采用桥面铺装加固混凝土简支梁桥研究

张兴民++仇成竹++扬升++汪亚东++李凯

摘 要：混凝土简支梁桥车辆超载问题普遍存在，该文针对因超载而影响使用的桥梁进行了分析计算，并采用有限元软件Midas civil进行数值模拟，采用钢筋混凝土桥面铺装方法对桥梁进行加固，桥面铺装不只是铺装层，同时作为结构层参与结构受力，使原简支体系因而转换为连续体系梁桥，针对内力分析后对支点截面进行配筋，经验算满足桥梁承载及使用要求。

关键词：预应力 加固 承载力 截面

中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0070-02

现阶段，运输车辆尤其是运输建筑材料车辆超载是普遍存在的问题，超载50%～80%是比较保守的估计。近年来，吉林、北京、广州、宁夏等地多次发生超载所引发的桥梁倒塌事故，造成了严重的经济损失。根据相关调查，混凝土简支梁桥是桥梁最常用的桥型之一，桥梁倒塌更多时候是多次超载的结果，如果对出现问题不严重的简支梁桥进行必要的加固，提高其承载力，则会避免桥梁因为超载问题而引发的倒塌问题。

1 桥面铺装加固机理

针对简支梁桥，如果由于一些原因如超载引起主梁刚度和挠度超出规范要求，但还不是很严重的情况下，是可以通过加固对结构进行增强，常规加固方法有粘贴钢板加固法、碳纤维加固法、增大截面法、预应力加固法等，但这些方法工艺相对比较麻烦，而且费用较大。旧桥历经几年后，桥面铺装大多与行车道板粘结出现问题。鉴于上述原因，该文采用钢筋混凝土作为桥面铺装，在去除原桥面铺装后加铺在行车道板上，并采取措施确保其施工质量。

原桥属于简支箱型梁桥，在去除原铺装并加铺一定厚度钢筋混凝土后，桥面铺装不只是铺装层，而同时作为结构层参与结构受力，使原简支体系因而转换为连续体系梁桥，因此，原主梁荷载产生的跨中正弯矩大大减少，这样相当于增大了主梁的承载力，同时在支座处会产生负弯矩，由加铺的钢筋来满足承载要求，从而保证这个梁桥的整体承载力。

2 拟加固桥梁原设计情况及出现问题

拟加固桥梁位于辽宁省沈阳市沈北新区福州路（见图1），该桥为三跨（30 m×3）预应力混凝土简支箱型梁桥，公路等级为II级，双向双车道，桥面布置为0.25 m栏杆+1.0 m路肩+3.50 m×2行车道+1.0 m路肩+0.25 m栏杆。经查询原桥梁设计文件得知，用可变荷载频遇值计算的主梁长期的跨中最大竖向挠度为3.25 cm，荷载产生的裂缝宽度为0.05 mm。桥梁建于2005年，但因车辆超载出现了问题，经检测，三跨主梁跨中均出现0.13～0.16 mm的裂缝，主梁最大挠度为4.25 cm，均超出《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规范要求。如不进行加固，则存在问题会更加突出而威胁桥梁安全。

3 数值模型与原桥梁设计比较

为了分析解决问题，采用桥梁有限元软件Midas civil进行建模，并进行加载求解。

具体过程如下：（1）结构类型材料选择；（2）材料特性及连接；（3）截面设定；（4）节点及单元模型建立；（5）构件理论厚度计算；（6）自重、铺装、预应力以及车辆荷载施加；（7）PSC截面钢筋施加；（8）施工阶段定义；（9）移动荷载分析控制；（10）运行求解以及PSC设计运行。

其中，截面选用等截面单箱单室，主梁单元采用梁单元，铺装采用板單元，预应力进行了钢束特性值、钢束布置形状及预应力荷载设置，在PSC设计中，添加了截面普通钢筋（纵筋和箍筋等）。

经运行求解，所设计简支箱型梁桥施工阶段、使用阶段各项指标符合设计要求，其中，主梁长期挠度值为2.89 cm，裂缝宽度为0.05cm，均很接近原桥梁设计情况。由此可见，采用Midas civil所建立的数值模型是可靠的，能够比较真实地模拟结构的受力情况。

4 桥面铺装加固桥梁过程

针对主梁存在的刚度及裂缝问题，采用加铺钢筋混凝土铺装的方法来加以解决。首先，采用凿除机械去除原桥面铺装，并进行凿毛处理。其次，将桥梁看作三跨连续梁并添加自重、二期恒载、移动荷载、预应力以及超载（其中超载按照80%车道荷载计算），加铺钢筋混凝土板厚拟定15 cm，计算出每跨跨中正弯矩以及支点负弯矩，加固前后数据对比见表1。

经对比，桥梁加固后跨中弯矩小于加固前，因而跨中不需要增加配筋，但支点截面处需要配筋。由计算公式可算出钢筋面积，取配筋3022HRB400，在PSC截面钢筋中添加，完善模型设置后进行求解，得到桥梁最大挠度发生在中跨，f=1.74 cm满足规范要求（见图2）。在查看荷载组合后，进行PSC求解设置，经计算得到中跨跨中裂缝宽度为0.04 m，满足规范要求。在PSC设计表格中查看使用阶段正截面压应力验算及抗弯验算，斜截面主压应力及抗剪验算，施工阶段正截面法向应力验算，受拉区钢筋拉应力验算均满足要求。因此，该桥经加铺钢筋混凝凝土加固后能够在超载80%车道荷载情下正常使用。

5 结语

该文针对在超载下刚度及裂缝存在问题的预应力混凝土简支箱型梁桥进行了新的加固形式的研究，经数值模拟试验，验证了在行车道板上加铺一定厚度钢筋混凝土后，桥梁由简支体系转为连续体系，桥梁主梁刚度和裂缝得到明显改善，并在超载情况下能够正常运行。

此外，对于新建桥梁，尤其是城市桥梁，应该适当提高设计荷载，增加桥梁的冗余度，从而延长桥梁的使用年限。

参考文献

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