某桥承载能力现状及加固建议

国家祥

（中国铁路北京局集团有限公司秦皇岛工务段，河北 秦皇岛 066000）

1 概述

钢筋混凝土T梁桥具有结构简单、施工方便及受力明确等优点，主要应用在距离较短的中小型桥梁建设中。桥梁在运营过程中，会受到周边环境、可变荷载及结构自身材料性能的影响，导致结构出现不同程度的病害，最终降低T型梁的受力以及车辆的安全运行。因此，为了保证桥梁的安全运营，延长其使用寿命，满足当今日益增长的交通运输需求，对在役桥梁的使用情况进行技术状况及承载能力评定，并提出相应的养护维修对策尤为重要[1-4]。

2 工程概况

某钢筋混凝土T梁桥全长36m，跨径布置为3×12m。该桥为斜桥，路线与水流方向之间的斜交角度为30°。桥面总宽为1m+7m+1m=9m。

该桥上部结构为整体现浇的钢筋混凝土T型梁，梁高1.5m，沿横桥向布置6片；第1跨0#桥台处设置1片斜梁，斜梁高1.3m，斜梁一端与T梁连接，另一端与端横隔板连接，斜梁、T梁与端横隔板之间形成一片三角形搭板区域；沿顺桥向在每跨中间设置6道横隔板；下部结构为圆端形重力式桥墩和桥台。

3 桥梁技术状况等级评定

3.1 桥梁主要病害

该桥桥面系组成分别为桥面铺装、人行道、护栏、排水设施等，病害主要为桥面铺装有横向贯通开裂现象、泄水孔全部堵塞、人行道钢护栏多处锈蚀、人行道多处破损、T梁翼缘的底面以及腹板的侧面均存在混凝土破损和露筋现象。

3.2 桥梁技术状况评定

该桥上部结构的组成部件为T型主梁（重要构件）、横隔板（一般构件），下部结构的组成部件为桥墩、桥台及墩台基础，桥面系组成部件为桥面铺装、人行道、护栏及防排水系统。依据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）中分层综合评定法计算，该桥技术状况得分为84分，技术状况评定为2类。其中，上部结构得分为84分，技术状况评定为2类；下部结构得分为92分，技术状况评定为2类；桥面系得分为67分，技术状况评定为3类。为了更加全面地评定该桥的健康状况，从而制定周全可行的加固养护方案，应检算该桥当前实际承载能力。

4 基于现状的承载能力检算评定

4.1 承载能力检算系数Z1的确定

承载能力检算系数Z1是根据结构或构件的实际技术状况，对结构或构件的抗力进行相应的折减或提高[5]。根据目前该桥的整体技术状况，首先确定其结构技术状况评定值D=2.3，在此基础上根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）确定结构承载能力检算系数Z1=1.07。

4.2 有限元模型及计算参数的确定

该次计算考虑了结构恒荷载和汽车荷载等方面荷载对结构承载能力的影响，各种荷载标准值均参照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）选取，汽车荷载选取六轴车（80t）荷载等级，其荷载等级示意图如图1所示。该桥的重要性系数取1.0；该桥桥面净宽7m，按2车道设计。由于通行车辆吨位超出设计荷载，因此在验算时按单车道计算，即当运输设备车辆通过该桥时，只允许1辆车通行。

图1 六轴车（80t）荷载等级示意图（截面尺寸单位：mm）

其中，汽车荷载布置方式为偏载和中载对称布置，分别验算主梁和斜梁（斜梁只进行偏载布置）的承载能力极限状态是否满足通行要求。组合工况如下：

组合1：1.2恒载+1.4汽车荷载（偏载）；

组合2：1.2恒载+1.4汽车荷载（中载）；

组合3：1.2恒载+1.4汽车荷载（斜梁偏载）。

4.3 基于检算系数Z1的承载能力评定

对T梁和斜梁进行极限承载能力验算时，主梁截面如图2～图4所示，斜梁截面如图5所示，各片T梁纵筋布置为4Φ32，箍筋布置间距为Φ8@100mm。对于不同截面形式的主梁要综合考虑组合1和组合2两种组合工况下的最不利受力情况，对于斜梁要考虑组合3工况下的最不利受力情况。

图2 左边梁截面（单位：mm）

图3 右边梁截面（单位：mm）

图4 中梁截面（单位：mm）

图5 斜梁截面（单位：mm）

（1）正截面抗弯承载力。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）计算出主梁最大荷载效应值为1063.6kN·m，斜梁最大荷载效应值为800kN·m，搭板最大荷载效应值为18kN·m。依据有限元模型，在组合1作用下的主梁最不利荷载效应最大值为1079.7kN·m，安全系数为0.98；在组合2作用下的主梁最不利荷载效应最大值为1005.0kN·m，安全系数为1.1；在组合3作用下的斜梁最不利荷载效应最大值为411.5kN·m，安全系数为1.9；搭板最不利荷载效应最大值为91.4kN·m，安全系数为0.2。由上述结果可知，该桥主梁的抗弯承载能力基本满足六轴车（80t）荷载等级的通行要求，但是三角形搭板区域的抗弯承载能力不满足六轴车（80t）荷载等级的通行要求。

（2）斜截面抗剪承载力。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）计算出主梁最大荷载效应为501.2kN，斜梁最大荷载效应为483.5kN，搭板最大荷载效应为123.0kN。依据有限元模型，在组合1作用下的主梁最不利荷载效应最大值为701.3kN，安全系数为0.71；在组合2作用下的主梁最不利荷载效应最大值为528.3kN，安全系数为0.95；在组合3作用下的斜梁最不利荷载效应最大值为284.0kN，安全系数为1.7；搭板最不利荷载效应最大值为192.1kN，安全系数为0.64。由上述结果可知，该桥主梁、三角形搭板区域的抗剪承载能力均不满足六轴车（80t）荷载等级的通行要求。

5 加固及养护

根据桥梁现有的病害及评定的技术状况等级，对其后期的养护维修提出以下建议：

（1）该桥T梁翼缘底面及腹板侧面存在混凝土破损、露筋现象，建议凿除露筋区域附近的开裂或破损混凝土，对裸露钢筋除锈，采用环氧砂浆重新浇筑保护层。

（2）由于T梁箍筋直径较小且间距较大导致抗剪能力不足，建议对T梁L/4与支点之间的梁段进行抗剪加固，加固方式可采用粘贴钢板条、碳纤维布等。

（3）由于三角形搭板区域的抗弯和抗剪承载能力均不满足重车的通行要求，建议在搭板区域下方增设纵横梁结构，提高其抗弯和抗剪承载能力。

6 结束语

（1）全桥技术状况等级为2类，得分为83.9分；主要病害为桥面铺装纵横向开裂及T梁翼缘多处混凝土剥落露筋。

（2）在最不利荷载组合作用下，上部结构T梁的抗弯承载能力基本满足80t重车的通行要求，但T梁的抗剪承载能力及三角形搭板区域的抗剪和抗弯承载能力均不满足通行要求，应对该桥采取加固措施。

（3）文章针对钢筋混凝土T梁桥的病害提出了有效的维修加固措施，可为同类桥梁的承载能力检测评定及加固养护提供参考。