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空心板桥加固设计研究

空心板梁是桥梁广泛采用的一种结构形式,其受力明确,设计及施工经验成熟,经济性好,梁高低,吊装质量轻,可在工厂和施工现场预制,安装完成后现浇铰缝,形成整体桥面,桥面板为砼结构,施工速度快[1]。但近年发现空心板梁工后病害较多,国内一些省市已发布地方文件对空心板梁的使用和施工要求进行了严格的控制,同时针对已经建设完成的空心板桥的加固设计研究也在逐渐开展起来,去梁加肋法就是一种较为常用的加固设计方法。目前阶段部分设计人员认为去梁加肋法在桥梁加固设计中的应用能够有效提升桥梁整体的承载力与耐久性,相对于其他方法具有明显的优势。但是目前阶段针对去梁加肋法在空心板桥中的应用研究还相对较少。基于此种情况,在下文当中分别从理论与实践两个方面分析了去梁加肋法在实际中的具体应用。

1去梁加肋法的基本原理与优势

1.1去梁增肋法的基本原理。一直以来空心板桥的应用都较为广泛,现阶段国内针对空心板桥工后病害的研究发现,由于大部分空心板桥在实际运营过程当中存在着车辆超载,铰缝失效严重等问题,从而导致空心板很容易出现裂缝等病害,在一定程度上降低了空心板桥的承载能力与安全性,通过去梁增肋法的应用可以有效实现对空心板的加固。去梁增肋法的基本原理如下:根据空心板桥的损伤检测报告将部分损害严重的空心板抽出,并对剩余的空心板进行维修以及二次重新排列,在排列之后的剩余空间之内增设混凝土梁肋,并将混凝土梁肋与已有混凝土连接在一起,从而形成一个整体,共同承担上部车辆荷载[2]。另一方面去梁增肋法往往会对连接部位进行加固处理,通过这种方式在增强桥梁结构整体性的同时,也可以提升桥梁结构的刚度,从而避免后期再次出现损坏的情况发生。1.2去梁增肋法的优势。从力学角度进行分析去梁增肋法其实是利用铰接梁法的基本原理在旧空心板与梁肋之间增设了铰接,并通过加强地面铺装的应用使得空心板桥的整体刚度得到了有效提升[3]。通过这种方式不仅可以有效降低部分板块的荷载横向分布系数,同时整体的抗剪能力也得到了显著提升。另外,在利用去梁增肋法进行空心板桥加固设计时,往往还需要对加固区域进行厚度设计增强,这也可以在一定程度上提升空心板桥的承载能力。去梁增肋法在施工方面相对于桥面补强层加固法、粘钢板法等加固设计方法都具有一定的优势。虽然去梁增肋法需要进行空心板二次吊装,但是从总体上来说施工技术较为简单,尤其是在桥面施工工期阶段具有一定的优势,桥面已有空心板在完成拼装之后就基本完成全部施工过程,因此相对于其他几种加固方式在施工进度方面具有明显优势,能够尽早恢复交通[4]。其次,根据已有的统计数据显示,去梁增肋法的施工成本只占到补强层加固法的70%左右,同时也低于粘钢板法,在成本方法也具有一定的优势,另外去梁增肋法可以将拆除下来的未发生损伤的空心板进行二次利用,通过这种方式能够进一步降低材料成本。

2去梁加肋法在空心板桥加固设计中的应用实践

2.1工程概况尚吉大桥位于福建省长泰县枋洋镇境内,该桥与2009年建成,上部结构为5孔20米预应力空心板结构,对该桥的病害情况进行检测发现,空心板铰缝失效,桥面铺装在铰缝处的桥面铺装出现裂缝,底部也出现了贯通裂缝,局部空心板甚至出现了混凝土碎裂情况,必须要对损伤空心板进行加固处理。2.2模型建构。在本次加固设计当中采用MIDASCIVIL软件构建去梁增肋计算模型,并对新增梁肋的承载力进行验算。在模型构建时选择梁格法进行建模计算,同时将已有空心板与新增梁肋之间的关系定义为铰接,即通过建立虚拟工字横梁并释放梁端约束(空心板与新增粱肋间)来考虑,如图1所示为该项目所构建的三维有限元模型。2.3设计参数。在对模型进行计算之前还需要进一步明确相关设计参数,在该工程项目当中所采用的设计参数如表1所示。2.4计算结果。完成模型构建之后对原有空心板以及新增肋梁的承载力进行验算,具体计算指标包含在组合设计值、承载力设计值以及抗剪能力设计值工况之下空心板与新增肋梁的弯矩与剪力,计算结果如表2所示。2.5计算结果分析。对表2中的计算结果进行分析可以发现该工程项目经过去梁增肋之后空心板抗弯承载力与抗剪承载力均能满足二级公路荷载要求,加固设计完成既定任务。但是对承载能力提升幅度进行分析可以发现本次加固设计中承载力富余度并不高,很容易导致二次破坏。但是在进行模型计算之前并没有将铺装厚度计入板厚当中,这必然会导致整体计算结果偏小,因此,笔者认为这种加固方式在承载力富余度方面也并没有太大的问题。同时在该工程加固设计当中铺装设计厚度为250mm,也明显偏小,可以通过增加铺装厚度、抗剪钢筋以及横向连接等方式提升整体承载能力[5]。通过这种方式也能避免空心板在车辆荷载作用之下出现因单板受力而导致的开裂与铰缝损坏现象。因此,笔者认为采用去梁增肋法对空心板桥进行加固设计不仅能够满足承载力的基本要求,同时还可以通过多种方式增加新增肋梁与已有空心板之间的联系,确保二者之间形成一个完整的整体,通过这种方式桥梁整体的承载力、刚度以及耐久性都可以得到有效的提升[6]。但是对本文的研究也存在着一定的局限性,在模型计算中仅仅通过承载力验算对去梁加肋计算方法进行了研究与分析,并没有对加固前后的刚度变化等进行综合分析,因此,也存在着一定的片面性,并不能完全真实反映出去梁加肋法的真实效果,设计人员在借鉴本文经验的同时应该进一步加强研究与分析。

3结语

目前阶段我国已经发生病害的空心板桥相对较多,空心板桥加固设计也成为每个桥梁设计工作者必须要掌握的一项技能。本文对去梁增肋法在空心板桥加固设计中的应用进行了研究与分析,认为去梁增肋法在空心板桥加固中的应用不仅能有效提升空心板桥的整体承载力,同时也能避免二次损坏的出现,应该在设计中进行大力推广。鉴于笔者水平限制,在此仅为抛砖引玉,希望能对广大从业人员有所启发。

作者:曾嵛 单位:中交第二公路勘察设计研究院有限公司

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