T梁翼缘板加固设计

T梁翼缘板加固设计摘要：桥梁护栏升级改造导致边梁外侧翼缘板强度不足需要加固，本文结合T梁翼缘板加固方案开展研究验算，得出增加桥面铺装厚度、桥面铺装钢筋、在翼缘板下方增设H型钢支撑等加固措施对翼缘板强度提高是行之有效的。关键词：T梁；翼缘板；加固；强度中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：1.工程概况某高速公路以一联（30+40+30）m先简支后连续T梁上跨既有铁路。未防止桥梁上的二次交通事故影响铁路的正常运营，需对原桥梁的SB级护栏改造为SS及墙式护栏，护栏自重的增加以及护栏防撞设计荷载的增加导致T梁翼缘板强度不能满足受力要求，需对该T梁翼缘板加固处理。2.防护网及异物监测网设置方案为保证高速铁路运营安全，需在公路桥上设置防护网及异物监测网。防护网及异物监测网安装横断面如下图。图1-4防护网及异物监测网安装横断面3.翼缘板加固设计方案为防止碰撞二次事故发生，护栏防撞等级由SB级提高至SS级，撞击力设计值由90KN/m提高到104KN/m。偶然组合荷载效应大于T梁翼缘板承载能力，故需对翼缘板进行加固设计。加固措施如下：增加翼缘板顶层钢筋：凿除T梁翼缘板顶层钢筋混凝土保护层，使主筋完全外露，将加强钢筋与原主筋绑扎；增加桥面混凝土铺装层厚度、增大混凝土铺装层钢筋直径、混凝土铺装层与翼缘板竖向植筋，增强混凝土铺装层与翼缘板的整体受力性能；翼缘板下方增设H型钢支撑，护栏的自重由H型钢支撑直接传递至T梁肋板，改善翼缘板受力机理。翼缘板加固设计方案示意图4结构验算4.1T梁纵向整体验算4.1.1计算荷载及参数1.C50混凝土，重度26KN/m3；2.二期荷载，混凝土桥面铺装重度26KN/m3；沥青桥面铺装重度24KN/m3；护栏参考SS级护栏构造图，单侧重量按15.34KN/m；3.汽车荷载：按公路级车道荷载计算。汽车荷载的冲击力按“桥规”第4.3.2节计算，正弯矩效应冲击系数为0.320，负弯矩效应冲击系数为0.418；4.横向分布系数根据桥面布置（如图4-1），按刚接板梁法计算，边梁的横向分布系数为0.606。5.防护网：每米防护网单侧重为0.932kN；6.异物监测网：每米异物监测网单侧重为1.8kN；7.异物监测网上承受荷载：集中力2.5KN；8.风荷载：基本风压按公路桥涵设计通用规范第4.3.7节，采用当地100年一遇数值0.4kN/m2；9.支座沉降：按5mm沉降计算；10.温度作用：整体升温20、整体降温20，非均匀温差按公路桥涵设计通用规范4.3.10节计算；11.桥梁结构重要性系数为1.1。图4-1桥梁横断面（单位：cm）4.1.2有限元模型T梁整体性安全验算，采用桥梁博士V3.20建立平面杆系有限元模型。（30+40+30）m连续梁共分为100个单元，101个节点，如下图4-1。图4-11/2（30+40+30）m连续梁平面杆系有限元模型4.1.2T梁持久状况承载能力极限状态验算根据公预规5.1，要求对构件进行承载能力验算。T梁承载能力验算结果如下：图4-2T梁最大最小抗力及对应内力图注：红色为最大抗力，黑色为最大抗力对应内力；绿色为最小抗力，蓝色为最小抗力对应内力。由上图可知，承载能力极限状态下梁体各截面抗力均大于对应的内力，承载能力均满足规范要求。4.1.3T梁持久状况正常使用极限状态验算根据公预规6.1，要求对构件在正常使用极限状态下进行抗裂验算。T梁抗裂验算结果如下：图4-3短期效应组合正截面上下缘最小正应力图图4-4长期效应组合正截面上下缘最小正应力图图4-5短期效应组合斜截面主拉应力图由上图可知，短期效应组合正截面上缘最小正应力为-1.26MPa，下缘最小正应力为2.31均小于规范容许值-1.86MPa；长期效应组合正截面未出现拉应力；斜截面最大主拉应力为-1.05MPa小于规范容许值-1.86MPa，各项抗裂验算均满足规范要求。4.1.4T梁持久状况及短暂状况应力验算根据公预规7.1，要求对构件按持久状况设计在正常使用状态下进行斜截面砼主压应力验算，及受拉区预应力钢筋拉应力验算，验算结果如下：图4-6标准荷载组合T梁斜截面主压应力图由上图可知，T梁斜截面主压应力最大值为15.7MPa，小于容许值16.2MPa，满足规范要求。4.2T梁翼缘板验算翼缘板验算分为两个荷载工况工况1：横向垂直撞击边护栏工况汽车横向垂直撞击护栏，撞击力按104KN/m，分布范围为纵向5m，撞击高度为护栏最高点以下5cm处。由于大型车前轴至车头距离不小于1.0m，大于护栏撞击点至T梁翼缘板悬臂根部距离0.764m，故车辆垂直撞击时，不需考虑车辆自重对悬臂板的作用。工况2：横向最不利布置工况汽车平行护栏行驶，横向最不利布置（按车轮中心至护栏边缘30cm控制），此工况只考虑车轮荷载，不考虑撞击荷载。图4-7车辆碰撞护栏示意图图4-8车辆横向最不利布置示意图4.2.1工况1翼缘板验算控制截面1各项荷载效应值：撞击力弯矩：护栏重：护栏弯矩：翼缘板自重：翼缘板弯矩：桥面铺装自重：桥面铺装弯矩：防护网弯矩：异物监测网弯矩：异物监测网上的荷载弯矩（按1m范围计算）：防护网风荷载：防护网风荷载弯矩：异物监测网风荷载：异物监测网风荷载弯矩：护栏风荷载：护栏风荷载弯矩：H型钢竖向支撑力（由三维模型计算得）：H型钢竖向支撑力弯矩：承载能力强度验算T梁翼缘板受力类型为以受弯为主的拉弯构件，故验算抗弯及抗剪承载力，轴向承载力不是控制荷载，故不考虑轴向承载力的验算。碰撞为偶然事件，故按偶然组合计算截面内力。计算弯矩受压区高度：小于截面抗力：截面抗力大于截面计算弯矩，抗弯承载能力满足规范要求。计算剪力：依据公预规5.2.10，截面可不进行斜截面抗剪承载能力验算。控制截面2各项荷载效应值：撞击力弯矩：护栏重：护栏弯矩：翼缘板自重：翼缘板弯矩：桥面铺装自重：桥面铺装弯矩：防护网弯矩：异物监测网弯矩：异物监测网上的荷载弯矩（按1m范围计算）：防护网风荷载：防护网风荷载弯矩：异物监测网风荷载：异物监测网风荷载弯矩：护栏风荷载：护栏风荷载弯矩：H型钢竖向支撑力：H型钢竖向支撑力弯矩：承载能力强度验算计算弯矩受压区高度：小于截面抗力：截面抗力大于截面计算弯矩，抗弯承载能力满足规范要求。计算剪力：依据公预规5.2.10，截面可不进行斜截面抗剪承载能力验算。4.2.2工况2翼缘板验算车轮荷载：按公预规4.1.5计算得车轮荷载纵向分布宽度为1.8m，轴间距1.4m，故前后轮有重叠效应，两轮的纵向分布宽度为1.4+1.8=3.2m，荷载集度为140KN/3.2m=43.75KN/m。控制截面1各项荷载效应值：车轮荷载弯矩：护栏重：护栏弯矩：翼缘板自重：翼缘板弯矩：桥面铺装自重：桥面铺装弯矩：防护网弯矩：异物监测网弯矩：异物监测网上的荷载弯矩（按1m范围计算）：防护网风荷载：防护网风荷载弯矩：异物监测网风荷载：异物监测网风荷载弯矩：护栏风荷载：护栏风荷载弯矩：工况2为正常使用工况，故按基本组合计算截面内力。计算弯矩受压区高度：小于截面抗力：截面抗力大于截面计算弯矩，抗弯承载能力满足规范要求。截面计算剪力：依据公预规5.2.10，截面可不进行斜截面抗剪承载能力验算。控制截面2各项荷载效应值：车轮荷载弯矩：护栏重：护栏弯矩：翼缘板自重：翼缘板弯矩：桥面铺装自重：桥面铺装弯矩：防护网弯矩：异物监测网弯矩：异物监测网上的荷载弯矩（按1m范围计算）：防护网风荷载：防护网风荷载弯矩：异物监测网风荷载：异物监测网风荷载弯矩：护栏风荷载：护栏风荷载弯矩：承载能力强度验算基本组合计算弯矩受压区高度：小于截面抗力：截面抗力大于截面计算弯矩，抗弯承载能力满足规范要求。截面计算剪力：依据公预规5.2