梁桥横隔板病害分析

梁桥横隔板病害分析

0影响桥梁整体性能。根据桥梁横向联系在桥的结构中非常重要，尤其是t梁桥。它起到将各片主梁相互连成整体的作用;其刚度越大,桥梁的整体性越好,在荷载作用下各片主梁就能较好的协同工作。然而设计和施工中横向联系构件的设置和质量往往被忽视,有时甚至将其省略,造成桥梁整体性能降低。随着桥梁的运营和车辆荷载的不断增加,当横向联系发生破坏后,荷载将无法有效地横向分布,导致主梁单梁受力,引起主梁、桥梁开裂等病害,威胁到桥梁的运营安全。现通过对某高速公路T梁桥横隔板病害分析,介绍横隔板加固技术,为类似T梁横隔板病害提供借鉴。1t梁横分隔研究通过对某高速公路T梁桥进行病害调查发现:(1)多座桥梁横隔板出现了破损,开裂现象,且横隔板裂缝在重车作用下出现明显的开合,桥梁横向联系较弱;(2)部分横隔板不共面,出现错台现象。图1为某14×20m预应力砼T梁桥,横隔板出现破损、开裂现象,尤其是行车道下横隔板破损现象最为严重,重车通过时,可见裂缝明显张开。破损区域经环氧砂浆简单修复后,裂缝立即反射,将破损区域混凝土凿除后,发现连接钢板焊缝开裂,部分连接钢板甚至断裂。图2为T梁横隔板因施工误差造成不共面、错位现象。横隔板病害产生的原因,可从以下3个方面来分析:1)设计原因。原设计横隔板数量、尺寸较小,造成横向联系刚度不足,极易造成横隔板破损、开裂。部分设计人员认为跨中横隔板的抗扭刚度通常要小于端横隔板,且跨中横隔板的自重会增加主梁荷载,造成对跨中横梁不够重视,设计横隔板数量和尺寸较小。2)超载。超限或超重车辆经过一次相当于普通车辆对桥面造成损坏的7~20倍,如果超重车辆增多,对T梁横隔板的损坏将会加剧,形成横隔板开裂、混凝土脱落等病害。3)施工原因。T梁一般施工方法为:T梁预制吊装就位后,依靠横隔板连接形成整体受力,横隔板的连接一般通过钢板连接。因施工误差,往往出现横隔板错位,或连接钢板焊接质量不合格,或连接钢板本身质量不合格,导致连接钢板开焊或者连接钢板断裂,引起横隔板混凝土开裂剥落。T梁桥一般是由多根主梁通过端横隔板、中横隔板组成一个整体结构承受荷载作用,出现上述病害后,横隔板便成为薄弱部位,横向联系减弱,导致上部结构整体受力减弱,相当于增大了每个单梁的受力,对桥梁的伤害是非常巨大的。(1)随着横隔板的破坏,单梁受力增大,T梁出现结构性病害,如跨中腹板U型裂缝,支点附近斜向腹剪裂缝。(2)横向联系不足导致相邻梁体间变形过大,极易引起桥面纵向开裂,出现渗水现象。裂缝位于T梁翼缘板交界处,大部分裂缝贯通梁长,见图3所示。2高速公路t梁桥加固方案根据上述病害分析可以发现,造成T梁的单梁受力主要原因是横向联系不足造成的,病害的处理便针对性地提高T梁的横向能力,增大桥梁的整体刚度。增强T梁整体刚度有3种方法:加固桥面铺装、加固横隔板、T转箱(在T梁下方增设一层底板,形成箱形截面)[5~8]。实际工程中,通常采用加固横隔板,并结合加固桥面铺装法增强桥梁的整体刚度。横隔板的加固方式有增设横隔板、增设钢横系梁、设置横向预应力构件、加大横隔板的尺寸、粘锚V形钢板、粘贴钢板和增焊连接钢板补强等。增设横隔板、增设钢横系梁适合于横向联系很弱的桥梁,增设的横隔板分为钢结构、预制钢筋混凝土和现浇钢筋混凝土3种,应根据实际情况合理选取。设置横向预应力构件的施工工艺较复杂,且施工的难度也很大,对原结构的损伤比较大。加大横隔板的尺寸与增设横隔板的方式相比,前者可以在加大横隔板尺寸的同时修复原横隔板的病害,后者则需要另进行繁琐的修复原横隔板的工作。粘锚V形钢板通过锚栓和粘贴胶使钢板与原横隔板混凝土形成共同受力的整体,V形钢板为三角形构架,结构稳定。粘贴钢板法适合于病害轻微或未出现明显病害的横隔板补强。增焊连接钢板补强是将横隔板破损区域混凝土凿出,焊接原连接钢板,并焊接加劲钢板,再用环氧砂浆修补,增大横隔板刚度。在尽量减小对交通影响的情况下,通过结合实际病害对以上加固方法进行比较分析,该高速公路T梁桥加固方案为:(1)横隔板采用增焊连接钢板补强,见图4。连接钢板焊接、砂浆浇筑及固化过程中,对桥上交通进行管制,禁止重型车辆通过,并控制其他车辆的车速,待砂浆强度达到设计强度时,才允许完全开放交通。(2)对于混凝土桥面纵向裂缝,采用壁可法注浆修补,并对桥面整体加铺环氧覆层来提高铺装层的耐磨、防滑、抗裂、防水及耐久性能。3静态加载试验的分析3.1试验荷载t选取有代表性的桥梁中的一跨,对T梁横隔板病害加固前后进行对比荷载试验,检验桥梁结构实际性能,如结构的强度、刚度等。试验跨为20m预应力混凝土简支T梁,桥宽13m,三车道,由7片T组成,端部和跨中共设3道横隔板。检测时发现横隔板出现破损、开裂现象,尤其是位于行车道下3#、4#、5#梁间跨中横隔板开裂破损最为严重(见图5)。本次试验荷载等级为公路-I级。试验工况为:Ⅰ跨中最大正弯矩中载,Ⅱ跨中最大正弯矩偏载。加载车辆为6辆35t左右的重车。效率系数η分别为0.99和0.98。为了分析桥梁在试验荷载下的变形及应力变化,在试验工况下,简支梁的控制截面为跨中截面,故在每片T梁的跨中断面梁底各布置1个挠度测点、1个应变测点。3.2间有限元模型理论计算采用MidasCivil建立空间有限元计算模型,利用梁格法模拟各主梁的横向联系。荷载试验的理论值按各工况实际加载车的数量、轴重、轴距、轮距和总重计算。3.3加固前3#、4#、5#t梁变形及变形分析T梁横隔板病害加固前后,在工况Ⅰ和工况Ⅱ试验荷载作用下,跨中截面变形、应变的实测值和理论计算值比较见图6和图7。通过图6和图7可以看出,工况Ⅰ中载和工况Ⅱ偏载试验中,加固前3#、4#、5#T梁变形较大,其相互之间的协调变形能力差,表明试验荷载向这3片T梁分配比例较大。加固后,各片T梁变形和应变均有所减小,变形最大减小16.8%,且各梁相互间协调变形能力有所好转。通过对静载试验结果表明,对T梁横隔板病害的加固,增强了桥梁的横向联系,使得主梁的受力结构得到改善,桥梁的整体性好,在荷载作用下各主梁能更好的协同工作。4加固前后对比分析横隔板开裂、失效可以导致装配式T梁桥横向联系恶化,降低全桥整体受力性能。本文对某高速桥梁横隔板病害进行调查,分析病害成因,提出了合理可行的加固方案。通过加固前后静载试验结果对比分析,表明横隔板加固后桥梁整体性加强,受力情况得到改善,在荷载作用下各主梁能更好的协同工作,加固方案有效。