預應力T梁橋跨中橫隔梁力學分析與維修加固

1、預應力T梁橋跨中橫隔梁力學分析與維修加固發(fā)布時間：2007-11-06   作者：余波 徐光華    摘要：以預應力簡支T粱橋為對象，建立了實體單元有限元模型，在對稱和偏載作用下分別計算了有無橫梁情況時的響應并進行了比較分析，結果說明中橫粱對大橋受力狀態(tài)特別是翼緣板的受力狀態(tài)有較大的作用。根據這一結論，對該橋主要采取了增加跨中橫隔梁的加固措施。     預應力T梁的橫隔梁是垂直于T梁梁體的結構，其基本作用是增加橋梁的橫向剛度，限制扭轉應力等。按照橋梁設計85規(guī)范及2004新規(guī)范的要求，預應力T梁橋均需設置端橫梁和一定數量中橫

2、梁。一些設計人員誤認為跨中橫梁的抗扭剛度通常要小于端橫梁，且跨中橫梁的自重會增加主梁荷載，因此對跨中橫梁不夠重視，有時就將其省略，這樣勢必造成橋梁整體性降低。隨著車輛荷載日益增加，給車輛運營帶來安全隱患。這種構造于二十世紀六十年代由前蘇聯(lián)引進我國，在一些西部省份已有較多應用，因此，對預應力T梁橋跨中橫隔梁的力學性能進行分析，了解其對橋梁整體受力的重要性，增強對其重要性的認識進而采取相應加固措施提高橋梁耐久性和使用壽命具有重要的意義。     本文選取了6x30 m的預應力混凝土T梁橋進行分析。該橋上部結構T梁采用現(xiàn)澆方法施工，橋梁未設置中橫隔梁，僅設置了

3、端橫隔梁?，F(xiàn)澆T梁用50號砼：預制橋面板、封錨端用40號砼。橋面鋪裝采用6 cm厚的30號防水砼?，F(xiàn)澆T梁采用簡支橋面板連續(xù)。下部結構為雙柱式墩，左右幅分離。設計荷載等級：汽車一超20級，掛車-120。     該橋位于重要的高速公路干線，車流量相對較大。經過若干年的運營，該橋出現(xiàn)了較多病害。除了橋面鋪裝破損、部分伸縮縫損壞等常見病害外，比較明顯的病害表現(xiàn)為橋面鋪裝縱向裂縫，主要集中在中T梁頂面附近等。     為了對病害進行分析，對該橋用實體單元建立了有限元模型，利用該模型對橋梁有無跨中橫隔梁的情況下，各片T梁的

4、撓度及應力狀況進行了分析，重點關注各片梁在偏載和對稱荷載作用下，跨中撓度分布及橋面鋪裝表面拉應力的分布隋況。 1模型的建立     簡支T梁橋采用實體單元建立有限元模型(有中橫梁情況；無中橫梁情況)，模型中考慮鋪裝參與受力，假定混凝土材料均為C50混凝土，其它相關參數見表1表3所示。其中有橫梁的實體模型中設置了3道中橫梁，分別設在14L、12L、34L跨所在位置，部分模型如圖12所示。每片T梁承擔的恒載如表1所示。T梁相關參數見表2，由于該橋邊梁和中梁的結構尺寸基本相同，計算時采用相同截面所帶來的誤差可忽略。邊梁和中梁鋼絞線配束量見表3。 &#

5、160;   分析中采用汽車超-20車隊的中55 t重車作為分析荷載對橋梁進行加載。模型中的輪載分別以集中力的形式施加于模型中的結點上。計算中分別建立了對稱加載和偏載兩種加載情況，兩種荷載情況均施加于有橫梁模型和無橫梁模型以便進行比較，因此總共計算了4種工況：工況1為無中橫隔梁時的對稱加載；工況2為有中橫隔梁時的對稱加載；工況3為無中橫梁時的單車加載；工況4為有中橫梁時的單車加載。  2計算結果分析     工況1-工況4荷載作用下結構跨中斷面剪應力及撓度的計算結果如圖3圖6所示，當T梁只配置端橫梁而無中橫梁時，在

6、對稱和偏載作用下各T梁的撓度均呈曲線分布，橋梁橫向發(fā)生彎曲的趨勢且翼緣板承受較大的剪應力。與之形成鮮明對比的是，設置了中橫梁的T梁橋在荷載作用下各T梁的撓度均呈直線分布，翼緣板所受剪應力有限，最大剪應力發(fā)生在橫梁部位。說明增加橫梁后，中橫梁改善了翼緣板的受力狀態(tài)，使其更為安全，橋梁橫向剛度和抗扭剛度得到較大提高。因此中橫梁對提高全橋的整體性有較大作用。     此外，本文還將工況1、工況2下T梁跨中斷面橫向剪應力進行了對比(如圖7、圖8所示)，結果顯示設置了中橫梁的T梁橋在荷載作用下翼緣板幾乎無橫向拉應力產生，這對翼緣的受力較為有利。沒有中橫梁的T梁橋翼

7、緣板在荷載作用下頂面承受較大的橫向拉應力，特別是在中T梁頂面附近達到最大值177 MPa。     雖然計算值小于設計強度245 MPa的限值，但計算中加載是以設計荷載來取值。事實上該橋位于重要的高速公路干線，車流量相對較大。根據對大橋通行車流量及車輛超載超限狀況進行的統(tǒng)計。調查期間單日發(fā)現(xiàn)各類大型裝載汽車70余輛，且均有超限超載跡象。當大貨車高速通過大橋時，橋梁振動現(xiàn)象明顯，大橋鋪裝破損的存在加劇車輛對大橋的沖擊作用，將使橋面的狀況進一步惡化。綜合考慮汽車的沖擊作用以及超載等因素，特別是最大橫向拉應力發(fā)生位置與縱向裂縫位置相吻合，可以認為未配置中橫梁的

8、T梁橋在超載車作用下橫向拉應力過大是橋面產生縱向裂縫的內在原因。 3維修加固措施     根據對大橋病害的檢測和以上分析，采取了以下維修加固措施：首先鑿除原橋面鋪裝層，對變形老化比較嚴重的支座進行更換，然后在跨內增設3道中橫隔梁。通過增設中橫隔梁，可增強各主梁之間的橫向聯(lián)系，使荷載的橫向分布更加均勻。在本次橋梁加固中擬采用鋼筋混凝土橫梁。橫隔梁可澆到與翼緣板底面相接以保證結構整體剛度，也可不澆到頂而在翼緣板下預留30-40 cm高的空間以方便施工操作。但據計算，此方法比前一種方法對結構整體剛度提高的效果至少要低50，其他類似工程可根據實際情況采取不同措施。新增橫隔梁內鋼筋通過植筋與T梁腹板連接，澆筑橫隔梁混凝土前先將T梁腹板相應混凝土面打毛并適當濕潤以保證新老混凝土的聯(lián)接。在對T梁裂縫等病害進行修補后在梁底粘貼碳纖維布以增強梁體的承載力，最后再重新澆注鋪裝層。 4結論     本文利用實體單元有限元模型對