T梁桥横隔板病害对桥梁承载能力影响及加固

安汝宝

(新疆新纪元公路设计有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

0 引言

装配式简支T 梁桥属于单孔静定结构，由于其具有受力明确、构造简单、施工方便等优势，在我国的中小桥梁上应用广泛。简支T 梁受力明确，主梁在横隔板联系下共同承担活荷载。横隔板作为装配式T 梁桥的重要组成部分，必须具有足够的刚度以及强度。其刚度越大，桥梁的整体连接性也就越好。但是在实际的装配式T 梁桥调查过程中，T 梁横隔板发病几率往往较高，集中病害表现为为横隔板底部破损、连接件外露等。

本文依托实际工程，对发生了此类病害的10 ×35 m 的多跨预应力混凝土简支T 梁桥进行了针对性的荷载试验，对比有限元软件的计算结果，分析验证其对于全桥承载能力的影响，并提出了相应的加固措施。

1 工程概况

某T 梁桥上部结构形式为10 ×35 m 的装配式预应力混凝土T 型简支梁桥。全桥总长350 m，主梁标准跨径35 m，梁高2.25 m。单孔由12 片预应力混凝土T 型梁组成，该桥横向设2.0%横坡，T 形主梁的翼缘板之间设置铰缝连接，各腹板之间通过横隔板进行横向连接，每孔纵向设置7 道横隔板。桥梁下部结构采用柱式桥墩，每6 片梁由1 个柱式桥墩承载，桥梁的横断面示意图如图1所示。

图1 桥梁横截面示意图(单位:cm)

该桥于2001年建成通车，在2011年的常规检测过程中发现横隔板有不同程度的混凝土破损剥落、露筋、接缝开裂等现象存在。

2 横隔板病害调查

经过现场调查，横隔板接缝位置主要存在混凝土剥落、露筋、沿接缝的裂缝等现象。出现病害的位置主要在:西4 孔南 3 梁与南4 梁间，西3#～6#横隔板;西4 孔南4 梁与南5 梁间，西3#横隔板;西7 孔南3 梁与南4 梁间，西5#横隔板等。

其中西4 孔南3 梁与南4 梁间，西3#～6#横隔板病害较为严重。通过近距离检测可知:横隔板底部接缝位置连接钢筋与T 梁预留钢筋连接方式与设计图纸的要求不符，不符合设计要求主要表现为:钢筋与预留钢筋间焊接连接，但是实际上采用搭接;横隔板混凝土破损处钢筋间距小于设计要求，存在浇筑不密实现象;横隔板接缝处的裂缝较为严重，竖向裂缝已经延伸至横隔梁的顶端，T 梁间顶板湿接缝并未发现开裂;横隔板底面钢筋保护层厚度未达到设计要求的5 cm。现场检查横隔板混凝土，除破损处以外未发现混凝土浇筑不密实现象。

3 荷载试验方案

由于左右半幅桥梁之间并无横向连接措施，在进行有限元软件建模以及静载试验时，只对右半幅桥梁进行分析。根据外观检测评定结果，选取该桥横隔板病害最为严重的西起第4 孔为测试孔，并采用工作状况相对较好的西3 孔作为对比测试孔。本次荷载试验为静载试验，即是将静止荷载根据有限元计算结果作用在桥梁的指定位置，通过与实测的挠度值相比较，可以分析得到横隔板病害对于全桥承载力的影响。

3.1 Midas梁格法建模分析

根据桥梁结构形式，采用桥梁结构有限元分析软件Midas Civil 对试验桥跨结构部分进行有限元建模分析。分析计算时，主梁材料为50 号混凝土，弹性模量 Es 为 3.49 ×104MPa，泊松比 μ 取 0.212，容重为25 kN/m3。桥面铺装为沥青混凝土，容重为24 kN/ m3。全桥共划分为531 个单元，474 个节点，其中主梁采用空间梁单元;施加边界条件为一般简支梁支承，桥面铺装作为均布荷载施加在梁上，建立的有限元模型如图2示。

图2 测试桥梁有限元模型

3.2 静载试验方案

通过理论计算分析，选用西4 孔以及西3 孔的跨中截面进行试验车辆的加载位置以测试桥梁的最大挠度值。加载时根据桥梁的理论计算结果，按照等效荷载的方式进行加载，本次试验采用20 t 的双轴货车进行加载，荷载的效率系数为η =101.8%。对于本座梁桥，测定挠度的百分表沿桥跨的跨中设置，1#～6#每片梁的跨中设置一个测点，本次挠度测定使用精度为0.01 mm 的大量程百分表，其中第4孔跨中截面的挠度测点纵向和横向布置图如图3、图4所示。

图3 挠度测试点纵向位置示意图

图4 测试截面挠度测点布置示意图

3.3 静载试验结果分析

本次静载试验于半幅桥梁截面上进行，根据实际桥型特点，采用截面抗弯刚度修正系数β =0.95对理论值进行修正，将实测值与理论计算结果进行比对，根据实测的数据扣除支座沉降以后的结构实测挠度值以及采用有限元软件理论计算的挠度绘制的挠度横向分布曲线如图5示。挠度向上为正，向下为负。

根据图5的位移分布图可知该桥在荷载试验的过程中，西4 孔3#梁实测挠度较理论计算值大，而无横隔板病害的西3 孔的3#梁的实测值较理论值要小;2#梁以及5#梁的实测挠度与理论计算值相当，其余梁的实测位移均较理论位移小，实际位移横向分布与理论计算位移横向分布存在较大差异，在3#梁～5#梁位置处，位移值发生突变;作为对比的第3 孔梁的位移实测值均比理论值和第4 孔的实测值要小。说明横隔板病害的存在，影响了主梁横向传力、降低了该孔桥梁的整体承载能力，由于横隔板病害的存在，使得桥梁出现单个主梁出现了超载现象。

桥梁横隔板可以增强桥梁的横向连接性能，利于桥梁整体受力。桥梁荷载横向分布系数是评价桥梁横向连接的重要指标，横隔板病害则会使得桥梁横向传力能力变弱，荷载横向分布系数有较大的波动。基于试验时测定的西3 孔以及西4 孔的挠度数值，对比有限元软件建模计算所得的桥梁在最大正弯矩满载时桥梁的荷载横向分布系数如图6。

由图6可以看出，在最大正弯矩满载的情况下，荷载横向分布系数理论值在各梁上分布较为均匀，实测第3 孔的横向分布系数分布与理论值较为接近，但是基于实测挠度值所得的第4 孔的横向分布系数在不同梁号下波动十分巨大，整体分布性能较第3 孔以及实测值都较差。特别是3#梁和5#梁的横向分布系数远大于理论值以及对比实测值，在3#梁处发现了明显的上扬，其与4#梁的横向分布系数超过了40.27%，这对于3#梁的受力十分不利。说明横隔板病害严重影响了桥梁整体受力，使得横向联系能力下降，个别梁的横向分布系数增加幅度较大，这是十分危险的。

4 横隔板病害原因及加固

4.1 横隔板病害分析

在车辆荷载作用下横隔板底部会产生拉应力，由于横隔板底部连接钢筋未进行焊接连接，加之钢筋保护层厚度不足、施工质量等因素影响，在荷载的反复作用下，横隔板接缝处混凝土就逐步出现破损、剥落等病害;并随着桥上通行的车辆吨位的不断增加及时间延续，横隔板接缝处裂缝逐渐向上延伸。

4.2 加固建议

针对本桥的横隔板病害特征值以及横隔板的病害成因，可以采取以下一系列的加固措施对横隔版进行加固:

1)凿除湿接缝破损处疏松混凝土，凿至坚硬混凝土，保证新鲜混凝土表面粗糙;若预制横隔板与湿接缝相接处有开裂破损现象，应将破损混凝土凿除，保证混凝土新鲜面粗糙。

2)对锈蚀的钢筋进行防腐、除锈处理。

3)支模板，浇筑灌浆料。浇筑前为保证新旧混凝土接触良好，应涂刷界面剂。

4)对于不宜支护模板的湿接缝破损处，可用水灰比较小的灌浆料进行局部涂抹。

5)拆模时间不小于24 h，拆模后进行养护。当强度达到不低于设计强度90%，且混凝土表面干燥时，进行粘贴钢板加固。

5 结语

通过对有限元数值模拟以及静荷载试验挠度数据的比较，横隔板接缝位置处混凝土剥落、露筋、竖向裂缝等病害导致全桥整体受力能力下降，引发单个主梁的超载现象，这是十分危险的。因此在平时的桥梁检测中，应重视并加强横隔梁病害的检测，针对横隔梁病害的形成原因，进行横隔板加固，以改善桥梁的整体受力，延长桥梁寿命。

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