在役简支梁桥加固后力学性能研究

袁和旭

（中铁城际规划建设有限公司安徽分公司，安徽 合肥）

引言

作为中小跨径桥梁的主力桥型，简支梁桥具有结构形式简单、施工高效等特点，已在我国早期桥梁建设中普遍应用。然而，受环境与超载等影响，以前修建的部分简支梁桥损伤严重，已无法适应现代交通发展的需求。相比新建，桥梁加固不仅可以节约投资成本，而且对周围交通影响较小。加固后结构力学行为事关桥梁服役安全，已受到相关学者的广泛关注[1-2]。其中，徐行军[3]以某简支T 梁桥为项目依托，改进了现有简支梁桥粘贴钢板加固技术。范锋[4]通过比较简支T 梁加固中常用的三类方法，分析了各种方法的适用条件。最近，刘碧珣[5]总结了高速公路桥梁的常见病害及形成原因，并针对各类病害提出了相应加固方法。现有研究丰富了桥梁加固理论，然而桥梁加固是一个系统工程，至今仍处于不断完善阶段。为此，本文以镜湖区和尚桥为工程背景，结合最新检测结果，通过建立桥梁结构有限元模型研究了在役简支梁桥加固后的力学性能。

1 工程概况

镜湖区荆十公路和尚桥位于方村街道，跨越方村河。该桥于1995 年10 月建成通车，目前已运营27年。桥梁全长为116.08 m，上部结构采用5×20 m 钢筋混凝土T 型梁，每跨6 片T 型梁，主梁结构体系为结构简支、桥面连续。桥面宽度为9.4 m，横向布置为1.2 m（轻质钢栏杆及人行道）+7.0 m（机动车道）+1.2 m（轻质钢栏杆及人行道）。下部结构桥台采用重力式桥台，桥墩采用双柱式桥墩。桥面铺装采用混凝土铺装，支座采用板式橡胶支座；全桥伸缩缝采用型钢伸缩缝。桥梁设计荷载标准为汽-20 级。图1 和图2 分别为和尚桥桥型布置和横断面。

图1 和尚桥桥型布置（cm）

图2 和尚桥横断面（cm）

2 主梁病害分析

根据《和尚桥特殊检查报告》（苏交科集团检测认证有限公司，2021 年07月），和尚桥上部结构检查中发现：T 梁翼板出现13 处破损露筋，面积为5.09 m2，露筋长0.5m，1 处脱模露筋，面积为1.8 m2，露筋长0.3 m；底板出现1 处胀裂露筋，长度为0.4 m，1 处破损，面积为0.06 m2，1 处加固板脱节；腹板出现5 处破损露筋，面积为0.65 m2，露筋长0.8 m，多处胀裂露筋，面积为0.06 m2，露筋长8.0 m，出现5 条竖向裂缝，总长度为5.6 m，裂缝宽度均＜0.15 mm，出现2 条水平裂缝，总长度为3.9 m，裂缝宽度均≥0.15 mm。部分主梁病害见图3。

图3 主梁病害

根据现场检测数据，检测构件中盖梁混凝土强度推定值在41.2～42.9 MPa之间，T 梁混凝土强度推定值在45.1～52.3 MPa 之间。

3 主梁加固后力学性能分析

3.1 主梁抗弯验算

本文采用有限元分析软件MIDAS CIVIL 对和尚桥改造后的主梁进行建模验算，分析中结构重要性系数为1.1，设计荷载为公路-Ⅱ级，温度荷载为整体升温23.3 ℃、整体降温21.7 ℃。主梁采用组合截面建立梁格模型，共划分101 个单元，105 个节点。所建立的有限元模型如图4 所示。

图4 和尚桥主梁结构模型

荷载基本组合下主梁内力包络见图5，其中图5（a）为弯矩包络，图5（b）为剪力包络。

图5 和尚桥主梁内力包络

按照《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）第7.2.1条对钢梁进行抗弯承载力验算，验算结果见图6。

图6 荷载基本组合下钢梁正应力包络（MPa）

主梁抗弯承载力验算结果见表1。

表1 主梁抗弯承载能力验算结果

3.2 主梁抗剪验算

按照《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）第7.2.2条对钢梁进行抗剪承载力验算，持久状况承载能力极限状态剪力包络见图7。

图7 久状况承载能力极限状态剪力包络（MPa）

主梁抗剪承载力验算结果见表2。

表2 承载能力组合主梁抗剪验算

基于上述验算结果，可以断定加固后简支梁桥主梁的抗弯、抗剪承载力均满足规范要求，处于安全状态。

4 结论

桥梁加固对保障在役桥梁结构安全具有重要意义。本文依托镜湖区和尚桥，结合检测结果，建立了桥梁结构有限元模型，并以此研究了在役简支梁桥加固后的力学性能。结果表明该简支梁桥加固后主梁承载力满足规范要求，即加固后的主梁结构处于安全状态。

参考文献究[J].四川建材，2023，49（10）：173-175.

[2]沈伟.旧桥检查评定及加固处治设计[J].福建交通科技，2022（9）：91-94.

[3]徐行军.简支梁桥加固与技术改造[J].江西建材，2021（11）：157-158.

[4]范锋.采用粘贴钢板加固和增大截面法加固简支梁旧桥效果分析[J].福建交通科技，2022（1）：69-72.

[5]刘碧珣.高速公路桥梁常见病害与加固探析[J].交通科技与管理，2023，4（18）：75-77.