试析荷载铰缝破损状态下装配式T梁桥荷载横向分布生
最后更新时间：2024-02-18
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论文导读：置3块横隔板，横隔板采用钢板连接、砂浆填缝。桥面铺装为7cm的250#混凝土，铰缝混凝土与铺装一同浇筑。图1-1桥梁断面图（单位：cm）桥梁建成20年来交通量不断增大，超限超载逐渐增多，在车辆荷载和外界不利环境的影响下，横隔板连接和铰缝的破损等病害逐渐显现，且病害发展迅速，桥梁横向联系严重削弱。本文选取典型
摘要：本文针对一座部分铰缝破损的装配式T梁桥，应用铰（刚）接梁（板）法，对其横向分布进行了分析计算，并结合桥梁荷载试验进行了对比分析。结果表明，应用适当的横向分布分析模型、合理修正破损的横向联系是评价铰缝破损状态下的装配式T梁桥承载能力的关键，对装配式简支T梁桥的检测加固具有一定指导意义。
关键字：装配式T梁桥；铰（刚）接梁（板）法；荷载横向分布；铰缝破损
0 前言
装配式T梁桥，由于具有良好的经济技术指标和施工快捷的优点，而广泛用于中小跨径的桥梁。早期建造的部分装配式T梁桥，在横隔板采用钢板连接，铰缝用砂浆填缝，由于受车辆动荷载的长期作用，尤其是重车荷载的影响，极易导致连接钢板扭曲失效、铰缝破损，直接影响到结构的横向受力分布,降低桥梁的承载能力。对于这一通病，目前新设计的装配式T梁桥，已将横向联系改进为湿接缝连接。但仍存在一定数量的老桥带病通车。对于这些桥梁，采用怎样的计算分析模型、如何合理修正破损的横向联系是评价桥梁承载能力的关键。
1 工程背景
为了分析铰缝破损对装配式T梁桥横向分布的影响，本文选取一座配跨19×20m的简支钢筋混凝土T梁桥。本桥建成于1991年，桥梁断面见图1-1，桥面系由7片T梁组成，计算跨径19.5米。主梁在1/2、1/4跨共设置3块横隔板，横隔板采用钢板连接、砂浆填缝。桥面铺装为7cm的250#混凝土，铰缝混凝土与铺装一同浇筑。
图1-1 桥梁断面图（单位：cm）
桥梁建成20年来交通量不断增大，超限超载逐渐增多，在车辆荷载和外界不利环境的影响下，横隔板连接和铰缝的破损等病害逐渐显现，且病害发展迅速，桥梁横向联系严重削弱。本文选取典型的6#跨作为分析对象。其病害主要为3#～4#T梁间、5#～6#T梁间的横隔板连接钢板扭曲失效、填充砂浆脱落，铰缝严重破损。
2 分析方法
对于装配式T梁桥的荷载横向分布计算，应用刚接梁法计算可以达到较大的精度。铰（刚）接梁（板）法的基本原理是应用荷载等代，以正弦荷载等代集中力荷载作用。对于具有铰缝联接的简支的板梁桥，假设铰缝处只传递垂直剪力，而不传递横向赘余弯矩，这时利用等代的单位正弦荷载和力法原理，建立正则方程，即可求解其每片板梁所承担的力。对于刚接梁桥，其原理与铰接板法相同，所不同的是在梁与梁之间的切面上，除赘余的垂直剪力以外还有横向赘余弯矩。铰（刚）接梁（板）法已被公认是具有较高实用价值的近似计算方法。故本文也采用此方法进行分析。
由于本桥存在明显的横向联系破损，必须考虑如何模拟破损的横向联系。为此采取了以下3种具体的计算方法进行比较分析。
方法1：采用刚接板计算，既将梁与梁的连接以刚接考虑。
方法2：采用铰接板计算，既将梁与梁的连接以铰接考虑。
方法3：采用刚接、并对破损铰缝的横向刚度进行折减的计算方法。对于铰缝混凝土及连接钢板完好的铰缝，按刚接考虑；对于铰缝混凝土及连接钢板破损的铰缝，其横向抗弯刚度显著降低，按实际情况对抗弯刚度进行折减。对于本桥，3#与4#T间、5#～6#T间的铰缝、横隔板横向联系破损显著，故近似取横向抗弯刚度为零。
3 实桥荷载试验
本桥按汽-20级和挂-100布载控制设计，并考虑冲击系数、横向折减系数。试验加载汽车选用大型载重汽车，其中单辆车总重为300kN（源于：论文要求www.7ctime.com
前轴重60kN，中后轴重240kN，前中轴距为350cm，中后轴距为135cm）。各梁加载控制值计算分别由3种不同的横向分布模式计算得到。加载载位布置见图3-1。
a）工况1（偏载）载位 b）工况2（中载）载位
图3-1加载载位图（单位：cm）
4 模型分析与实桥试验的对比分析
试验测试了跨中截面的挠度、裂缝展开等数据。鉴于测试精度方面考虑，本文采用挠度数据进行详细分析。各工况下的挠度数据见图4-1-a）、b）。
根据实测挠度与三个理论模型的计算结果对比，可以看出不同横向分布计算模式、参数，导致各理论数值差异巨大，也可以看出横向构件的破坏导致各主梁的荷载分布情况发生了巨大变化。虽然实测挠度值与各理论计算值均存在较大差异，但也可以发现计算方法3的曲线与实测曲线走势最为相似。为更直观的反映桥梁横向受力特征，将挠度数据转化为横向分系数论文导读：
的形式表达）、d）。
对比分析结果表明，方法3的计算结果与试验实测值数据最为吻合，较好的模拟了横向联系破损条件下的桥梁荷载横向分布。因此，可以认为对于横向联系有破损的装配式T梁桥，无论采用刚接梁法，还是铰接梁法，均无法准确的模拟实际的荷载横向分布情况，只有对破损的横向联系进行刚度折减，才可以真实的反映荷载横向分布情况。
试验中实测主梁挠度、钢筋应力恢复良好，实测裂缝小于规范要求，从一定程度上反映出各主梁在试验荷载下仍处于弹性状态。结合该桥的病害形态和横向分布情况分析，可以认为横隔板在一定程度上控制了主梁的承载大小，而各主梁尚能满足设计承载能力要求。故建议对横隔板和翼缘等横向构件进行加固施工。
5 结论与建议
通过上述研究，笔者认为，对于横向联系有破损的装配式T梁桥，分析模型必须考虑横向刚度的折减。若选择不恰当的分析方法进行桥梁承载能力评判，则有可能得出主梁挠度超限、主梁承载力不足的结论，对后续如何加固桥梁造成误判。应用刚接梁法，并对破损的横向联系进行刚度折减的横向分布计算方法，具有良好的精度。
参考文献
姚玲森. 桥梁工程[M]. 北京：人民交通出版社,1995.
余泉. 多箱式连续小箱梁桥受力特性的分析及其试验研究[D]. 浙江大学硕士学位论文.2006.
摘要：本文针对一座部分铰缝破损的装配式T梁桥，应用铰（刚）接梁（板）法，对其横向分布进行了分析计算，并结合桥梁荷载试验进行了对比分析。结果表明，应用适当的横向分布分析模型、合理修正破损的横向联系是评价铰缝破损状态下的装配式T梁桥承载能力的关键，对装配式简支T梁桥的检测加固具有一定指导意义。
关键字：装配式T梁桥；铰（刚）接梁（板）法；荷载横向分布；铰缝破损
0 前言
装配式T梁桥，由于具有良好的经济技术指标和施工快捷的优点，而广泛用于中小跨径的桥梁。早期建造的部分装配式T梁桥，在横隔板采用钢板连接，铰缝用砂浆填缝，由于受车辆动荷载的长期作用，尤其是重车荷载的影响，极易导致连接钢板扭曲失效、铰缝破损，直接影响到结构的横向受力分布,降低桥梁的承载能力。对于这一通病，目前新设计的装配式T梁桥，已将横向联系改进为湿接缝连接。但仍存在一定数量的老桥带病通车。对于这些桥梁，采用怎样的计算分析模型、如何合理修正破损的横向联系是评价桥梁承载能力的关键。
1 工程背景
为了分析铰缝破损对装配式T梁桥横向分布的影响，本文选取一座配跨19×20m的简支钢筋混凝土T梁桥。本桥建成于1991年，桥梁断面见图1-1，桥面系由7片T梁组成，计算跨径19.5米。主梁在1/2、1/4跨共设置3块横隔板，横隔板采用钢板连接、砂浆填缝。桥面铺装为7cm的250#混凝土，铰缝混凝土与铺装一同浇筑。
图1-1 桥梁断面图（单位：cm）
桥梁建成20年来交通量不断增大，超限超载逐渐增多，在车辆荷载和外界不利环境的影响下，横隔板连接和铰缝的破损等病害逐渐显现，且病害发展迅速，桥梁横向联系严重削弱。本文选取典型的6#跨作为分析对象。其病害主要为3#～4#T梁间、5#～6#T梁间的横隔板连接钢板扭曲失效、填充砂浆脱落，铰缝严重破损。
2 分析方法
对于装配式T梁桥的荷载横向分布计算，应用刚接梁法计算可以达到较大的精度。铰（刚）接梁（板）法的基本原理是应用荷载等代，以正弦荷载等代集中力荷载作用。对于具有铰缝联接的简支的板梁桥，假设铰缝处只传递垂直剪力，而不传递横向赘余弯矩，这时利用等代的单位正弦荷载和力法原理，建立正则方程，即可求解其每片板梁所承担的力。对于刚接梁桥，其原理与铰接板法相同，所不同的是在梁与梁之间的切面上，除赘余的垂直剪力以外还有横向赘余弯矩。铰（刚）接梁（板）法已被公认是具有较高实用价值的近似计算方法。故本文也采用此方法进行分析。
由于本桥存在明显的横向联系破损，必须考虑如何模拟破损的横向联系。为此采取了以下3种具体的计算方法进行比较分析。
方法1：采用刚接板计算，既将梁与梁的连接以刚接考虑。
方法2：采用铰接板计算，既将梁与梁的连接以铰接考虑。
方法3：采用刚接、并对破损铰缝的横向刚度进行折减的计算方法。对于铰缝混凝土及连接钢板完好的铰缝，按刚接考虑；对于铰缝混凝土及连接钢板破损的铰缝，其横向抗弯刚度显著降低，按实际情况对抗弯刚度进行折减。对于本桥，3#与4#T间、5#～6#T间的铰缝、横隔板横向联系破损显著，故近似取横向抗弯刚度为零。
3 实桥荷载试验
本桥按汽-20级和挂-100布载控制设计，并考虑冲击系数、横向折减系数。试验加载汽车选用大型载重汽车，其中单辆车总重为300kN（源于：论文要求www.7ctime.com
前轴重60kN，中后轴重240kN，前中轴距为350cm，中后轴距为135cm）。各梁加载控制值计算分别由3种不同的横向分布模式计算得到。加载载位布置见图3-1。
a）工况1（偏载）载位 b）工况2（中载）载位
图3-1加载载位图（单位：cm）
4 模型分析与实桥试验的对比分析
试验测试了跨中截面的挠度、裂缝展开等数据。鉴于测试精度方面考虑，本文采用挠度数据进行详细分析。各工况下的挠度数据见图4-1-a）、b）。
根据实测挠度与三个理论模型的计算结果对比，可以看出不同横向分布计算模式、参数，导致各理论数值差异巨大，也可以看出横向构件的破坏导致各主梁的荷载分布情况发生了巨大变化。虽然实测挠度值与各理论计算值均存在较大差异，但也可以发现计算方法3的曲线与实测曲线走势最为相似。为更直观的反映桥梁横向受力特征，将挠度数据转化为横向分系数论文导读：
的形式表达）、d）。
对比分析结果表明，方法3的计算结果与试验实测值数据最为吻合，较好的模拟了横向联系破损条件下的桥梁荷载横向分布。因此，可以认为对于横向联系有破损的装配式T梁桥，无论采用刚接梁法，还是铰接梁法，均无法准确的模拟实际的荷载横向分布情况，只有对破损的横向联系进行刚度折减，才可以真实的反映荷载横向分布情况。
试验中实测主梁挠度、钢筋应力恢复良好，实测裂缝小于规范要求，从一定程度上反映出各主梁在试验荷载下仍处于弹性状态。结合该桥的病害形态和横向分布情况分析，可以认为横隔板在一定程度上控制了主梁的承载大小，而各主梁尚能满足设计承载能力要求。故建议对横隔板和翼缘等横向构件进行加固施工。
5 结论与建议
通过上述研究，笔者认为，对于横向联系有破损的装配式T梁桥，分析模型必须考虑横向刚度的折减。若选择不恰当的分析方法进行桥梁承载能力评判，则有可能得出主梁挠度超限、主梁承载力不足的结论，对后续如何加固桥梁造成误判。应用刚接梁法，并对破损的横向联系进行刚度折减的横向分布计算方法，具有良好的精度。
参考文献
姚玲森. 桥梁工程[M]. 北京：人民交通出版社,1995.
余泉. 多箱式连续小箱梁桥受力特性的分析及其试验研究[D]. 浙江大学硕士学位论文.2006.