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正交異性雙向板橋加固設(shè)計

2015-05-21　

 　　1.橋梁概況    該橋為現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，橋跨布置為4×13.5米，邊跨計算跨徑為13米，中跨計算跨徑為13.5米，橋面總寬為15.75米，其中行車道寬度為14.75米。主梁梁高80厘米，懸臂寬225厘米，高20～40厘米,主梁梁底沿橋橫向按20cm間距布置有直徑為12mm的Ⅱ級鋼筋，沿橋縱向設(shè)置有直徑為28mm的Ⅱ級鋼筋，采用C30混凝土。荷載等級為：汽車-超20級，掛車-120。

 　　

 　　 圖1 主梁橫斷面

 　　2.主要病害及其成因分析

 　　2.1  主要病害

 　　該橋主梁底部沿橋縱向共出現(xiàn)了5條裂縫，裂縫寬度在0.3mm左右，中間一條裂縫沿橋梁中心線，在支點附近斷開，無縫區(qū)約3m長，在距橋梁中心線左、右側(cè)1.3m及2m左右的位置各右一條縱向裂縫，對稱于中縫，這四道裂縫貫通全橋，且局部有滲水現(xiàn)象。

 　　2.2  成因分析

 　　鑒于該橋為正交異性雙向板的受力模式，而規(guī)范中對于此類結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的相應(yīng)規(guī)定較少，各類參考書中關(guān)于此類結(jié)構(gòu)的簡化計算分析與實際情況又存在或多或少的差異，故為了得到更為合理的計算結(jié)果，為病害原因分析及后期加固處理找到充分的理論依據(jù)，對于該結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算此處共采用了兩種計算模型，即板單元計算模型和實體單元計算模型，如圖2和圖3所示。

 　　

 　　圖2  板單元計算模型

 　　

 　　圖3  實體單元計算模型

 　　根據(jù)上述計算模型，計算得到了結(jié)構(gòu)的恒、活載內(nèi)力，并對該橋進行了縱、橫向極限承載能力及抗裂性結(jié)構(gòu)驗算，具體驗算結(jié)果見表1及表2，其中，實體單元計算模型的單寬彎矩可按下式計算。

 　　

 　　(2-1)

 　　式中：—主梁的單寬彎矩；

 　　—頂、底層實體單元中心的單元應(yīng)力；

 　　—主梁抗彎慣矩；

 　　—頂、底層實體單元中心至主梁中性軸的距離。

 　　正截面抗彎強度計算  表1

 　　

項目		最大單寬彎距(板)Mj(kN.m)	最大單寬彎距(實體)Mj(kN.m)	單寬截面抗力Mu(kN.m)	安全系數(shù)  Mu/Mj
恒載+汽車	橫橋向	107.3	126.3	109.6	0.87
	縱橋向	538.5		1220.6	2.27
恒載+掛車	橫橋向	159.0	187.9	109.6	0.58
	縱橋向	470.2		1220.6	2.60

 　　使用階段主梁裂縫寬度驗算  表2

 　　

項目		計算裂縫(板)  　　 δ(mm)	計算裂縫(實體)  　　 δ(mm)	規(guī)范允許值［δ］(mm)	安全系數(shù)  　　 ［δ］/δ
恒載+汽車	橫橋向	0.15	0.18	0.20	1.11
	縱橋向	0.08		0.20	2.50
恒載+掛車	橫橋向	0.24	0.29	0.25	0.86
	縱橋向	0.07		0.25	3.57

 　　由表1及表2可見：

 　　（1）實體單元模型的單寬彎矩要比板單元模型的大15%～20%，其計算裂縫寬度也比板單元的大20%左右，二者存在較大差異的主要原因是板單元對原結(jié)構(gòu)的模擬精度較實體單元低；

 　?。?）利用實體單元計算得到的裂縫寬度和實際調(diào)查得到的裂縫寬度非常接近，更為切合實際情形；

 　　（3）梁底水平配筋不足是導致上部結(jié)構(gòu)梁底出現(xiàn)裂縫的主要原因。

 　　3.加固處理措施

 　　為了提高原橋跨結(jié)構(gòu)在橫橋向的抗彎能力及抗裂性，曾提出過多種加固處理方案，主要有粘貼碳纖維板、粘貼鋼板、施加體外預應(yīng)力等，并在造價、方案的可行性、可操作性等多方面對這些方案進行了比較，最后選擇了在梁底粘貼鋼板的方法來進行結(jié)構(gòu)補強，即在主梁梁底沿橋橫向每隔50cm粘貼一道10cm寬、6mm厚的16Mnq鋼板，并對粘鋼加固后的橋跨結(jié)構(gòu)進行了極限承載力及抗裂性驗算。驗算結(jié)果表明：加固后的橋跨結(jié)構(gòu)無論是極限承載力還是抗裂性均得到了很大提高，其最小的Mu/Mj(或［δ］/δ)系數(shù)為1.98（2.22）。

 　　4.結(jié) 論

 　　通過對該橋的計算分析及加固處理，得出以下幾點結(jié)論：

 　　1.寬跨比較大的橋梁，在進行橋梁設(shè)計時必須充分考慮其橫向受力，其內(nèi)部受力鋼筋應(yīng)通過計算來確定，不能夠僅按構(gòu)造要求配置鋼筋。

 　　2.整體現(xiàn)澆的空心板橋，其實體部分的抗裂性要求往往比空心部分要高，在進行設(shè)計時不能僅按平均受力來進行考慮，否則有可能使得實體部分的結(jié)構(gòu)抗裂性及極限承載能力不能滿足設(shè)計要求及正常使用要求。

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