钢筋混凝土T形梁桥病害分析及加固研究

AprilNo.4

2011

钢筋混凝土

T形梁桥病害分析及加固研究

周

欣，王利华

（孝感市公路管理局，湖北孝感432000）

摘要：文中针对50、60年代修建的钢筋混凝土T形梁桥在现在运营中出现的混凝土表面碳化、裂缝等导致承载

能力下降的问题，通过静载试验分析结构存在的病害的原因，并采用横隔板及整体式桥面板两种不同的加固方案，比较两者的优劣。结果表明，整体式桥面板方案不仅在力学指标上更优秀，同时更方便施工，也更经济合理。达到了提高桥梁承载能力及桥梁可持续发展的目标。关键词：裂缝；横向联系；横隔板；植筋中图分类号：U445

文献标识码：A

早期修建的钢筋混凝土T形梁桥随着使用年限的增长，加之养护的不及时，出现了混凝土表面碳化、裂缝加大、表面破损、雨水侵入、钢筋锈蚀等一系列问题，最终会导致桥梁承载能力的下降，影响行车安全。为了鉴定桥梁现有的承

载能力，并保证后期的正常营运，一般采用实桥荷载试验来

评定旧桥的承载能力和安全度，并据此确定出加固或者改建方案。

一、工程概况

某钢筋混凝土T形梁桥建于1984年，全长825.84m，上部结构为钢筋混凝土简支T形（11片）梁桥，每跨标准跨径22.2m，共37跨，桥面净宽为15.0+2×1.5m，下部结构为四根柱及桩与五根柱及桩柱式桥墩两种不同形式，桥墩基础采用钻孔灌注桩基础，桥台为框架式桥台。桥梁断面如图1所示。

图1某钢筋混凝土T形梁桥横断面图

在调查发现问题的基础上，本文通过桥梁静载试验来确定病害产生的原因，并提出两种不同的加固方案，通过方案比选，确定最利于T形梁桥裂缝产生的加固方案。

二、全桥病害主要表现

通过调查，全桥病害主要表现为两种形式：1．横隔板病害

横隔板病害主要出现在横隔板的连接部位，表现为：（1）连接段混凝土不密实；

（2）由于预制T梁安装精度问题相邻横隔板有不共面、错位现象；

（3）连接钢板焊缝施工质量低劣，焊缝不饱满或脱焊开裂，钢板错位连接部分钢板焊缝严重脱落；

（4）连接部位下缘混凝土开裂，或连接段分离；（5）横隔板连接段下缘断裂，上缘混凝土松散；（6）部分横隔板下缘主筋及斜筋断裂。2．横隔板病害

收稿日期：2011-03-11作者简介：周

欣，孝感市公路管理局。

文章编号：1006-7973（2011）04-0174-02桥面铺装病害主要表现为：

（1）桥面混凝土表面出现10条间距均匀的纵向开裂，且纵向裂缝基本是沿着T梁与T梁之间的接缝处展开，具有明显规律性；纵向裂缝已贯穿桥面T梁翼缘间有漏水现象；

（2）墩顶桥面连续处桥面混凝土大面积损坏面板出现露筋。

三、加固前静载试验

了解试验荷载作用下桥梁的实际受力状况，鉴定该桥的实际承载能力。

试验采用310KN双后轴载重车加载，主要技术指标为：前轴距中轴3.1m，中轴距后轴1.4m，前轴60KN，中后轴各125KN。以第七跨进行荷载试验，该跨的4号梁与5号梁基本脱开。分别以2辆车与3辆车进行加载，通过实测挠度与理论挠度、实测横向分布系数与理论横向分布系数的对比知：

实测最大挠度小于理论最大挠度，结构的整体强度和刚度满足要求；全部荷载卸除后，结构变形的残余值很小，结

构处于弹性工作状态；实测横向分布系数没有理论计算值分布均匀，偏载效应明显，桥梁横向联系严重不足。

四、两种加固方案

通过试验总结出该桥病害与两种原因有关：一种是横隔板下部钢筋连接件焊接质量差，焊接部位强度不足，受力后沿焊缝脱开；一种是相邻梁体横隔板不共面，这是钢筋出现疲劳断裂的主要原因。

1．两种加固方案的提出

为了提高该桥的承载能力，根据国内外现有的桥梁加固技术提出两种加固方案：

（1）横隔板方案：对损坏严重的横隔板进行更换，对焊接质量有问题的钢筋钢板补焊；

（2）桥面板方案：凿除原有桥面铺装重新布置钢筋网现浇15cm厚混凝土做成整体式桥面板，在T梁梁顶隔一定间距植入钢筋，与桥面板的钢筋焊接起来，使得桥面板与主梁共同受力、协调变形。

2．有限元分析两种方案优劣

第4期周欣等：钢筋混凝土T形梁桥病害分析及加固研究

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采用结点实体单元进行建模分别对两种方案进行建模计算，T梁基本参数如表1：

表1

T梁基本参数

方案一

方案二计算跨径21.6m21.6m计算梁高1.35m1.50m

等效截面面积0.399m2

0.639m2

等效弯曲惯性0.073m

40.113m

4

等效抗扭刚度3.7e-3m4

4.61e-3m4

中性轴高度0.917m1.108m混凝土材料

C30

C30

方案一的模型中考虑桥面已有10条明显的贯穿整跨的纵向裂缝，故不考虑铺装层参与受力；方案二模型中考虑到桥梁横隔板部分破坏，模型中保留横隔板在桥梁相应位置的自重，而不考虑横隔板的刚度。

在自重和车载作用下，方案一整跨最大挠度为跨中下挠1.79cm，最大应力也出现在跨中为11.4MPa，而方案二跨

中挠度为1.19cm，应力为10.5MPa。力学分析表明在应力

和挠度两项指标上方案二优于方案一，若采用方案一，加固了横隔板，桥梁的受力满足了要求，但是桥梁的行车条件并没有改善，因为桥面铺装已得到改善。因此采用方案二进行加固更为合理。

五、荷载试验

通过测试桥梁在荷载作用下，桥梁的主要承力构件各主梁在控制截面处的强度与刚度值以及裂缝的开展情况，掌握桥梁加固后的实际受力状态，评定桥梁加固提载后的承载能力。

1．静载试验

本次试验选用300kn汽车（车重+荷重）2辆，以跨中截面最大正弯矩布载，以偏载的形式施加，汽车主要技术指标为：前轴距中轴4.0m，中轴距后轴1.4m，前轴60kn，中后轴各120kn。

荷载具体位置见图2：

图2

荷载布置图

测点布置图（图3）：

图3挠度测点布置图

主梁跨中挠度测点的挠度值列于表2：

表2

跨中截面各测点挠度值

测试部位L/2截面

测点

123456实测挠度值（mm）6.336.786.996.355.163.74卸载后残余值（mm）0.070.00.20.10.070.03理论挠度值（mm）

15.213.311.810.48.97.4校验系数0.42

0.51

0.59

0.61

0.58

0.51

平均校验系数

0.

由表2可知，平均挠度校验系数为0.，小于1.0，实测最大挠度为6.99mm，小于理论最大计算挠度15.2mm，远小于挠度的最大限值L/600，表明结构的整体刚度与强度满足设计要求。其跨中最大挠度测点的残余挠度为0.2mm，相对残余挠度值为2.8%，远小于规范容许值20%，说明结构处于线弹性范围内。

2．动载试验

在试验跨的L/2跨部位固定DPS型微振位移传感器，按上、下游方向与数值方向两个方向各布置一个传感器。试验共测桥梁的脉动、跑车、跃障、刹车四个工况。桥梁横桥向的动位移远比其竖直向的动位移小，由脉动波形的频谱分析结果得桥梁实测竖向基频为4.49MPa，跨中动力响应位移见表3。

表3

跨中动力响应位移

车速

跨中竖直向

工况

（Km/h）

动位移幅值（mm）

实测冲击系数

刹车400.1821.182跑车400.1971.208跑车

60

0.2151.235跃障

0.563

1.307

该桥的竖向基频为4.49MPa，桥梁动刚度满足要求，桥梁加固后，桥梁跑车时的动力效应明显减弱，桥梁的整体性与动刚度得到了一定的加强。

五、结论

根据上述计算及分析，可以得出以下结论：

（1）该桥的主要病害是由于横向联系不足所引起的；（2）在横隔板方案和桥面板方案均满足受力要求的情况下，桥面板方案更经济合理，能使桥梁的整体性得到加强，使桥面板与主梁共同受力。

参考文献

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