 分析計(jì)算

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙和試驗(yàn)?zāi)康?，加載方式采用兩臺(tái)千斤頂加載，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行加載以便更好的檢測(cè)截面內(nèi)力和截面最不利位置的變形是否滿足安全性要求。通過(guò)公式(1)計(jì)算最大試驗(yàn)加荷量。

(1)

式中：η為靜力試驗(yàn)荷載的效率，Sstate為加載試驗(yàn)項(xiàng)目在試驗(yàn)荷載作用下對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力、變位等最大計(jì)算效應(yīng)值；s為不計(jì)沖擊荷載作用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載產(chǎn)生的該加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力、變位等最不利計(jì)算效應(yīng)值；(1+μ)為選用的沖擊系數(shù)。

3.5 靜載試驗(yàn)檢測(cè)

根據(jù)空心板簡(jiǎn)支梁橋在跨中受力是最不利加載工況，結(jié)合測(cè)試橋梁特點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)按如下方式進(jìn)行布置。撓度測(cè)點(diǎn)和應(yīng)變測(cè)點(diǎn)分別布置在板梁L/4、3L/4、L/2跨徑位置布置，按照行車(chē)道的左、中、右控制截面布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量撓度和應(yīng)變。應(yīng)變控制截面布置如圖1所示。

圖1 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置分布圖

由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制，本次用三點(diǎn)集中加載方式進(jìn)行荷載試驗(yàn)，荷載點(diǎn)布置間距均為4 m，采用千斤頂加壓分級(jí)加載，靜載加載按照6～7級(jí)進(jìn)行加載。

由表1可知：橋梁跨中位置處于最大荷載狀態(tài)時(shí)，荷載選取空心板梁截面的撓度檢校系數(shù)值均小于1.0滿足相關(guān)要求，殘余變形量滿足：殘余應(yīng)力值/實(shí)測(cè)總應(yīng)力值≤20%的要求，該橋撓度檢測(cè)結(jié)果符合規(guī)范要求。

表1 跨中逐級(jí)加載撓度分析

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)簡(jiǎn)支梁橋簡(jiǎn)單介紹，主要通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)支空心板梁橋檢測(cè)和加固進(jìn)行分析，對(duì)常用的加固方法進(jìn)行系統(tǒng)分析介紹。目前常用舊橋結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要是通過(guò)靜載試驗(yàn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)加固最實(shí)用的方法是碳纖維加固，新型碳纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)比鋼板加固優(yōu)勢(shì)非常明顯。通過(guò)實(shí)例分析得出某橋現(xiàn)階段狀態(tài)：(1)首先通過(guò)常見(jiàn)的判斷和檢測(cè)方法對(duì)該橋進(jìn)行總體分析，建立橋梁的分析模型；(2)對(duì)實(shí)例橋梁靜載試驗(yàn)進(jìn)行加荷計(jì)算方法分析；(3)對(duì)該空心板橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，通過(guò)跨中的試驗(yàn)對(duì)撓度和應(yīng)變檢測(cè)位置做分析，最終得出試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，能夠滿足現(xiàn)階段行車(chē)要求，只需要對(duì)該橋進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，對(duì)裂縫等破損部位修復(fù)即可。