王丹林 郑彬双 周启哲 李嘉仪 李新宁
(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040; 2.烟台大学,山东 烟台 264000)
钢筋混凝土简支T型梁的加固方案分析
王丹林1郑彬双1周启哲1李嘉仪1李新宁2
(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040; 2.烟台大学,山东 烟台 264000)
以大庆市某钢筋混凝土简支T型梁桥为研究对象，针对该桥存在的病害提出了合理的加固措施，并运用有限元软件Midas Civil建立了该桥的空间有限元模型，对加固后的桥梁结构进行承载力验算，验算结果表明，该加固方案具有一定的可行性。
简支T型梁，加固方案，荷载试验，承载力
0 引言
早在二十世纪五六十年代，我国就开始建造了许多T型桥梁，钢筋混凝土T型梁是最广泛应用的上部结构形式，这种桥型对我国公路交通起到了重要作用。T型桥梁拥有结构简单、节省材料、跨越能力较大等优点[1]。随着道路运输的发展、荷载等级的提高以及设计、施工中存在的问题，早期修建的简支T型梁桥大多出现不同程度的缺陷和各种病害[2-4]。因此，有必要对在役钢筋混凝土简支T型梁桥进行针对性地加固和维修，从而提高承载能力以满足日益增长的交通运输要求[5]。
本文以大庆市卧龙桥——钢筋混凝土简支T型梁为研究对象，通过进行现场技术检查及荷载试验分析该桥存在的病害并提出合理的加固措施。然后，运用有限元软件Midas Civil建立空间有限元模型，对加固后结构进行承载能力验算，分析加固方案的可行性。
1 工程概况
大庆市卧龙立交桥建于1985年，沿东风路跨越滨州铁路，与铁路成立体交叉。桥梁全长380 m，19孔简支装配T型梁桥，桥下净空7 m，其竖曲线半径为5 000 m，全桥以主桥跨中心线对称布置。采用标准跨径20 m钢筋混凝土简支T型梁，主梁全长19.96 m，计算跨径19.40 m。横断面布置11片主梁，桥面连续，桥面净宽：2×7 m行车道+2×1.5 m人行道，全宽18.7 m；桥面两侧横坡均为1.5%。桥台为钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土钻孔灌注桩。桥墩为矩形变截面双柱式墩，两柱中心距9.6 m，双悬臂盖梁全长17.6 m，宽1.2 m，高1.3 m。该桥原设计荷载：汽—20，挂—100，人群350 kg/m2，现场立面如图1所示。
2 病害分析及加固方案
2.1 病害分析
加固前卧龙桥主要存在的问题：1)该桥主梁跨中附近竖向受弯裂缝分布密集，个别裂缝宽度已经接近规范规定限制。反映了实际主梁的正截面抗裂性不足。2)横隔板表面混凝土开裂，两侧横隔板错位，横隔板底部接触处混凝土脱落、钢板开焊，存在钢板缺失的现象。3)各桥墩盖梁跨中及盖梁墩顶附近均发现少量属于负弯矩裂缝的竖向裂缝，接近规范限制，且裂缝处的伸缩缝及桥面漏水，导致负弯矩钢筋锈蚀，降低主梁结构的耐久性，桥梁病害如图2，图3所示。
2.2 加固方案
针对该桥存在的安全隐患，对该桥提出加固方案和维修措施。对跨越铁路桥孔拆除重建，荷载标准为城市A级荷载的1.3倍；原桥其余各孔按公路—Ⅱ级汽车荷载标准进行加固设计。
1)新建桥墩和原桥墩盖梁均采用粘贴钢板进行抗弯加固。2)对加固主梁部分均采用粘贴钢板进行抗弯加固，对裂缝宽度大于0.15 mm的，进行化学注胶处理。3)对于破损的横隔板，改为湿接，以增强结构的横向连接。4)更换伸缩缝橡胶止水带，桥面裂缝采用灌注热沥青法进行处理[6]。
3 加固后承载力验算
根据设计图纸，对主梁和盖梁各控制断面进行抗弯和抗剪极限承载能力、竖向刚度及抗裂性验算。该桥加固后检算荷载采用公路—Ⅱ级荷载，环境为Ⅱ类，设计安全等级为二级。选取跨径20 m的简支T梁进行加固效果验证试验，控制断面位置见图4。
3.1 材料参数
1)主梁和盖梁混凝土。主梁采用300号混凝土，盖梁采用250号混凝土，主要力学性能见表1。
2)普通钢筋和加固钢板。本桥主梁和盖梁普通钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用R235级钢筋；加固采用Q345qE级钢板条，力学性能见表2。
表1 混凝土力学性能表
表2 钢筋力学性能表
3.2 建立模型
为了准确分析结构的承载能力，本研究上部结构采用Midas Civil 2012建立单梁模型进行检算，取最不利单元验算；下部结构盖梁与柱的线刚度比小于5，内力计算模型按框架考虑，计算模型见图5，图6。
3.3 检算系数
由荷载试验知，该桥主梁主要测点最大校验系数为0.9，故上部结构检算系数为Z2=1.0；盖梁最大校验系数为0.89，故检算系数为1.005。偏安全考虑，下部结构检算系数取Z2=1.0。
3.4 承载力验算
3.4.1 主梁验算
1)承载能力极限状态。按公路—Ⅱ级汽车荷载考虑，采用荷载横向分布计算各项荷载作用在实验梁上时产生的效应。该桥主梁跨中两侧各7 m范围内，底板采用粘贴5 mm厚、18 cm宽的钢板条进行了抗弯加固。
a.抗弯极限承载力。经计算，加固后主梁混凝土受压区高度为x=187.9 mm>h′f=110 mm，属于第二类T梁。经验算，加固后荷载效应组合值为2 186.9 kN·m，跨中抗弯承载力值2 534.4 kN·m，说明加固后主梁最大正弯矩断面抗弯极限承载能
力满足公路—Ⅱ级荷载的要求。
b.抗剪极限承载力。由于该桥未进行抗剪加固，故计算时仍采用原设计规范对剪力控制断面进行抗剪承载能力验算。经计算，最不利剪力组合设计值为458.0 kN，抗剪承载能力值为959.42 kN，说明主梁抗剪极限承载能力满足要求。
2)正常使用极限状态。
a.挠度验算。主梁跨中附近腹板底缘粘贴有厚5 mm，宽18 cm的钢板条，将主梁底缘加固钢板按照钢板弹性模量与受拉钢筋弹性模量比，折算成受拉钢筋。根据规范，消除结构自重效应影响的短期组合的长期挠度值16.8 mm，小于容许值32.3 mm，说明加固后主梁跨中竖向刚度满足公路—Ⅱ级荷载的检算要求。
b.裂缝宽度验算。经过计算，加固后主梁最大正弯矩处裂缝宽度为0.14 mm，小于Ⅱ类环境下裂缝宽度限值0.2 mm，说明加固后主梁跨中受力裂缝宽度满足规范要求。
3.4.2 盖梁验算
经计算，盖梁加固后正弯矩组合值2 231.8 kN·m，小于抗弯承载能力值2 960.0 kN·m；负弯矩组合值-4 654.4 kN·m，小于支点处抗弯承载能力值-6 260.8 kN·m；剪力组合值2 290.8 kN，小于抗剪承载能力值2 653.5 kN，说明加固后盖梁抗弯、抗剪极限承载能力满足公路—Ⅱ级荷载的检算要求。
盖梁刚度及受力裂缝宽度计算时，考虑二次受力的影响，计算方法同主梁；加固后盖梁跨中竖向刚度、裂缝宽度均满足规范要求。
4 结语
通过对大庆市卧龙桥病害分析提出了加固方案，然后运用有限元软件Midas/Civil建立主梁和桥墩模型，对加固后的桥梁结构进行承载力验算。可知，加固后主梁和盖梁抗弯和抗剪极限承载能力、竖向刚度及裂缝宽度均满足公路—Ⅱ级荷载的要求；说明该加固方案达到了设计预期加固效果，论文可为类似的桥梁加固设计提供参考依据。
[1] 姜 杰.高速公路简支T梁加固新技术研究[D].重庆：重庆交通大学,2009.
[2] 刘志梅.碳纤维加固钢筋混凝土T型梁桥的计算方法研究[D].长安：长安大学,2007.
[3] 蔡卡宏,孙 卓,杨 勇.简支T型梁桥典型病害加固设计分析[J].广州大学学报(自然科学版),2013(6):26-29.
[4] 周 锐,宗周红,郑茂金.粘钢加固对简支T型梁桥动力特性的影响[J].工程抗震与加固改造,2012(1):74-81.
[5] 张广寅.混凝土简支梁桥单梁受力病害原因与维修加固措施探讨[J].天津建设科技,2010(4):43-45.
[6] JTG/T J22—2008，公路桥梁加固设计规范[S].
Analysis of reinforcement scheme for the reinforced concrete simply supported T-shaped girder bridge
Wang Danlin1Zheng Binshuang1Zhou Qizhe1Li Jiayi1Li Xinning2
(1.CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.YantaiUniversity,Yantai264000,China)
Taking a reinforced concrete simply supported T-shaped beam bridge in Daqing city as the research object, to analyze the existing disease and put forward reasonable reinforcement measures. Then, to establish the space finite element model of simply supported T beam bridge by using the finite element software Midas Civil and carry out the bearing capacity checking of the reinforcement bridge structure. The calculation results show that the reinforcement scheme has certain feasibility.
simply supported T-shaped girder bridge, reinforcement scheme, load test, bearing capacity
1009-6825(2016)16-0202-02
2016-03-24
王丹林(1994- )，女，在读本科生； 郑彬双(1990- )，女，在读硕士； 周启哲(1994- )，男，在读本科生；
U445.72
A
李嘉仪(1995- )，女，在读本科生； 李新宁(1993- )，男，在读本科生
