旧桥改造的结构计算分析

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文发布时间：2011-06-01 17:15:12浏览：次

　　摘要：旧桥桥面改造是本世纪的热点，为了确保工程安全，本文以新旧T梁桥为计算实例，验算在旧桥上加铺一层沥青混凝土路面的安全性，以及加固措施，为类似工程处理提供参考。
　　关键词：承载力，安全验算，维修加固
　　1工程概况
　　原桥建于上世纪六十年代，3孔22.20m钢筋混凝土简支T型梁桥，荷载标准为汽－13，拖车－60，桥面净宽为6.4m。2008年桥梁改建后，上部结构为仍为3孔22.20m，荷载标准提高为汽－20，挂－100，桥面净宽为：净9+2.5×2m人行道，下部结构将采用现浇钢筋混凝土承台；两岸桥台全部利用。原桥宽方向为五片钢筋混凝土T梁，全桥15片改建后全部利用，尺寸见图1。
　　T梁300号混凝土，长为22.14m，高1.25m，计算跨径21.6m。每孔9片主梁，其中5片旧主梁，4片新主梁。双向2车道，桥面横坡1%。
　　
　　图1横断面图
　　2验算内容
　　现在需要再次进行桥梁改造，加铺一层沥青混凝土路面，因此对桥梁进行安全验算。
　　验算项目：检验桥梁恒载加重后，主梁承载力是否满足。
　　3结构验算
　　3.1验算工况设定
　　验算工况1：验算原结构在公路－Ⅱ级荷载以及人群荷载作用下主梁跨中抗弯承载力。
　　验算工况2：设计荷载为公路－Ⅱ级荷载条件下，中间的7片梁承担恒、活载的跨中抗弯承载能力。
　　3.2验算过程
　　3.2.1抗力计算
　　计算正截面抗弯承载能力：老梁为300号混凝土，主筋为5号钢筋，钢筋直径为2.8cm，跨中有10根主筋，按04规范计算时，钢筋抗拉强度仍取280MPa，混凝土设计强度取为13.8MPa。新梁为C30混凝土，主筋为Ⅱ级钢筋，钢筋直径为3.2cm，跨中有10根主筋，按04规范计算时，钢筋设计抗拉强度取为320MPa，C30混凝土设计抗压强度为13.8MPa。
　　计算有效翼缘宽度，取下列三者最小值：
　　（1）简支梁，取计算跨径的1/3：7.2m；
　　（2）相邻两梁的平均间距：1.4m；
　　（3），当≥1/3时，上式以代替：=61.5/4≥1/3故m；
　　由水平力平衡条件，即，得
　　
　　新梁：13.8×1370x=280×4021×2；
　　得x=119.1mm≤＝0.56×（1250－49－35.8×2）=632.464mm，故不会发生超筋破坏，并且为第二类T型截面。
　　由水平力平衡条件，即，得
　　13.8×170x+13.8×（1400－170）×（120+80）/2=280×4021×2
　　得x=236.3mm≤＝0.56×（1250－49－35.8×2）=632.464mm，故不会发生超筋破坏
　　旧梁：13.8×1370x=280×3079×2
　　得x=91.2mm≤＝0.56×（1250－49－31.6×2）=632.464mm，故不会发生超筋破坏，并且为第一类T型截面。
　　由所有力对受拉钢筋合力作用点取矩的平衡条件，即，得：
　　新梁：≤=13.8×170×236.3×（1250－49－35.8×2－236.3/2）+13.8×（1400－170）×（120+80）/2×（1250－49－35.8×2－100/2）=2392.77kN•m
　　旧梁：≤＝13.8×1370×91.2×（1250－49－31.6×2－91.2/2）=1883.2kN•m（不满足承载能力的要求）。
　　截面为剪力最大处，由于支点处箍筋加密了，其抗剪承载能力较大，仅验算离支座中心线向桥跨方向53cm截面处的抗剪承载力，因为此截面至跨中区域的箍筋间距为支点附近区域的2倍，并且偏安全的用支点处所受的剪力来验算该截面。假定裂缝沿着45°方向产生，则斜裂缝穿越了4根双肢箍筋和两对弯起主筋，见图2。
　　
　　图2斜裂缝示意图
　　截面上下限值：0.5×≤≤0.51×
　　老梁：0.5×=0.5×10-3×1.39×170×（1250－49－31.6×2）=134.3kN
　　新梁：0.5×=0.5×10-3×1.39×170×（1250－49－35.8×2）=133.4kN
　　老梁：0.51×=0.51×10-3××170×（1250－49－31.6×2）=540.3kN
　　新梁：0.51×=0.51×10-3××170×（1250－49－35.8×2）=536.3kN
　　斜截面抗剪承载能力公式：
　　=（老梁）
　　=（新梁）
　　＝＞2.5取2.5（老梁）
　　＝＞2.5取2.5（新梁）
　　＝≥＝0.0018
　　老梁支点处的抗剪承载力：
　　
　　新梁支点处的抗剪承载力：
　　
　　3.2.2各工况下荷载效应计算
　　验算工况1：验算原结构在公路－Ⅱ级荷载以及人群荷载作用下主梁抗弯承载力。
　　车道荷载：均布荷载：=10.5×0.75=7.875kN/m
　　集中荷载：=0.75×(180+(360－180)/(50－5)×(21.6－5))=184.8kN
　　人群荷载：由于桥梁在城镇附近行人密集区，所以人群荷载再乘以系数1.15
　　=3×1.15=3.45kN/㎡
　　汽车载效应：=（1+0.1755）×1.0×(0.370×7.875×21.6/4×0.5×21.6+0.37×184.8×21.6/4)=633.8kN•m
　　人群荷载效应：=0.344×3.45×2.5×21.6/4×0.5×21.6=173.04kN•m
　　效应组合：1.2×恒载内力+1.4×=2197.6kN•m≥1883.2kN•m
　　验算工况2：设计荷载为公路－Ⅱ级荷载条件下，中间的7片梁承担恒、活载的跨中抗弯承载能力。
　　（1）抗弯承载能力验算：
　　汽车载效应：=（1+0.1755）×1.0×(0.522×7.875×21.6/4×0.5×21.6+0.522×184.8×21.6/4)=894.1kN•m
　　人群荷载效应：=0.485×3.45×0.4×21.6/4×0.5×21.6=39.0kN•m
　　效应组合：1.2×恒载内力+1.4×=2362.7kN•m
　　2#新T梁可以承载的最大弯矩为：2392.77kN.m，满足规范的要求。