混凝土简支梁横隔板裂损分析与加固措施

混凝土简支梁横隔板裂损分析与加固措施

于进学

(济南铁路局淄博工务段,山东淄博　255021)

【摘要】通过对混凝土分片式简支梁横隔板使用功能的研究,分析造成裂损的原因,探讨在铁路提速改造中,既有线并置梁加固的方法。

【关键词】混凝土梁　简支梁　横隔板　裂损　加固

1　引言

长期以来,我国铁路混凝土桥梁的施工一直习惯于由工厂集中预制、铁路运输、架桥机架设的原则。混凝土简支梁因结构构造简单、技术成熟、架设快捷、更换方便,而成为我国铁路桥梁的主要类型。跨度8～32m混凝土简支梁被广泛采用,特别是16～32m混凝土简支梁,采用工厂预制、架桥机架设,是中小跨度中应用最多的桥梁。由于运输限界和起吊重量的限制,每孔桥梁均由两片工字形或T形截面梁体组成。

分片式简支梁分片预制、运输、架设后,通过焊接横隔板,将其联结成整体。部分底缘较宽的工字形梁甚至不设横隔板联结(即并置梁)。这种标准化结构使得每孔梁的桥面不成整体,在两片梁间存在纵向通缝。造成不良的后果是:(1)由于桥面设有断缝,桥梁的横向刚度减弱,随着行车速度的提高,跨度32m的桥梁跨中横向振幅常有超限的现象发生;(2)横隔板开裂甚至断裂;(3)并置梁桥整体性差,行车时振动不同步。

2　工程实例

胶济下行线K246+602淄河特大桥,建成于1975年,为18孔31170m预应力混凝土T形梁,梁体是1972年—1974年由某桥梁厂生产的,每孔梁共有两个端横隔板、7个中横隔板。现场横隔板联结时将直径20mm的16Mn螺纹钢筋焊接在预埋的角钢上,然后浇注混凝土横隔板。1983年5月,检查中发现中间横隔板混凝土产生裂纹,经凿开检查横隔板钢筋于弯曲点断开,静态时最大有2mm缝隙,过车振动缝隙有明显的开合。为保证行车安全,首先利用腹板中部原组装模板的孔眼加设了拉杆,后于1983年、1985年先后两次凿开混凝土,对中横隔板的504处联结钢筋全部进行了加固补强。到20世纪末,胶济线经三次铁路提速,该区段列车速度已达120kmΠh。2002年11月进行桥梁检查发现第3、14、15孔端横隔板混凝土脱落、联结钢筋断裂,淄博工务段立即组织焊接断裂了的钢筋,修补脱落了的横隔板混凝土。此后,对部分中横隔板进行抽查,仅发现个别混凝土有裂纹现象,但联结钢筋未发现断裂。

3　横隔板的功能

钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁的横隔板的主要作用是保证两片主梁的共同作用,有利于承受横向水平力及偏载等作用。对于T形等开口截面梁,借助横隔板可提高梁的抗扭刚度;而对于箱形梁可有效地降低横隔板处及其附近梁体内的扭曲应力。无论梁在直线或曲线上,一般均有偏载存在,这也要依靠横隔板调节和传递扭矩和剪力,以改善两片主梁的受力状况。此外,梁的两端和中部的横隔板能使梁的横向成为一整体以承受横向水平荷载(如离心力、风力或列车摇摆力等),达到共同受力的目的,端横隔板还能传递支座反力和作为顶梁用的支点。因此横隔板是使梁成为空间整体结构的重要组成部分,横隔板在面内及面外均应具有足够的刚度,并配置适当的受力钢筋。对于梁高较大、腹板较薄的主梁,由腹板丧失稳定往往导致主梁破坏,故除设置横隔板外,尚需设置必要的加劲肋。

4　横隔板的薄弱或断裂引起梁的横向振幅超限

工字形或T形梁横隔板处现场接头的竖向裂纹或断裂是我国RC(钢筋混凝土)梁和PC(预应力混凝土)梁中最常见的病害之一。引起横隔板断裂的主要原因有:(1)设计和施工因素;(2)梁体的4个支座不在同一平面上或支座板不平;(3)线路与桥梁中心线的偏离等引起较大的剪力循环作用。有关研究表明,横隔板联结的薄弱是引起简支梁横向振幅过大的主要原因。例如对跨度3210m预应力混凝土双T梁的横向振动调查分析:(1)沈阳局黑河桥横向振幅达9100mm。(2)京秦线沙河大桥横向振幅超限,已经进行加固处理。

(3)芜湖长江大桥引桥32m新设计的提速梁固有频率2154H z,货车运行速度达6817kmΠh时横向振幅为7184mm。40m箱梁货车速度达7811kmΠh时,横向振

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铁道建筑 2003年第8期

幅为2183mm,梁的固有频率3117H z。(4)上海铁路局津浦线上行K894+503明光池河大桥的横向振幅最大值达917mm。

以上梁的横向振幅大大超过轨道几何尺寸容许误差中水平向(按作业验收的动态6mm)的规定,将会威胁行车安全。横向振幅过大的原因除了列车上的转8A转向架的激励外,与我国现有两片T梁的横隔板联结有关。在长期动载作用下较为薄弱的联结会出现裂纹,不能保证两片T梁成为一整体,因此降低了梁的横向刚度和扭转刚度。为确保提速列车在桥上的运行安全,应定期对这种跨度的梁桥进行检查和测试,一旦发现横向振幅较大时应及早采取加固措施。

5　并置梁应增设横隔板加固

由于工字形或T形截面不对称,联结较弱或无横隔板联结的并置梁处于斜弯曲受力状态,每片梁的两侧应力不均,而且在动荷载作用下,两片梁的振动也不同步。在提速改造中,有必要增设横隔板,将两片梁联成整体,消除上述影响。分片T形梁的横向联接方式一般采用施加预应力的方法。

《铁路桥涵设计规范》(T B J2—85)第514112条规定钢筋混凝土梁式桥两主梁之间应根据梁腹板的高度和厚度在支点上及跨度中间设置横隔板(必要时增设加劲肋);第614119条规定,在工字形或T形截面的分片式结构中,横隔板间距应≯腹板厚度的30倍,且≯6 m。横隔板的下缘应尽可能与梁底平齐。至于其厚度,跨间的最小为14cm,端部的最小为18～20cm。为便于拆除模板,应使横隔板从梁腹板伸出部分略带斜坡。

分片式简支梁的横隔板是在梁架设完毕后,借助预埋在梁体横隔板内的角钢,在其上焊接钢板联成整体的,梁端横隔板采用一面焊。

不同跨度的并置梁,均需增设3块混凝土横隔板,其位置为跨中及两个梁端。隔板厚30cm,混凝土强度等级C50。当T形梁腹板厚度<30cm时,应采用预应力横隔板,通过在腹板上钻孔,将隔板的预应力筋锚固在两片梁的腹板外侧。每块隔板施加约500kN预压力,预应力筋采用精制预拉螺纹钢筋。当腹板厚度> 30cm时,由于腹板钻孔困难,容易钻断梁内既有钢筋,宜采用普通钢筋混凝土隔板,隔板主筋由8～9根<16mm的螺纹钢筋组成。

6　增设横隔板(预加应力式)的施工工艺

611　预应力横隔板的腹板钻孔

必须做到两个腹板的钻孔不能误伤既有钢筋,而且要保证孔眼顺直处于一条直线上,使预应力钢筋能顺直通过。钻孔前应采用探测仪,查清钻点附近的既有钢筋,以确定准确的下钻孔位。待一侧腹板钻孔完成后,穿入<20mm的直钢筋,核对另一侧腹板待钻孔位,使预应力筋能顺利通过。

612　新旧混凝土结合面的处理

T形梁腹板、上翼缘底面与横隔板的结合面必须认真凿毛、清洗,同时按图纸要求钻孔截筋,钻孔要达到规定的深度和清洗干净,所用的锚固剂必须符合规定。613　横隔板混凝土的灌注

在混凝土施工中,应十分重视水灰比的控制,水灰比太大易产生混凝土层的干缩。因此,在满足施工的条件下,选择较小的水灰比,并掺加高效减水剂,以保证混凝土的强度和弹性模量符合设计要求,并尽可能降低混凝土的收缩变形。为了防止新灌注的混凝土在硬化过程中不致受行车振动影响而开裂,模板必须支托在既有梁上,同时要采取措施使既有梁和模板联成一体,在列车荷载作用下不产生相互错动。一般做法是在两片梁间横隔板的上下部位用硬质撑木撑紧,并将腹板外侧预应力筋或临时预应力筋拉紧。由于灌注混凝土的作业空间狭小,施工时必须设法加强捣固,防止出现蜂窝、麻面现象。同时应注重混凝土的养生,根据经验,宜采用薄膜覆盖养生,覆盖养生时间最好控制在5～6d。

614　施加预应力

由于需张拉的预应力筋很短,要达到需要的预应力值,必须减少锚具的压密变形和夹片内缩量。设计采用了组合式锚具,通过两次张拉锚具,使上述损失减至最小。

615　封锚及防水处理

为了保证增设的横隔板的耐久性、防止钢筋锈蚀,封锚混凝土顶面要做成流水坡,与既有混凝土结合处涂刷防水涂料;既有梁腹板与锚垫板间要有环氧砂浆垫层;无粘结筋在腹板孔眼中的空隙必须注满黄油。采用钢筋混凝土横隔板时,凡与既有混凝土结合处都要涂刷2～3道防水涂料。

7　结束语

铁路桥梁承受重型活载,随着行车速度的提高,桥梁不仅要有足够的强度,还要有良好的竖向和横向刚度,以保证行车安全和乘客的舒适度。根据我国既有线混凝土梁的结构特点,在提速改造中,分片式简支梁横隔板缺少或由薄弱引起的断裂、横向刚度较弱是必须加以认真解决的问题。

改回日期:2003-05-06

(责任审编　白敏华)

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