對多跨簡支T梁橋加固方法探討

繆樹明

（貴州省凱里公路管理局，貴州 凱里 556000）

1 引言

對舊橋主梁跨中截面承載能力不足進行加固采用的方法很多，一般有簡支變連續梁法、增大截面法、梁底粘貼鋼板法、梁底粘貼碳纖維片材法等。其中簡支變連續梁法是多跨簡支T梁橋加固改造、提高承載能力的行之有效的方法。

該方法可結合橋面鋪裝整修，在兩跨橋之間的T梁上翼緣添加負彎矩鋼筋，從而改變簡支梁為連續梁的受力體系，降低了活載產生的跨中彎矩，從而達到提高荷載等級的加固效果。此方法可結合梁底粘貼鋼板或碳纖維片材的方法同時應用，將能達到更好的效果。由于其方法簡單、思路明確、效果明顯、經濟實惠而受到青睞，在多跨簡支T梁橋的加固中得到廣泛應用。但在采用簡支變連續梁法加固的橋梁中也發現了一定的問題。實踐中發現，在簡支變連續的中間支點處梁段，其端部一定范圍內出現了較多較長的斜向裂縫，其斜裂縫的長度、密度及寬度均大于邊支點部梁上的斜裂縫，此裂縫的出現不僅影響到T梁的耐久性能，同時有可能造成T梁端部斜截面剪壓破壞，對橋梁安全造成危害。

2 簡支變連續梁加固措施的效應

以跨徑為16.76m＋16.76m兩跨簡支T梁橋為例，來分析簡支T梁變連續加固措施的效應如何。主要通過比較加固前后結構受力特征及應力狀態等的變化，分析中間支點處梁段產生較多斜裂縫的原因，同時分析加固措施前后梁的承載能力發生的變化，最后指明采用該方法應該注意的環節。簡支T梁橋由5片T梁裝配而成，T梁之間由橫隔板連接，翼緣板間為現澆濕接頭。T梁高100cm，寬140cm，砼設計等級為C30，設計荷載為汽－20級（《橋規》1989年規范，相當于新規范[3]公路－II級）。簡支T梁橋的橫向布置、T梁跨中截面尺寸及鋼筋布置如圖1所示。

2.1 荷載橫向分布變化

簡支T梁橋通過在兩跨T梁接縫處上翼緣添加負彎矩區的鋼筋，使結構體系發生轉換，由原來的簡支梁變為連續梁。采用空間組合有限元法對體系轉換前后該橋跨中及中間支點處荷載橫向分布系數進行了計算，其計算結果如表1所示。從表1可知，從簡支變連續以后，跨中荷載橫向分布系數有所變大，這與體系轉換后梁的自由長度減小有關。從該實例橋分析，其增大量較小，比轉換前增大0.6%。中間支點處荷載橫向分布系數未見明顯變化，此處主要因為橫向剛度本身較大，體系轉換未造成明顯影響。

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2.2 應力狀態變化

簡支T梁橋變為連續梁以后，其在中間支點處上翼緣產生負彎矩，其活載應力狀態將發生變化。利用空間組合有限元法對T梁在體系轉換前后，公路－II級荷載作用下其應力狀態發生的變化進行分析。

T梁在體系轉換前后最小主應力方向（裂縫方向）的變化。簡支梁在轉變為連續梁后其活載作用下的應力狀況發生了明顯的變化。在中間支點梁段其最小主應力方向出現了明顯的反彎現象，而邊支點梁段與體系轉換前是一樣的。反彎現象是由于中間梁段的異號彎矩產生的，正是異號彎矩的影響，導致連續梁中間梁段抗剪承載能力有所降低。試驗研究表明，由于粘結裂縫充分發展而引起的應力重分布，使得連續梁的抗剪承載能力有所降低，降低的幅度與剪跨比有關。連續梁的剪跨比越小，應力重分布的過程越充分，與同一剪跨比的簡支梁相比，其抗剪承載力降低得也越多。

2.3 極限承載能力變化

從上節可知，簡支T梁轉換為連續梁以后，其中間支點梁段的抗剪承載能力有所下降，而邊支點梁段與原來相同。根據國內外研究結果，將連續梁砼與箍筋共同承擔的抗剪承載能力按照同樣剪跨比的簡支梁抗剪承載能力進行折減，其折減系數取為0.9。考慮到原規范在設計箍筋及彎起鋼筋時，按砼及箍筋承擔60%承載力，彎起鋼筋承擔40%承載力考慮，為方便比較起見，故認為該簡支T梁彎起鋼筋所提供的承載力為0.4Vd,b,而砼及箍筋所提供的承載力為0.6 Vd,b。(Vd,b為簡支T梁的抗剪承載能力)，則簡支變連續后，中間支點梁段的抗剪承載能力為：

式中，Vd,C為連續梁中間支點梁段抗剪承載能力值。

由式（1）可知，簡支變連續后中間支點梁段的抗剪承載能力降為原來的94%。簡支T梁體系轉換后其跨中截面抗彎承載能力未發生變化,故轉換前后其抗彎承載能力相同,即:

式中，Md,b和Md,C分別為體系轉換前后T梁跨中截面抗彎承載能力值。

2.4 加固后活載提高值

采用簡支變連續梁加固方法通常考慮體系轉換后跨中彎矩的減小，從而達到提高活荷載等級的目的。因此首先考慮體系轉換后的活荷載能夠提高的百分比。表2顯示了體系轉換前后同一荷載作用下跨中彎矩的變化情況，其中2期恒載按10cm厚鋼筋砼鋪裝層考慮。從表2可知，體系轉換后，除1期恒載彎矩不變外，2期恒載及活載彎矩均變小。

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如果按照體系轉換前后跨中彎矩的荷載組合效應不變來考慮，則活載效應增加值可由下式進行計算：

式中SG2,b，SG2,c分別為體系轉換前后T梁跨中彎矩2期恒載效應值；SQ,b，SQ,c分別為體系轉換前后T梁跨中彎矩汽車活載效應值。由式（3）計算得活載效應增加值ΔSQ,c=175.2kN·m，活載可增加到原來的1.35倍。

2.5 加固后抗剪承載能力不足值

從上節計算表明，簡支變連續梁后由于同等荷載下跨中彎矩減小，汽車活載可提高35%。由1.3節計算表明連續端梁段的抗剪承載能力由于簡支變連續后有所降低，邊支點梁段與原來相同。如果認為原T梁抗剪承載能力剛好滿足提升前的荷載要求，則荷載提高后梁的抗剪承載能力將明顯不足。將以距連續支點1/2梁高處斜截面的抗剪承載能力為例計算其抗剪承載能力不足值。簡支變連續后連續梁端該截面在同等活載下的剪力變化值。體系轉換前后，1期恒載及汽車活載剪力不變，2期恒載剪力變大。如果認為原T梁抗剪承載能力剛好滿足提升前的荷載要求，則體系轉換后中間支點梁段抗剪承載能力為：

3 幾點建議

以兩跨16.76m＋16.76m簡支T梁變連續加固措施為例，從以上效應分析可得出以下結論：

簡支變連續后跨中荷載橫向分布系數有所變大，而中間支點處荷載橫向分布系數不變。簡支變連續后，中間支點梁段應力狀態發生明顯變化，出現應力反彎現象，正是此現象降低了T梁砼及箍筋的抗剪承載能力。簡支變連續后，中間支點梁段抗剪承載能力降為原來的94%。簡支變連續后由于跨中彎矩的減小，汽車活載可提高到原來的1.35倍。如果按照跨中彎矩控制來提高35%的活載等級，則梁端抗剪承載能力不足部分最大為其能提供的承載能力的35.7%。

4 結束語

從上述結論可知，以簡支變連續梁的方法加固多跨簡支T梁橋，跨中抗彎承載能力能夠使載活等級提高，但梁端的抗剪承載能力將產生明顯不足。因此，建議在采用此方法加固多跨簡支T梁橋的同時應對中間支點梁段的抗剪承載能力進行加固。如果用跨中彎矩控制來提高T梁橋的荷載等級，同時也要對邊支點梁段的抗剪承載能力進行加固，避免產生斜裂縫及抗剪能力不足的情況發生。加固的方法可采用粘貼斜向鋼板、碳纖維布等材料進行。

[1]萬鵬，鄭凱鋒.組合有限元方法在T形梁橋荷載橫向分布分析中的應用[J].

[2]諶潤水，胡釗芳，帥長斌.公路舊橋加固技術與實例[M].