少橫隔板裝配式預應力混凝土T 梁橋橫向加固方案分析

■曾華超

（福建省恒通路橋工程有限公司，南平 353000）

近年來隨著國家經濟飛速發展，公路道路橋梁交通量亦高速增長，早期建設的大部分公路橋梁設計標準偏低，通行荷載有限，施工質量不良，且養護維護力度偏弱，其技術狀況及承載能力已不能適應當前交通運輸發展的需要。 對舊橋進行科學有效加固，排除橋梁結構存在的安全隱患，使其發揮原有的使用功能，是我國橋梁建設中的一門重要學問。

在混凝土橋梁的病害調查中，普遍存在混凝土橋梁結構裂縫、混凝土剝落、開裂及結構松動等缺陷，尤其是混凝土T 梁橋，梁與梁之間的橫隔板、端橫梁等橫向聯系構件損傷較為嚴重。 對于裝配式T梁橋而言，橫向聯系構件的作用是將各片主梁連接為一個整體，使其橋面荷載在橫向整體能夠進行有效傳遞， 保證橋梁整體具有良好的剛度及受力性能[1]。 如果橫向聯系構件設置較少或損失嚴重，會導致橋梁整體性能下降，各片主梁間受力模式喪失良好的協調作用，易造成主梁單梁受力，使得主梁和橋面產生裂縫。 基于此，本文以某少橫隔板裝配式預應力T 梁橋梁實際加固工程為例，對T 梁橋橫隔板病害及加固技術進行分析和探討。

1 橋梁概況

某裝配式預應力混凝T 梁橋，上部結構跨徑布置為4×30 m，結構形式為結構簡支橋面連續，橫向布置6 片T 梁，每跨僅在兩端頭設置有端隔板。 橋梁總長128 m， 在橋面0# 臺、4# 臺處設置伸縮縫；下部結構橋墩采用柱式橋墩配鉆孔灌注樁基礎，橋臺采用U 型橋臺擴大基礎。 原設計荷載：汽車-20，掛車-100 級；公路等級為二級公路標準，設計速度60 km/h；橋面總寬度12.5 m，寬度組成：0.25 m（護欄）+1.5 m（人行道）+9.0 m（行車道）+1.5 m（人行道）+0.25 m （護欄）。 預制T 形梁中心線處梁高1.8 m，與18 cm 現澆橋面組合后的中心線處梁高是1.9 m，主梁間距2.10 m，翼緣板濕接縫1.2 m。 預制T 梁采用50 號混凝土，現澆濕接縫及橫隔板均采用40 號混凝土； 橋面鋪裝采用40 號混凝土。 該橋于1996 年建成通車。

2019 年10 月，業主組織對該橋進行特殊檢測，該橋被評定為3 類橋，主要病害為：主梁端橫隔板底緣出現開裂破損，主梁出現了腹板豎向、斜向裂縫和梁底橫向裂縫（2 處裂縫為貫通裂縫），梁間現澆濕接縫出現縱向裂縫，橋面鋪裝層普遍存在龜裂磨損病害。 典型病害見圖1～2。

圖1 橫隔板底部開裂

圖2 梁間接縫縱向裂縫

2 主要病害分析

早期由于設計觀念的束縛，T 梁橋僅在每跨兩端設置有橫隔板，導致橋梁上部結構橫向聯系先天薄弱，上部結構的整體受力性能削弱，活載橫向傳力將主要通過梁間現澆橋面板和端部隔板傳遞，橫向應力集中在端部橫隔板及梁間現澆橋面板上，導致橫隔板出現開裂破損等病害，梁間現澆橋面板縱向開裂[2]。 同時在局部車輛荷載作用下，位于鉸縫處的混凝土也將承受很大的正彎矩，導致出現沿鉸縫方向的縱向裂縫。

本次維修加固將重點圍繞提升上部結構整體剛度為基準，通過考慮增加橫隔板數量，并加強橋面鋪裝層（重做鋪裝，較大配筋）以增加橋梁的整體剛度，保證梁片和各隔板受力均勻。

3 維修加固方案

考慮到本橋上部結構T 梁間只有端部設有橫隔板，橫向聯系薄弱，整橋橫向剛度不足、整體穩定性差，橫向應力集中在端部橫隔板及濕接縫上，導致橫隔板出現開裂破損、 濕接縫縱向裂縫等病害，對本橋的橫向剛度提升加固提出了2 種方案[3]：（1）新增鋼結構橫隔板；（2）新增混凝土結構橫隔板。綜合對比分析，考慮到新增混凝土結構橫隔板方案對梁肋植筋較多，對梁體破壞較大，且恒載增加較多，混凝土澆筑困難，施工難度大，施工質量較難保證等要素，最終采用新增鋼結構橫隔板方案。

本方案主要思路如下：每跨中間縱橋向均布增設3 道鋼結構橫隔板；橫橋向，通過在T 梁肋上緣、下緣設置鋼結構連接件，鋼結構橫隔板與連接件栓接，連接件由螺栓穿過梁肋后與鋼板鎖定組成。 加固方案所用鋼構件及螺栓均采用熱浸鍍鋅防腐處理。 全橋粘貼的鋼板采用Q355B，厚度為16 mm，其質量應符合現行國家標準GB/T 1591-2018《底合金高強度結構鋼》的規定。 粘貼鋼板材料采用專用粘鋼膠，廠家須提供原料的抗剪報告，現場檢測7 d 抗剪強度≥18 MPa。 粘貼鋼板所用錨固螺栓均采用M16（8.8S）高強螺栓，扭緊力矩取230 N·m。所有鋼板焊接焊縫應進行超聲波無損檢測，焊縫質量要求達到二級以上。

主要加固施工步驟如下：（1）基面處理；（2）混凝土上打孔植筋（螺栓），包括鉆孔、清孔、注膠、植入鋼筋（螺栓）、養護等；（3）粘貼鋼板，包括鋼板粘貼面處理、配膠、粘貼、固定與加壓、固化等。 方案布置如圖3、圖4 所示。

圖3 新增橫隔板連接件縱向布置圖

圖4 新增鋼結構橫隔板橫向布置圖

4 加固前、后計算分析對比

為分析對比加固前、后橋梁受力及變形狀況，建立增設鋼結構中橫隔板加固前、后橋梁實體模型[4]，見圖5～6； 模型加載中取同樣的邊界條件和加載等級（2 臺30 t，3 軸車，居中加載），計算增設鋼結構中橫隔板加固前、后梁體應力分布變化、主梁變形等情況。

圖5 原設計加載模型

圖6 加固后加載模型

對比采用增設鋼結構橫隔板加固前、后橋面板應力云圖，在車輛荷載作用下，T 梁間現澆橋面板處應力由加固前的1.188 MPa 下降到1.118 MPa，降幅為6%，同時可發現采用增設鋼結構橫隔板加固后橋面板的應力較加固前分布更均勻，如圖7～8 所示。

圖7 加固前橋面板應力云圖

圖8 加固后橋面板應力云圖

對比采用增設鋼結構橫隔板加固前、后端隔板應力云圖，在車輛荷載作用下，加固前相鄰端隔板應力分別為1.150 MPa、1.374 MPa； 新增鋼結構中隔板加固后相鄰端隔板應力分別為1.229 MPa、1.223 MPa， 采用增設鋼結構中隔板加固后的端隔板應力較加固前分布更均勻，如圖9、圖10 所示。

對比采用增設鋼結構橫隔板加固前、 后T 梁面外變形云圖，在車輛荷載作用下，T 梁最大面外變形加固后較加固前降幅為14%，說明新增鋼結構中隔板后，橋跨橫向整體穩定性有較大提高，如圖11～12所示。

圖11 加固前T 梁面外變形云圖

圖12 加固后T 梁面外變形云圖

在車輛荷載作用下，新增型鋼橫隔板最大應力為6.531 MPa（底部水平桿），較Q355 型鋼的設計抗拉強度（285 MPa）小，如圖13 所示。

圖13 型鋼結構橫隔板應力云圖

通過上述對比采用增設鋼結構橫隔板加固前、后有限元模型計算結果可知，采用跨中新增3 道鋼橫隔板加固方案能明顯改善橋跨橫橋向受力。

5 結語

早期建設的公路T 梁橋， 有一部分為少橫隔板，橫向聯系偏弱，本文以某少橫隔板裝配式預應力T 梁橋梁實際加固工程為例，采用新增設鋼結構橫隔板的加固方案，以改善混凝土T 梁橋跨橫向整體受力性能，通過對比加固前、后有限元實體模型的計算結果表明，使用該方法加固后的橋跨各梁片間協調受力改善明顯，橫向整體性改善較好，也充分體現該加固方案施工便捷、快速等優點，可為同類橋型的加固項目提供一定參考。