预应力T梁桥跨中横隔梁力学分析与维修加固

预应力预应力 T 梁桥跨中横隔梁力学分析与维修加固梁桥跨中横隔梁力学分析与维修加固 发布时间 2007 11 06 作者 余波 徐光华 摘要 摘要 以预应力简支 T 粱桥为对象 建立了实体单元有限元模型 在对称和偏载作用 下分别计算了有无横梁情况时的响应并进行了比较分析 结果说明中横粱对大桥受力状态 特别是翼缘板的受力状态有较大的作用 根据这一结论 对该桥主要采取了增加跨中横隔 梁的加固措施 预应力 T 梁的横隔梁是垂直于 T 梁梁体的结构 其基本作用是增加桥梁的横向刚度 限制扭转应力等 按照桥梁设计 85 规范及 2004 新规范的要求 预应力 T 梁桥均需设置 端横梁和一定数量中横梁 一些设计人员误认为跨中横梁的抗扭刚度通常要小于端横梁 且跨中横梁的自重会增加主梁荷载 因此对跨中横梁不够重视 有时就将其省略 这样势 必造成桥梁整体性降低 随着车辆荷载日益增加 给车辆运营带来安全隐患 这种构造于 二十世纪六十年代由前苏联引进我国 在一些西部省份已有较多应用 因此 对预应力 T 梁桥跨中横隔梁的力学性能进行分析 了解其对桥梁整体受力的重要性 增强对其重要性 的认识进而采取相应加固措施提高桥梁耐久性和使用寿命具有重要的意义 本文选取了 6x30 m 的预应力混凝土 T 梁桥进行分析 该桥上部结构 T 梁采用现浇方 法施工 桥梁未设置中横隔梁 仅设置了端横隔梁 现浇 T 梁用 50 号砼 预制桥面板 封锚端用 40 号砼 桥面铺装采用 6 cm 厚的 30 号防水砼 现浇 T 梁采用简支桥面板连 续 下部结构为双柱式墩 左右幅分离 设计荷载等级 汽车一超 20 级 挂车 120 该桥位于重要的高速公路干线 车流量相对较大 经过若干年的运营 该桥出现了较 多病害 除了桥面铺装破损 部分伸缩缝损坏等常见病害外 比较明显的病害表现为桥面 铺装纵向裂缝 主要集中在中 T 梁顶面附近等 为了对病害进行分析 对该桥用实体单元建立了有限元模型 利用该模型对桥梁有无 跨中横隔梁的情况下 各片 T 梁的挠度及应力状况进行了分析 重点关注各片梁在偏载和 对称荷载作用下 跨中挠度分布及桥面铺装表面拉应力的分布隋况 1 模型的建立模型的建立 简支 T 梁桥采用实体单元建立有限元模型 有中横梁情况 无中横梁情况 模型中考 虑铺装参与受力 假定混凝土材料均为 C50 混凝土 其它相关参数见表 1 表 3 所示 其 中有横梁的实体模型中设置了 3 道中横梁 分别设在 1 4L 1 2L 3 4L 跨所在位置 部分模型如图 1 2 所示 每片 T 梁承担的恒载如表 1 所示 T 梁相关参数见表 2 由于 该桥边梁和中梁的结构尺寸基本相同 计算时采用相同截面所带来的误差可忽略 边梁和 中梁钢绞线配束量见表 3 分析中采用汽车超 20 车队的中 55 t 重车作为分析荷载对桥梁进行加载 模型中的轮 载分别以集中力的形式施加于模型中的结点上 计算中分别建立了对称加载和偏载两种加 载情况 两种荷载情况均施加于有横梁模型和无横梁模型以便进行比较 因此总共计算了 4 种工况 工况 1 为无中横隔梁时的对称加载 工况 2 为有中横隔梁时的对称加载 工况 3 为无中横梁时的单车加载 工况 4 为有中横梁时的单车加载 2 计算结果分析计算结果分析 工况 1 工况 4 荷载作用下结构跨中断面剪应力及挠度的计算结果如图 3 图 6 所示 当 T 梁只配置端横梁而无中横梁时 在对称和偏载作用下各 T 梁的挠度均呈曲线分布 桥 梁横向发生弯曲的趋势且翼缘板承受较大的剪应力 与之形成鲜明对比的是 设置了中横 梁的 T 梁桥在荷载作用下各 T 梁的挠度均呈直线分布 翼缘板所受剪应力有限 最大剪应 力发生在横梁部位 说明增加横梁后 中横梁改善了翼缘板的受力状态 使其更为安全 桥梁横向刚度和抗扭刚度得到较大提高 因此中横梁对提高全桥的整体性有较大作用 此外 本文还将工况 1 工况 2 下 T 梁跨中断面横向剪应力进行了对比 如图 7 图 8 所示 结果显示设置了中横梁的 T 梁桥在荷载作用下翼缘板几乎无横向拉应力产生 这 对翼缘的受力较为有利 没有中横梁的 T 梁桥翼缘板在荷载作用下顶面承受较大的横向拉 应力 特别是在中 T 梁顶面附近达到最大值 1 77 MPa 虽然计算值小于设计强度 2 45 MPa 的限值 但计算中加载是以设计荷载来取值 事 实上该桥位于重要的高速公路干线 车流量相对较大 根据对大桥通行车流量及车辆超载 超限状况进行的统计 调查期间单日发现各类大型装载汽车 70 余辆 且均有超限超载迹 象 当大货车高速通过大桥时 桥梁振动现象明显 大桥铺装破损的存在加剧车辆对大桥 的冲击作用 将使桥面的状况进一步恶化 综合考虑汽车的冲击作用以及超载等因素 特 别是最大横向拉应力发生位置与纵向裂缝位置相吻合 可以认为未配置中横梁的 T 梁桥在 超载车作用下横向拉应力过大是桥面产生纵向裂缝的内在原因 3 维修加固措施维修加固措施 根据对大桥病害的检测和以上分析 采取了以下维修加固措施 首先凿除原桥面铺装 层 对变形老化比较严重的支座进行更换 然后在跨内增设 3 道中横隔梁 通过增设中横 隔梁 可增强各主梁之间的横向联系 使荷载的横向分布更加均匀 在本次桥梁加固中拟 采用钢筋混凝土横梁 横隔梁可浇到与翼缘板底面相接以保证结构整体刚度 也可不浇到 顶而在翼缘板下预留 30 40 cm 高的空间以方便施工操作 但据计算 此方法比前一种方 法对结构整体刚度提高的效果至少要低 50 其他类似工程可根据实际情况采取不同措施 新增横隔梁内钢筋通过植筋与 T 梁腹板连接 浇筑横隔梁混凝土前先将 T 梁腹板相应混凝 土面打毛并适当湿润以保证新老混凝土的联接 在对 T 梁裂缝等病害进行修补后在梁底粘 贴碳纤维布以增强梁体的承载力 最后再重新浇注铺装层 4 结论结论 本文利用实体单元有限元模型对预应力 T 梁桥跨中横