T構(gòu)轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)在老橋加固中的應用

吳俊鋒　沈杰

摘 要：預應力混凝土T構(gòu)橋梁具有歷史屬性，由于其屬于靜定結(jié)構(gòu)，計算方便等原因，在上世紀80、90年代有較多的使用，但是其存在本身剛度小，掛孔牛腿等客觀問題，目前已基本不再修建該類型的橋梁，但是對于現(xiàn)狀“T”構(gòu)橋梁、特別是重載交通量的T構(gòu)如何加固？有必要進行探索研究。本文以無錫市西氿大橋為實例對加固進行探索，為未來其它類似項目改造加固提供參考。

關(guān)鍵詞：西氿大橋;T構(gòu)橋梁;體系轉(zhuǎn)變;連續(xù)剛構(gòu)

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A

0 引言

上世紀80—90年代建造的T構(gòu)梁，由于其剛度較小，特別是在重載交通作用下，震動大，行車舒適性差。本文結(jié)合無錫市西氿大橋改造案例及效果，分析T構(gòu)轉(zhuǎn)連續(xù)剛構(gòu)的可行，為此類橋梁改造提供參考。

1 工程概況

西氿大橋位于江蘇省宜興市S342省道上，于1996年建成通車，老橋主橋為T構(gòu)掛孔橋梁。

主橋上部結(jié)構(gòu)采用帶掛梁的三孔T構(gòu)預應力混凝土箱梁，主橋跨徑28.75+52.5+28.75 m，邊跨及跨中掛孔均為5 m。橋梁分左右兩幅，為提供整體性2004年增設(shè)了兩幅橋之間的橫隔板[1]。主梁高度在橋墩處為3.5 m，懸臂端為1.5 m，掛梁高均為1.5 m。主橋下部結(jié)構(gòu)采用組合式樁基礎(chǔ)，承臺下設(shè)雙排樁，共計8根1.5 m鉆孔灌注樁。原設(shè)計荷載等級為：汽-20，掛-100。本橋重載交通量大，橋梁的豎向剛度小、震動大[1]。

2 老橋病害技術(shù)狀況分析

目前，橋梁中跨下?lián)陷^為嚴重（圖1，2015年10月測得數(shù)據(jù)），尤其在主跨中跨掛梁位置附近存在明顯下?lián)馅厔?，行車舒適性差。

檢查中橋梁缺損狀況主要在以下幾方面[2]：

（1）本橋位于S342省道上，重載交通量大，橋梁使用過程中，振動大。

（2）橋面系中橋梁伸縮縫被垃圾填塞、橡膠條破損、鋪裝層骨料外露，護欄變形、損壞，人行道板破損。

（3）橋梁上部結(jié)構(gòu)中T構(gòu)箱梁底板、腹板砼破損、漏筋銹蝕，腹板、底板、翼緣板產(chǎn)生裂縫，掛梁牛腿應力集中處產(chǎn)生橫向裂縫，掛梁與T構(gòu)懸臂錯位。

3 加固設(shè)計基本思路

由于老橋特殊的結(jié)構(gòu)型式，橋梁的上部的豎向剛度小，T構(gòu)基頻率約1.2 Hz，橋梁震動大，另外，由于橋梁收縮徐變的影響，加劇降低行車舒適性。

加固設(shè)計基本思路主要分為以下兩種[3]：

（1）維持橋梁外形和結(jié)構(gòu)體系不變，增設(shè)箱梁頂板預應力鋼束，提高箱梁的預壓應力，同時采用增大截面法加厚箱梁腹板，提高箱梁剛度和抗剪能力。

（2）改變結(jié)構(gòu)體系外形，如更改為連續(xù)剛構(gòu)橋;增設(shè)索塔和斜拉索，形成斜拉橋體系等。

對于本橋梁，本次擬采用調(diào)整體系為連續(xù)剛構(gòu)方式，主要原因如下：預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，混凝土收縮、徐變、基礎(chǔ)不均勻沉降三項對結(jié)構(gòu)影響是相當可觀的，因此一般情況下連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩設(shè)計為雙薄壁橋墩結(jié)構(gòu)，橋墩高度往往要求也不能過小?？紤]到老橋已經(jīng)使用20年，橋梁結(jié)構(gòu)的收縮、徐變、沉降基本完成，因此設(shè)計考慮將原來的T構(gòu)橋梁改造為連續(xù)剛構(gòu)橋型，對結(jié)構(gòu)體系進行改變，增加橋梁的整體剛度，總體上是可行的。具體做法為：把原來中跨5 m掛孔混凝土箱梁拆除，更換為鋼結(jié)構(gòu)箱梁，并做好鋼結(jié)構(gòu)段與老橋的連接，達到連續(xù)剛構(gòu)的效果（連接點三個方向的變形協(xié)調(diào)）。以此為思路，我們進行了分析，對結(jié)構(gòu)有利的方面是可以不考慮改造后結(jié)構(gòu)的收縮、徐變、不均勻沉降，不利方面是體系改變后，原來的靜定結(jié)構(gòu)變?yōu)榱顺o定結(jié)構(gòu)，而且原來的橋墩剛度很大，因此對整體溫度、溫度梯度是不利的。此外，由于結(jié)構(gòu)體系改變后，原來T構(gòu)梁部分沒有正彎矩，下緣未設(shè)置預應力鋼束，體系改變后，跨中段在活載及部分恒載作用下，產(chǎn)生了正彎矩，因此需要采取一定的措施來承擔該部分正彎矩（圖2下緣采用鋼板來承擔正彎矩）。

4 主要計算結(jié)果

在加固設(shè)計分析過程中，我們把新老橋做計算對比，兩者均不考慮混凝土收縮、徐變和不均勻沉降的影響。主要結(jié)果為：對于墩頂，由于對邊跨本身并未改變結(jié)構(gòu)的受力體系，仍然屬于懸臂結(jié)構(gòu)，因此邊跨的受力情況不變，墩頂中跨側(cè)，由于恒載的效應基本不變，但是對于汽車荷載來說，墩頂位置減少了較多的負彎矩。對于中跨跨中（不含掛梁）段，原有結(jié)構(gòu)本身無正彎矩，而變?yōu)檫B續(xù)剛構(gòu)后，跨中段有少部分恒載、二期鋪裝荷載、使用活載產(chǎn)生的正彎矩，這對原有跨中段懸臂梁部分是不利的，因為原有T構(gòu)的預應力鋼束僅布置在梁的上緣。為了消除此部分的不利影響，在下緣設(shè)置了鋼板承擔結(jié)構(gòu)的正彎矩效應。

對于原來橋墩部分，由于橋墩的軸向力基本不變，而連續(xù)剛構(gòu)橋活載產(chǎn)生的彎矩效應比T構(gòu)小，但是對于整體溫差而言，改造后是不利的，綜合比較對橋墩還是有利的（表3）。

對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻是不言而喻的，計算結(jié)果表明，原結(jié)構(gòu)的豎向基頻為1.2 Hz，體系改變加固后，基頻達到了1.8 Hz。

5 施工中關(guān)鍵問題

（1）由于橋梁寬度本身較小，且施工過程中要吊離原有的中間5 m掛孔，采用5 m的鋼箱梁與“T”構(gòu)固結(jié)，因此施工過程采取全封閉交通。

（2）由于體系改變后溫度效應的增加，而溫度效應與橋墩的水平剛度息息相關(guān)，在實際實施過程中，拆除中間掛梁后，給T構(gòu)施加10 mm強制位移，用于檢測墩的水平剛度，修正計算參數(shù)。

（3）如前文所述，改變體系后跨中增加了正彎矩效應，對于掛梁部分替換為的鋼箱梁已經(jīng)沒問題，但是對于原來T梁端部段，下緣增加了正彎矩是不利的，設(shè)計當中采用了800 kN預壓力，等鋼梁與T梁固結(jié)后釋放，達到減少跨中正彎矩的作用。

6 結(jié)論及評價

西氿大橋加固工程已于2018年4月完工，經(jīng)過3年的運行，目前橋梁行車舒適性大大增加，橋面振動較小，能滿足目前車輛通行舒適性的交通需求，創(chuàng)造了較好的社會效益和經(jīng)濟效益，較好的服務了城市的發(fā)展，也為其它類似橋梁加固方案提供了寶貴的設(shè)計和施工經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]無錫市交通規(guī)劃設(shè)計院.西氿大橋施工圖設(shè)計.1996.

[2]無錫公正試驗檢測有限公司.2015年宜興市西氿大橋主橋特殊檢查報告[R].2015.

[3]王曉東，李廣毅.預應力混凝土T型剛構(gòu)橋的病害分析及加固設(shè)計[J].公路交通科技（應用技術(shù)版），2009（5）：169-171.

作者簡介：吳俊鋒（1979—），男，浙江縉云人，本科，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師、注冊巖土工程師、高級工程師，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)、巖土工程等設(shè)計、管理工作。