摘 要: 介绍一种加强桥梁横向联系的新型加固技术, 并结合工程实例, 通过实际应用和理论计算分析得到, 将该方法应用到既有桥梁维修加固中, 能够得到较好的效果, 具有一定的工程应用价值。
0 引言
加厚桥面板加强横向联系加固法施工简单, 可操作性强, 但是需要中断交通;由于混凝土从浇筑到达到强度需要一定的时间, 因此, 采用浇筑混凝土横系梁加固法同样也需要中断交通, 对于交通量较大的既有桥来说, 中断交通将会造成较大的影响, 也会造成经济上的损失。而采用钢横系梁加固法施工简单, 工期短, 并且可在不中断交通的情况下进行, 有着很明显的优势, 已逐渐应用于旧桥的加固设计中。同时, 考虑到采用钢横系梁会增加加固以后的维修养护费用, 尤其是对于空气相对潮湿的城市, 对钢板的腐蚀会相对严重, 应考虑这种方法的经济效益。对于我国北方城市, 空气比较干燥, 这种方法有一定的适用性, 但是也应该注意其养护, 每隔一定时间对其进行防锈除锈处理。
下面主要针对采用钢横系梁增强桥梁横向刚度的加固方法在实际工程中的应用进行分析对比。
1 工程概况
某桥修建于1998 年, 设计为3m ×20m 装配式钢筋混凝土T 梁, 桥梁全长66 .48m, 该桥每跨由7 片钢筋混凝土T 梁预制装配而成, 全桥共21 片T 梁。T 梁高1.3m , 顶板宽158cm , 顶板翼缘厚8cm, T 梁腹板厚18cm 。由于该桥长期处于超载运营状态, 桥梁结构破损严重, 主要病害如下:
⑴该桥上部结构的静力刚度和动力刚度均不足, 车辆通过时竖向振动较大, 对行车安全构成一定威胁。
⑵梁体出现多条结构性裂缝, 主要为支点处斜裂缝及跨中处竖向裂缝。支点处剪切裂缝宽度最大0 .9mm ;跨中裂缝宽度最大1 .5mm;裂缝间距20cm ～ 50cm 不等, 最长125cm , 多数裂缝缝宽超过规范限值, 并且已开展到主梁受压区, 对主梁承载能力、安全性和耐久性造成严重影响。
⑶该桥梁体混凝土表面抗压强度低于原设计要求, 梁体强度降低, 混凝土的碳化深度已接近混凝土保护层厚度。
⑷该桥横向联系较弱, 横系梁连接缝混凝土掉落、脱空、渗水等现象严重, 大多数连接钢板锈蚀严重。
⑸该桥梁体纵向线形平顺度较差, 起伏较大, 梁体下挠严重。
2 横向联系补强加固设计
本次加固为增加桥梁梁体的横向联系、提高桥梁整体性, 改善桥梁受力条件, 在T 梁原端横系梁、3L/8 、5L/8 处相邻梁间各增加2 个横系梁, 钢横系梁材料采用Q235 钢板。
在新增梁体横向联系的位置粘贴钢板, 钢板采用双头螺栓锚固;T 梁之间横向联系补强采用两片H 型钢连接, 钢板焊接在梁体粘贴钢板上, 采用双面焊。见图1 、图2。
3 加固效果分析
建立一跨模型进行计算, 对增加横系梁前后桥梁的刚度进行比较分析, 从而评定该桥的加固效果。利用有限元软件MIDAS 进行计算, 计算模型见图3。
3 .1 加固前桥梁状态评估
通过对加固前该桥的跑车测试信号进行分析, 得出全桥各阶频率、阻尼比, 见表1。
比较表1 数据可以看出, 该桥加固前的实测值普遍小于理论值, 根据桥梁结构固有模态参数评定方法, 对于本桥可以分别得出竖向和横向状态参数:
竖向:S竖=fmi/fdi =4 .69/ 5.05 =0 .93
横向:S横=fmi/fdi =6 .44/ 8.91 =0 .72
由上得出:该桥加固前竖向状态参数大于0 .75 小于1,属于较差状态, 横向状态参数小于0.75 , 属于危险状态, 综合评价, 该桥结构状态评定为较差状态。桥梁结构在竖向和横向的动力刚度均已不满足设计和使用要求, 由于横向刚度更为薄弱, 故本次加固应注重加强横向刚度。
3 .2 加固前后横向分布系数的计算
⑴加固前横向分布系数
由于该桥整体性比较差, 主梁的荷载横向分布影响线基本上仅伸展到左右相邻的一片梁, 即局限于总共三根梁的范围。因此可用铰接法近似计算T 梁荷载横向分布系数, 计算结果如表2 。
⑵加固后横向分布系数
由于加固后该桥的横向增强, 各片梁变形协同能力加强, 车辆荷载作用下中间横梁的弹性翘曲变形同主梁相比很小, 因此采用修正的刚性横梁法计算横向分布系数。计算结果于表3 。
3.3 加固前后动力刚度比较
根据有限元模型, 对该桥进行理论计算, 计算加固前后该桥的自振频率、振型等动力参数, 结果见表4。
由表4 可以看出, 加固后频率比加固前有明显的提高,说明刚度有所改善, 加固效果明显。
对加固前后进行偏心加载, 各主梁跨中位移见表5 。
偏心荷载作用下, 加固前后主梁同一截面挠度对比图见图4 。
加固前跨中同一截面最大挠度和最小挠度的挠度差为0.17-(-0 .86)=1.03cm ;加固后最大挠度和最小挠度的挠度差为0 .109-(-0.76)=0.869cm 。对比加固前后的挠度差, 加固后相对加固前抗扭刚度的提高幅度为21 %。由此可以得出增加横隔板加固后桥梁横向刚度有所提高, 桥梁整体性有所改善。
4 结束语
通过加固前后横向分布系数及频率的比较, 加固后该桥的横向联系得到加强, 横向刚度有了明显的提高, 由此可得本次加固提高了桥梁整体性, 改善了桥梁受力条件。将这种方法应用到既有桥梁加固中, 能够得到较好的效果。
