減小梁高同時不增加自重的換梁方法

周宏達

（唐山市交通運輸局，河北 唐山063000）

在對既有橋梁進行換梁維修時，由于使用功能要求的提高，往往要增加橋梁上部結構的自重，這樣在不知道舊橋下部結構構造的情況下，橋梁的安全性就無法準確把握。

八里臺立交橋始建于1985 年，位于中環線與衛津路交口處，是天津市中環線上重要的交通樞紐之一。該橋分為東西向主橋和南北向主橋，另有4 座匝道相接。八里臺立交橋東西方向全長847.62m，南北長495.984m，車行道全寬17m。設計荷載為汽-20 級，掛車-100。該橋第3 層跨衛津路段普通鋼筋混凝土T 梁曾多次遭超高車輛刮蹭，導致多片T梁受損嚴重。經檢測，該橋的整體技術狀況評定為D級，這意味著承載能力降低了25%以上，需要對橋梁進行大修[1]。

由于該橋第3層跨衛津路段主梁損壞嚴重，要達到4.5m 的橋下凈高標準（維修以前為4m），需要對該段主梁進行更換，以滿足安全運營及橋下凈高的要求。經過天津市市政府決定，采用更換預應力T梁方案。

要更換的T梁段主梁的跨徑為20m，為普通鋼筋混凝土結構，梁高為130cm，邊梁腹板厚20cm，外側翼緣板端部厚8cm，根部厚18cm，內側翼緣板端部厚6cm，根部厚8cm；中梁腹板厚20cm，翼緣板端部厚6cm，根部厚8cm，該段橫橋向共有10 片梁，每2 片梁之間用干接頭相連，具體尺寸如圖1所示。

1 技術難題

1.1 將換梁段的橋下凈高由4m提升至4.5m

鑒于該處第3層跨衛津路段多次發生撞擊主梁的事故，提高橋下凈高、避免主梁受到超高車輛的撞擊是非常必要的。維修前該段橋梁的橋下凈高為4.43m，要將橋下凈高提高到4.5m，就要將梁高減少10cm 左右，這樣的話再達到原來主梁的強度及剛度就比較困難[2]。

圖1 原有主梁斷面圖（單位：cm）

1.2 不增加上部結構的自重

該橋在設計時蓋梁的安全儲備不大，這就要求在進行更換T 梁的設計時不增加上部結構的自重，以免由于蓋梁的安全儲備不足而發生破壞[3]。更換后主梁的高度要減少10cm 左右，用普通鋼筋混凝土T梁不能滿足設計要求，必須采用預應力T梁[4]，但原T 梁腹板的尺寸不滿足預應力鋼束錨固端的局部承壓要求，因此需要對預應力T梁的尺寸進行優化，使預應力T梁的強度及剛度滿足要求。

2 方案比選

2.1 方案一

方案一：梁高減小到120cm，中間部分腹板厚及翼緣板保持原有主梁的尺寸，對主梁的兩端進行加厚以滿足預應力鋼束的錨固要求，維修跨上部由10片主梁組成。

方案一中主梁的片數不變，仍為10片，經過對T梁尺寸的優化，最后確定的主梁的尺寸如圖2所示。

圖2 方案一主梁尺寸（單位：cm）

原有主梁的梁高為130cm，方案一中主梁的尺寸變為120cm，梁高減少了10cm，凈空滿足要求。經過計算，強度和剛度也滿足要求。雖然方案一在主梁的兩端進行了加寬，但是由此增加的重量與減少的10cm 的梁高部分的混凝土相抵消，相比原有主梁，上部結構的自重沒有增加。

2.2 方案二

方案二：為了滿足預應力鋼束的布置要求，對主梁的下部進行加寬，做成馬蹄的形狀，為了減少上部結構的自重，將翼緣板進行加寬，減少上部結構主梁的數量。

方案二中主梁為8片。這樣雖然每一片梁的重量增加了，但是總重量基本上沒有變化，同時強度和剛度也能滿足要求。

經過對主梁尺寸的優化，確定的主梁的尺寸如圖3所示。

圖3 方案二主梁尺寸（單位：cm）

2.3 方案比選

方案一和方案二都能滿足不增加橋梁上部結構自重和提升橋梁凈高的要求。但是方案二每片主梁的懸臂較大，懸臂端受到車輛沖擊荷載的作用，比較容易產生裂縫。另外，方案二要對蓋梁上的抗震擋塊進行較大的改動，工程量較大，工期受到限制。綜合各個方面的因素，選取方案一對八里臺立交橋進行改造。

3 方案一設計

3.1 設計原則

方案一的設計原則如下：

（1）維持原橋梁設計荷載等級；

（2）確保橋梁結構安全、可靠；

（3）提高橋梁的耐久性，延長橋梁使用壽命；

（4）改善橋梁使用功能；

（5）保持橋面原有高程，滿足凈空大于4.5m的標準。

3.2 預應力鋼束配置

橋梁原有主梁為普通鋼筋混凝土結構，現在梁高要減少10cm，方案一中主梁采用預應力鋼筋混凝土結構，以提高主梁的強度和剛度[5]。經過計算，需要在主梁底部設4 束鋼絞線，4 束鋼絞線從上到下布置成1 列，邊梁鋼束均為6ΦS15.2；中跨上面兩束為4ΦS15.2，下面兩束為5ΦS15.2。

3.3 建立模型

采用Midas軟件建立全橋模型，如圖4所示。

圖4 Midas全橋模型

3.4 計算結果

經過計算，改造后的八里臺立交橋主梁最大壓應力為14.4MPa，最大拉應力為1.5MPa，最大位移為2.8cm，滿足規范要求。經過維修后，八里臺立交橋運營良好，這也證明了該方案的可靠性。

4 結論

在對既有橋梁進行提升凈高的改造時，有兩種方法：第一種是保持原有主梁的片數，僅僅減小梁高，盡量不改變原有主梁的尺寸；第二種是增大主梁截面，為了不增加橋梁上部結構的自重，減少主梁的片數。以上兩種方法都能達到提升橋梁凈高的同時不增加橋梁上部自重的目的，但是對既有橋梁的改造要充分考慮到橋梁現有條件的約束，因此在選取方案時應盡可能選取對橋梁現有狀況影響較小的第一種方案。在第一種方案不適用的情況下，第二種方案作為建議方案。

[1] 葉吉軍.橋梁加固技術的研究與應用[D].上海：同濟大學，2007.

[2] 唐永利. 淺談舊橋結構檢算與加固設計[J]. 民營科技，2013（3）：323-324.

[3] 賈歷波.中小跨徑預應力混凝土整體箱梁橋主動加固方法分析[D].西安：長安大學，2012.

[4] 王世君.公路舊橋加固的方法與養護[J].黑龍江交通科技，2012（7）：114-115.

[5] 李玲軍. 公路工程橋梁加固技術研究[J]. 交通世界，2012（1）：148-149.