增大截面法在簡支T梁橋加固中的成效分析

■李高良

（三明市公路局，三明 365001）

增大截面法是針對簡支T梁橋結構強度、剛度和穩定性能不足時采用的加固方案，該方法主要通過增大截面面積、增配鋼筋來提高簡支T梁橋的結構性能和承載能力，具有施工簡便、成本低、可不中斷交通等特點。本文以某普通鋼筋混凝土簡支T梁為例，闡述增大截面法在簡支T梁橋加固中的成效。

1 工程概況及病害描述

某普通鋼筋混凝土T梁橋全長69.04m，橋中心樁號為K201+448，原橋為 3×20m（結構簡支，橋面連續）普通鋼筋混凝土T梁橋，梁高130cm，橋寬12.5m，每跨由7片鋼筋混凝土T梁組成。樁柱式橋墩，U型橋臺配擴大基礎。橋梁原設計荷載為汽-20，掛-100。

2014年6月，業主組織對該橋進行試驗檢測，主要病害情況有：上部結構主梁有大量橫向裂縫，寬度為0.1～0.2mm；主梁翼緣板下緣有混凝土剝落、露筋銹蝕現象；0號臺處梁端有鉸縫開裂、滲水。下部結構的3號臺前墻有豎向裂縫，蓋梁側翼底面存在脹裂。橋梁強度和剛度均不能滿足規范要求，行車舒適性差，承載力不能滿足汽-20，掛-100級荷載等級的通行要求。橋梁評定為三類橋梁，于2015年3月對該橋加固設計并改造。

2 加固設計

根據該橋的病害情況和荷載試驗檢測結果，梁體端部腹板斜截面抗剪能力滿足規范要求，設計主要考慮抗彎加固，通過在梁體跨中腹板兩側增設“馬蹄”并布置縱向受力鋼筋 ，使新老鋼筋共同抵抗活載作用，降低鋼筋活載應力幅值的同時 ，提高結構抗彎承載能力 。主要加固項目如下：在跨中梁肋下緣增大截面加固，設計的受力鋼筋為雙排10根Φ22鋼筋和6根Φ12的架立筋、混凝土為C40自密實混凝土，如圖2和3所示；在蓋梁順橋向左右兩側增大截面，并增設主筋及斜筋；全部橫隔板采取鑿除原C25舊混凝土，重新澆筑C40自密實混凝土進行處理；鑿除原橋橋面鋪裝混凝土，重新進行橋面鋪裝。

圖1 橋型布置圖

圖2 T梁橫斷面圖

圖3 T梁底部增大截面大樣圖

3 加固前后承載能力性能分析

3.1 靜載試驗

3.1.1 荷載對象及試驗荷載

為比對該橋的加固改造效果，在加固改造前后采用相同的荷載分別對橋梁結構進行荷載試驗，理論模型采用加固前。加固前檢測時間為2014年6月，加固完工改造時間為2015年5月，加固后檢測時間為2015年6月。該橋原設計荷載為汽-20，掛-100，經過計算分析，本次試驗車輛選取4輛重約35T重三軸載重貨車。根據橋梁的病害情況，選取試驗跨為第1跨，試驗斷面為主梁跨中（I-I）內力控制截面共兩個試驗工況（見表1）。

表1 靜力荷載試驗加載工況

3.1.2 測試截面及測點布置

試驗孔選擇在1#孔進行靜力荷載試驗，應力和撓度測試斷面選擇在1#孔跨中（I-I截面）梁底。7片T梁自上游向下游依次編號為 1、2、3、4、5、6、7。 詳見圖 4～6。

3.1.3 撓度測試結果

加固前后采用相同的試驗荷載，在相同位置測試截面各測點的撓度值，加固前后各測點在試驗荷載作用下的實測撓度與理論值比較見表2。

圖4 測試斷面圖布置示意圖

圖5 I-I截面撓度測點布置圖（單位：cm）

圖6 I-I截面應變測點布置圖（單位：cm）

表2 加固前后試驗荷載作用下撓度校驗系數

由表2可以看出，在試驗荷載作用下，該橋加固前跨中截面各測點實測撓度校驗系數為1.04～1.28，不滿足規范要求；加固后，跨中截面各測點實測撓度校驗系數為0.73～0.91，滿足規范要求；加固后實測撓度值下降2.0～5.2mm，各測點校驗系數降低22%～39%，平均降低30%左右，說明結構截面承載能力增加30%左右。

3.1.4 應變測試結果

加固前應變測點布置在舊混凝土T梁梁底，加固后測點布置在T梁梁底新混凝土表面，采用相同的試驗荷載，加固前后各測點在試驗荷載作用下的實測應變與理論值比較見表3。

由表3可以看出，在試驗荷載作用下，該橋加固前跨中截面各測點實測應變校驗系數為0.89～1.12，最大值大于1.0，不滿足規范要求；加固后，跨中截面各測點實測應變校驗系數為0.69～0.78，均滿足規范要求；加固后實測應變值下降72～109με，校驗系數降低23%～35%，平均降低2%左右，說明結構截面承載能力增加27%。

表3 加固前后試驗荷載作用下應變校驗系數

3.2 動載試驗

為比較該橋加固前后的結構剛度變化情況，本文在加固前后的橋梁進行了動載試驗，主要包括：（1）脈動試驗：橋梁結構的自振特性測試，采用環境激勵法進行測試；（2）跑車試驗：采用一輛載重500kN的試驗車作為動力試驗荷載，試驗汽車分別以不同速度無障礙勻速過橋激振。

3.2.1 脈動試驗結果

對第1跨進行8等分，將加速度傳感器布置在右側行車道邊緣等分點位置，加固前后的測點布置相同。采用環境激勵法，測試結構的自振特性，以比較加固前后的自振頻率變化，測試結果如表4所示。

表4 加固前后實測1階頻率比較

由表4可知，加固后橋梁1階自振頻率較加固前增加10%，說明雖然截面增大加固方法造成結構自重增加，但結構剛度有明顯提升。

3.2.2 跑車試驗結果

采用光電撓度測試儀器，在橋梁第1跨右側梁底布置測點，加固前后測點布置相同。分別以5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h的行車速度，測試結構在不同車速下的沖擊系數。5km/h、 10km/h、20km/h、30km/h、 40km/h。加固前后，不同車速下跨中截面的行車沖擊系數見表5。

表5 加固前后跨中截面沖擊系數

由表5可知，相同車速情況下，加固后跨中截面實測沖擊系數較加固前下降5%～9%，有明顯的降低，說明加固后橋面更加平順，活荷載對結構沖擊效應減小。

4 結論

（1）橋梁通過在跨中梁肋下緣增大截面法加固后，橋梁的剛度、強度、抗彎能力有大幅度提高，橋梁整體承載力提升20%～30%。

（2）適當增加主梁截面后，結構自振頻率將增大，結構剛度增加10%以上。

（3）鑿除原橋橋面鋪裝混凝土，重新進行橋面鋪裝，增強了橋梁的橫向聯系，有效提高了橋梁的整體剛度和強度，橋面更加平順，活載對結構沖擊效應減小。

（4）從測試結果看，新舊混凝土共同受力后，橋梁的整體承載能力大幅提升。從加固前不能滿足汽-20，掛-100級荷載等級的通行要求，加固后能滿足設計承載力要求。綜合加固前后普通鋼筋混凝土T梁跨中截面撓度、跨中截面鋼筋活載應力的改善情況可以看出，增大截面法加固簡支T梁效果明顯 ，可采用此方法對同類進行維修加固處理。

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