在役簡支梁橋加固后力學(xué)性能研究

袁和旭

（中鐵城際規(guī)劃建設(shè)有限公司安徽分公司，安徽 合肥）

引言

作為中小跨徑橋梁的主力橋型，簡支梁橋具有結(jié)構(gòu)形式簡單、施工高效等特點(diǎn)，已在我國早期橋梁建設(shè)中普遍應(yīng)用。然而，受環(huán)境與超載等影響，以前修建的部分簡支梁橋損傷嚴(yán)重，已無法適應(yīng)現(xiàn)代交通發(fā)展的需求。相比新建，橋梁加固不僅可以節(jié)約投資成本，而且對周圍交通影響較小。加固后結(jié)構(gòu)力學(xué)行為事關(guān)橋梁服役安全，已受到相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-2]。其中，徐行軍[3]以某簡支T 梁橋?yàn)轫?xiàng)目依托，改進(jìn)了現(xiàn)有簡支梁橋粘貼鋼板加固技術(shù)。范鋒[4]通過比較簡支T 梁加固中常用的三類方法，分析了各種方法的適用條件。最近，劉碧珣[5]總結(jié)了高速公路橋梁的常見病害及形成原因，并針對各類病害提出了相應(yīng)加固方法?，F(xiàn)有研究豐富了橋梁加固理論，然而橋梁加固是一個(gè)系統(tǒng)工程，至今仍處于不斷完善階段。為此，本文以鏡湖區(qū)和尚橋?yàn)楣こ瘫尘?，結(jié)合最新檢測結(jié)果，通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型研究了在役簡支梁橋加固后的力學(xué)性能。

1 工程概況

鏡湖區(qū)荊十公路和尚橋位于方村街道，跨越方村河。該橋于1995 年10 月建成通車，目前已運(yùn)營27年。橋梁全長為116.08 m，上部結(jié)構(gòu)采用5×20 m 鋼筋混凝土T 型梁，每跨6 片T 型梁，主梁結(jié)構(gòu)體系為結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)。橋面寬度為9.4 m，橫向布置為1.2 m（輕質(zhì)鋼欄桿及人行道）+7.0 m（機(jī)動(dòng)車道）+1.2 m（輕質(zhì)鋼欄桿及人行道）。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用重力式橋臺，橋墩采用雙柱式橋墩。橋面鋪裝采用混凝土鋪裝，支座采用板式橡膠支座；全橋伸縮縫采用型鋼伸縮縫。橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20 級。圖1 和圖2 分別為和尚橋橋型布置和橫斷面。

圖1 和尚橋橋型布置（cm）

圖2 和尚橋橫斷面（cm）

2 主梁病害分析

根據(jù)《和尚橋特殊檢查報(bào)告》（蘇交科集團(tuán)檢測認(rèn)證有限公司，2021 年07月），和尚橋上部結(jié)構(gòu)檢查中發(fā)現(xiàn)：T 梁翼板出現(xiàn)13 處破損露筋，面積為5.09 m2，露筋長0.5m，1 處脫模露筋，面積為1.8 m2，露筋長0.3 m；底板出現(xiàn)1 處脹裂露筋，長度為0.4 m，1 處破損，面積為0.06 m2，1 處加固板脫節(jié)；腹板出現(xiàn)5 處破損露筋，面積為0.65 m2，露筋長0.8 m，多處脹裂露筋，面積為0.06 m2，露筋長8.0 m，出現(xiàn)5 條豎向裂縫，總長度為5.6 m，裂縫寬度均＜0.15 mm，出現(xiàn)2 條水平裂縫，總長度為3.9 m，裂縫寬度均≥0.15 mm。部分主梁病害見圖3。

圖3 主梁病害

根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，檢測構(gòu)件中蓋梁混凝土強(qiáng)度推定值在41.2～42.9 MPa之間，T 梁混凝土強(qiáng)度推定值在45.1～52.3 MPa 之間。

3 主梁加固后力學(xué)性能分析

3.1 主梁抗彎驗(yàn)算

本文采用有限元分析軟件MIDAS CIVIL 對和尚橋改造后的主梁進(jìn)行建模驗(yàn)算，分析中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅱ級，溫度荷載為整體升溫23.3 ℃、整體降溫21.7 ℃。主梁采用組合截面建立梁格模型，共劃分101 個(gè)單元，105 個(gè)節(jié)點(diǎn)。所建立的有限元模型如圖4 所示。

圖4 和尚橋主梁結(jié)構(gòu)模型

荷載基本組合下主梁內(nèi)力包絡(luò)見圖5，其中圖5（a）為彎矩包絡(luò)，圖5（b）為剪力包絡(luò)。

圖5 和尚橋主梁內(nèi)力包絡(luò)

按照《公路鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）第7.2.1條對鋼梁進(jìn)行抗彎承載力驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見圖6。

圖6 荷載基本組合下鋼梁正應(yīng)力包絡(luò)（MPa）

主梁抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果見表1。

表1 主梁抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果

3.2 主梁抗剪驗(yàn)算

按照《公路鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）第7.2.2條對鋼梁進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算，持久狀況承載能力極限狀態(tài)剪力包絡(luò)見圖7。

圖7 久狀況承載能力極限狀態(tài)剪力包絡(luò)（MPa）

主梁抗剪承載力驗(yàn)算結(jié)果見表2。

表2 承載能力組合主梁抗剪驗(yàn)算

基于上述驗(yàn)算結(jié)果，可以斷定加固后簡支梁橋主梁的抗彎、抗剪承載力均滿足規(guī)范要求，處于安全狀態(tài)。

4 結(jié)論

橋梁加固對保障在役橋梁結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。本文依托鏡湖區(qū)和尚橋，結(jié)合檢測結(jié)果，建立了橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型，并以此研究了在役簡支梁橋加固后的力學(xué)性能。結(jié)果表明該簡支梁橋加固后主梁承載力滿足規(guī)范要求，即加固后的主梁結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)究[J].四川建材，2023，49（10）：173-175.

[2]沈偉.舊橋檢查評定及加固處治設(shè)計(jì)[J].福建交通科技，2022（9）：91-94.

[3]徐行軍.簡支梁橋加固與技術(shù)改造[J].江西建材，2021（11）：157-158.

[4]范鋒.采用粘貼鋼板加固和增大截面法加固簡支梁舊橋效果分析[J].福建交通科技，2022（1）：69-72.

[5]劉碧珣.高速公路橋梁常見病害與加固探析[J].交通科技與管理，2023，4（18）：75-77.