潭西中桥刮伤梁体的承载力验算及加固措施

苏金源

中图分类号：U445.7+2文献标识码： A 文章编号：

摘要：本文通过对刮伤梁体承载力的模拟验算，确定了梁体刮伤后的实际承载能力，从而为确定该桥的维修加固方案提供了依据。

关键词：桥梁 ， 刮伤，验算，加固措施

Abstract: this article through to scratch beam body bearing capacity of the simulation analysis, determined the body scratch the beam after the actual bearing capacity, so as to determine the bridge maintenance strengthening plan to provide the basis.

Keywords: Bridges, scratch, the checking, reinforcement measures

一、桥梁概况及事件经过

1、桥梁概况

潭西中桥为深汕西高速公路上的一座桥梁，共2跨，跨径组合为2×13m，上部结构采用预制预应力钢筋混凝土简支空心板梁，左、右幅每跨各12榀。桥面铺装为水泥混凝土结构，整体化层厚度为10cm。

2、事件经过

1#跨桥下的地方道路为上下坡路段，地方道路为潭西镇的主要干道，由于经济发展较快，经常有集装箱车辆以及重型货车通行，原4.0m的桥下净空已不能满足地方路车辆的通行要求。

L1#跨梁体被地方道路通行的超高车辆刮伤，其中L1-1#梁体被严重刮伤，梁体局部出现钢筋撞伤断裂，边角处梁体混凝土被刮掉落，刮伤范围A=50×30cm2（长×宽），由于底板厚度局部偏薄，梁体被刮伤后可见局部小空洞，空洞面积10×10cm2。梁体预应力钢绞线出现一定程度的损伤，其中3条钢绞线裸露、钢绞线钢丝被刮断，见照片1-1～照片1-2。

图1-1 L1#跨梁体被刮伤图1-2 L1-1#刮伤梁体钢筋断裂

二、结构验算

1、计算的主要依据

（1）、《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）；

（2）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）；

（3）、《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）；

（4）、《潭西中桥竣工图》

2、计算荷载

（1）、恒载

一期恒载：包括主梁重量、预应力荷载，主梁采用40号混凝土。

二期恒载：为防撞栏、桥面铺装等，其中桥面铺装为10cm厚40号砼+6cm厚的钢筋砼。

（2）、活载

汽车－超20级,挂车－120。

（3）、收缩、徐变

按85规范附录四进行计算。

（4）、温度梯度效应

考虑顶板升降温5℃

（5）、荷载组合

荷载组合主要考虑《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）的三种常见组合：组合I、组合II和组合III。

3、单梁计算模型的建立

采用桥梁博士对13m空心板梁进行计算，模型共19个节点，18个单元，其中，在损伤位置（考虑跨中1m范围），用梁单元进行加密，具体如下图所示。

以该梁刮伤处混凝土断裂三个钢绞线、混凝土截面进行相应削弱作为该梁损伤后的状态进行模拟计算。

图2-1计算模型

4、计算结果

针对边梁结构损伤截面处及跨中截面进行相应的结构正常使用状态下及极限承载能力的分析与验算，其结果如下表2-1:

表2-1荷载跨中截面应力值（单位：MPa）

（1）正常使用状态下应力验算

从表2-1可知：

损伤前:正常使用阶段下，跨中截面各主要应力指标满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）的要求。

损伤后:组合III下，跨中截面下缘的拉应力最大为3.13MPa，已超过部分预应力混凝土A类构件容许拉应力限值，而裂缝宽度为0.1mm的部分预应力混凝土B类构件容许拉应力限值4.14MPa，损伤后主梁满足部分预应力混凝土B类构件抗裂性的要求。

（2）极限承载能力强度验算

从表2-2中可以看出，跨中处由于损伤造成其截面局部削弱，另外，钢绞线的局部断离造成截面的有效预压应力减小。因此该处承载能力有所降低，损伤后截面抗力约为损伤前的80.4%，降低了19.6%。其中，在荷载组合I作用下，其强度系数为1.30，损伤后为1.05；荷载组合III作用下，其强度系数为1.35，损伤后为1.09。

表2-2 极限承载能力截面强度验算一览表（单位：kN·m）

三、维修加固措施

根据以上的病害情况及计算分析，确定了该桥刮伤边梁的维修加固措施：对该桥边梁的刮伤混凝土和局部空洞采用高强环氧砂浆进行修补后，在该梁的底板纵向粘贴3条宽20cm的钢板条，并在钢板条的两端设置横向压条。在该梁的腹板也粘贴钢板进行加固，见图3-1。

图3-1刮伤边梁底板粘贴钢板加固平面示意图

从表2-1和表2-2的计算结果可以看出：

（1）在正常使用状态下，粘贴钢板加固后，跨中截面的抗弯惯性矩有所增大，有效的降低了活载产生的拉应力，在组合III下，跨中截面下缘的拉应力最大为2.16MPa，小于部分预应力混凝土A类构件容许拉应力限值2.34MPa，截面各应力指标满足预应力混凝土A类构件的要求。

（2）极限承载能力强度验算的结果表明，粘贴钢板加固后，梁体结构满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）的要求。其中，在荷载组合I作用下，加固后的强度系数为1.52；在荷载组合III作用下，加固后的强度系数为1.58。

四、结语

根据此理论计算和分析，该桥按上述维修加固方案进行了维修加固，加固后使用功能正常，未出现不良状况，为类似事故的处理和分析提供了借鉴。

参考文献

[1] 公路桥涵养护规范(JTG H11-2004)[S].

北京:人民交通出版社,2004.

[2] 《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）[S].

北京:人民交通出版社,1989.

[3] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTJ023-85）[S].

北京:人民交通出版社,1985.

[4] 混凝土结构加固设计规范 (GB 50367-2006)[S].

中国建筑工业出版社,2006.

[5] 公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000)[S].

北京:人民交通出版社,2000.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。