預(yù)應(yīng)力T梁橋跨中橫隔梁力學(xué)分析與維修加固

1、預(yù)應(yīng)力T梁橋跨中橫隔梁力學(xué)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(yù)應(yīng)力簡支T粱橋?yàn)閷ο?，建立了?shí)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(yīng)并進(jìn)行了比較分析，結(jié)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(jù)這一結(jié)論，對該橋主要采取了增加跨中橫隔梁的加固措施。     預(yù)應(yīng)力T梁的橫隔梁是垂直于T梁梁體的結(jié)構(gòu)，其基本作用是增加橋梁的橫向剛度，限制扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等。按照橋梁設(shè)計85規(guī)范及2004新規(guī)范的要求，預(yù)應(yīng)力T梁橋均需設(shè)置端橫梁和一定數(shù)量中橫

2、梁。一些設(shè)計人員誤認(rèn)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(yùn)營帶來安全隱患。這種構(gòu)造于二十世紀(jì)六十年代由前蘇聯(lián)引進(jìn)我國，在一些西部省份已有較多應(yīng)用，因此，對預(yù)應(yīng)力T梁橋跨中橫隔梁的力學(xué)性能進(jìn)行分析，了解其對橋梁整體受力的重要性，增強(qiáng)對其重要性的認(rèn)識進(jìn)而采取相應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋進(jìn)行分析。該橋上部結(jié)構(gòu)T梁采用現(xiàn)澆方法施工，橋梁未設(shè)置中橫隔梁，僅設(shè)置了

3、端橫隔梁?，F(xiàn)澆T梁用50號砼：預(yù)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。現(xiàn)澆T梁采用簡支橋面板連續(xù)。下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩，左右幅分離。設(shè)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(jīng)過若干年的運(yùn)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(jìn)行分析，對該橋用實(shí)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(yīng)力狀況進(jìn)行了分析，重點(diǎn)關(guān)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(yīng)力的分布隋況。 1模型的建立     簡支T梁橋采用實(shí)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(guān)參數(shù)見表1表3所示。其中有橫梁的實(shí)體模型中設(shè)置了3道中橫梁，分別設(shè)在14L、12L、34L跨所在位置，部分模型如圖12所示。每片T梁承擔(dān)的恒載如表1所示。T梁相關(guān)參數(shù)見表2，由于該橋邊梁和中梁的結(jié)構(gòu)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(duì)的中55 t重車作為分析荷載對橋梁進(jìn)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(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jié)果分析     工況1-工況4荷載作用下結(jié)構(gòu)跨中斷面剪應(yīng)力及撓度的計算結(jié)果如圖3圖6所示，當(dāng)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(yīng)力。與之形成鮮明對比的是，設(shè)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(yīng)力有限，最大剪應(yīng)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(yīng)力進(jìn)行了對比(如圖7、圖8所示)，結(jié)果顯示設(shè)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(yīng)力產(chǎn)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(yīng)力，特別是在中T梁頂面附近達(dá)到最大值177 MPa。     雖然計算值小于設(shè)計強(qiáng)度245 MPa的限值，但計算中加載是以設(shè)計荷載來取值。事實(shí)上該橋位于重要的高速公路干線，車流量相對較大。根據(jù)對大橋通行車流量及車輛超載超限狀況進(jìn)行的統(tǒng)計。調(diào)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(dāng)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(jìn)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(yīng)力發(fā)生位置與縱向裂縫位置相吻合，可以認(rèn)為未配置中橫梁的

8、T梁橋在超載車作用下橫向拉應(yīng)力過大是橋面產(chǎn)生縱向裂縫的內(nèi)在原因。 3維修加固措施     根據(jù)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(yán)重的支座進(jìn)行更換，然后在跨內(nèi)增設(shè)3道中橫隔梁。通過增設(shè)中橫隔梁，可增強(qiáng)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(jié)構(gòu)整體剛度，也可不澆到頂而在翼緣板下預(yù)留30-40 cm高的空間以方便施工操作。但據(jù)計算，此方法比前一種方法對結(jié)構(gòu)整體剛度提高的效果至少要低50，其他類似工程可根據(jù)實(shí)際情況采取不同措施。新增橫隔梁內(nèi)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(yīng)混凝土面打毛并適當(dāng)濕潤以保證新老混凝土的聯(lián)接。在對T梁裂縫等病害進(jìn)行修補(bǔ)后在梁底粘貼碳纖維布以增強(qiáng)梁體的承載力，最后再重新澆注鋪裝層。 4結(jié)論     本文利用實(shí)體單元有限元模型對