某T 形剛構橋病害及加固方法

丁玉平

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200000)

1 T構常見病害分析

T形剛構是20世紀80年代在我國大量采用的一種大跨度橋梁結構形式，經過一段時間的運營，現在很多都存在一定的通病，總結如下:

1)T構懸臂端下撓，幾乎所有的T構在運營一段時間后都存在該類病害，其主要原因是主梁縱向預應力損失和混凝土材料的收縮徐變。

2)頂部和底板的縱向裂縫，該類裂縫多發于橋墩位置的主梁，主要原因是材料的泊松效應。

3)腹板和橫隔板裂縫，該類裂縫主要是由于受力引起的。

2 加固方法

T構上述病害中，最核心的問題是主梁懸臂端的下撓，該下撓是由于在長期荷載作用下混凝土的收縮徐變產生的預應力筋的應力損失和預應力鋼絲的應力松弛引起的。一般在設計橋梁時都會考慮到這兩方面的因素，但是受施工、材料、工期和外部荷載等多方面的影響，結果往往不盡如人意。以往建造的預應力T形剛構大多有此類現象發生。主要的加固方法是采用體外預應力補充結構運營期間產生的預應力損失，因此體外預應力度的控制就是核心問題，本文建議通過活載等代應力法控制體外預應力度。

3 工程案例

3.1 工程概況

某橋主橋為兩個各長78.95 m的懸臂T構，箱形截面，轉體墩，3×16 m掛梁(預應力混凝土T梁)，引橋為預應力混凝土空心板。橋梁跨徑組成為:3×20 m+9.46 m+16 m+16×20 m+(16 m+79 m+16 m+79 m+16 m)+16×20 m，見圖1。

橋梁技術標準為:

1)荷載等級:汽車—20級，掛車—100。

2)橋面凈寬:凈—2×(1.5 m緊急停靠帶+7.5 m行車道+0.5 m 分隔帶)。

圖1 橋型布置

主要材料:

1)混凝土:T構箱梁及T構墩身采用50號混凝土，掛梁、簡支預應力空心板、預應力混凝土蓋梁采用40號混凝土，鋼筋混凝土蓋梁、承臺采用30號混凝土，分隔帶、防撞護欄、柱式墩臺樁基采用25號混凝土。

2)鋼筋:預應力鋼絞線采用270級φj15.24高強度低松弛鋼絞線，抗拉標準強度Rb≥1 860 MPa，非預應力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋和Ⅰ級鋼筋。

3.2 病害情況

該橋經過15年的運營，目前存在的主要病害為:

箱梁頂板內表面、底板外表面出現了較多的縱向裂縫。左、右側腹板內表面出現了較多的豎向裂縫。橫隔板內表面也出現了一定數量的豎向裂縫。底板外表面的縱向裂縫主要集中出現在T構主墩兩側和牛腿附近處，裂縫寬度最寬處達到0.6 mm，大部分裂縫寬度集中在0.2 mm左右，而頂板內表面的縱向裂縫則分布比較分散，縫寬也多集中在0.1 mm～0.2 mm之間。

4 結構計算分析

4.1 結構計算

1)主要材料參數選取。主梁采用C50混凝土，混凝土比重26 kN/m3，C50 混凝土彈性模量為 3.45 ×104MPa，混凝土材料的收縮徐變特性全部按照規范規定取值。

預應力采用鋼絞線束施加，鋼絞線彈性模量取1.95×105MPa，鋼絞線采用ASTM標準，標準抗拉強度1 860 MPa，根據原設計的計算模式，頂底板鋼束張拉全部采用標準抗拉強度的75%，為1 395 MPa。

2)結構模型建立。根據結構對稱性原則，本次計算取半個T構進行計算，將半個T構離散為13個梁單元，14個節點。單元劃分見圖2。

圖2 單元劃分示意圖

本次計算階段劃分與竣工圖圖紙所述基本一致，見圖2。

4.2 分析結論

該橋設計荷載為汽車—20級，掛—100驗算，設計荷載等級不高。隨著當地經濟的飛速發展，該橋目前實際日交通量很大，且重車混入率較高，橋梁長期處于高負荷的運營狀態。

當前T構下撓的主要原因是混凝土收縮徐變和預應力鋼絲的應力松弛引起的有效預應力損失。

5 加固方案和分析

5.1 方案簡介

加固設計擬采取在T構箱梁內頂板上設置齒板，通過增加體外預應力的方法來達到減少T構在懸臂端的下撓和增強T構主梁承載能力的目的。增設體外預應力的另一目的是考慮加固過程中需通過橋面鋪裝來調整縱坡，因而T構箱梁會因懸臂端下垂而使橋面鋪裝層厚度增加所引起附加內力。體外束的設置形式如圖3所示，考慮便于施工與體外預應力效果最大化，體外預應力擬設置于頂板下緣(直束)。

圖3 體外預應力鋼束布置

5.2 分析結論

懸臂端下撓主要因素是主梁內有效預應力損失和混凝土收縮徐變。采用了體外預應力法進行加固補強是合適恰當的，通過計算分析，布置體外束后，在最不利荷載組合下，結構沒有出現拉應力，有效的改善了T構受力。

6 結語

帶掛孔的預應力T形剛構，是我國二十世紀七八十年代為了進一步增大橋梁跨徑而又限于當時的橋梁修建技術而得到廣泛應用的橋型結構。通過多年使用后，該類型橋梁結構通病逐漸顯現，特別是懸臂端下垂過大，對結構受力非常不利。本文通過一個實際工程實例，介紹了通過體外預應力進行加固的方法，并通過有限元分析證明了該方法可行，可為類似工程提供參考。