某T 形刚构桥病害及加固方法

丁玉平

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200000)

1 T构常见病害分析

T形刚构是20世纪80年代在我国大量采用的一种大跨度桥梁结构形式，经过一段时间的运营，现在很多都存在一定的通病，总结如下:

1)T构悬臂端下挠，几乎所有的T构在运营一段时间后都存在该类病害，其主要原因是主梁纵向预应力损失和混凝土材料的收缩徐变。

2)顶部和底板的纵向裂缝，该类裂缝多发于桥墩位置的主梁，主要原因是材料的泊松效应。

3)腹板和横隔板裂缝，该类裂缝主要是由于受力引起的。

2 加固方法

T构上述病害中，最核心的问题是主梁悬臂端的下挠，该下挠是由于在长期荷载作用下混凝土的收缩徐变产生的预应力筋的应力损失和预应力钢丝的应力松弛引起的。一般在设计桥梁时都会考虑到这两方面的因素，但是受施工、材料、工期和外部荷载等多方面的影响，结果往往不尽如人意。以往建造的预应力T形刚构大多有此类现象发生。主要的加固方法是采用体外预应力补充结构运营期间产生的预应力损失，因此体外预应力度的控制就是核心问题，本文建议通过活载等代应力法控制体外预应力度。

3 工程案例

3.1 工程概况

某桥主桥为两个各长78.95 m的悬臂T构，箱形截面，转体墩，3×16 m挂梁(预应力混凝土T梁)，引桥为预应力混凝土空心板。桥梁跨径组成为:3×20 m+9.46 m+16 m+16×20 m+(16 m+79 m+16 m+79 m+16 m)+16×20 m，见图1。

桥梁技术标准为:

1)荷载等级:汽车—20级，挂车—100。

2)桥面净宽:净—2×(1.5 m紧急停靠带+7.5 m行车道+0.5 m 分隔带)。

图1 桥型布置

主要材料:

1)混凝土:T构箱梁及T构墩身采用50号混凝土，挂梁、简支预应力空心板、预应力混凝土盖梁采用40号混凝土，钢筋混凝土盖梁、承台采用30号混凝土，分隔带、防撞护栏、柱式墩台桩基采用25号混凝土。

2)钢筋:预应力钢绞线采用270级φj15.24高强度低松弛钢绞线，抗拉标准强度Rb≥1 860 MPa，非预应力钢筋采用Ⅱ级钢筋和Ⅰ级钢筋。

3.2 病害情况

该桥经过15年的运营，目前存在的主要病害为:

箱梁顶板内表面、底板外表面出现了较多的纵向裂缝。左、右侧腹板内表面出现了较多的竖向裂缝。横隔板内表面也出现了一定数量的竖向裂缝。底板外表面的纵向裂缝主要集中出现在T构主墩两侧和牛腿附近处，裂缝宽度最宽处达到0.6 mm，大部分裂缝宽度集中在0.2 mm左右，而顶板内表面的纵向裂缝则分布比较分散，缝宽也多集中在0.1 mm～0.2 mm之间。

4 结构计算分析

4.1 结构计算

1)主要材料参数选取。主梁采用C50混凝土，混凝土比重26 kN/m3，C50 混凝土弹性模量为 3.45 ×104MPa，混凝土材料的收缩徐变特性全部按照规范规定取值。

预应力采用钢绞线束施加，钢绞线弹性模量取1.95×105MPa，钢绞线采用ASTM标准，标准抗拉强度1 860 MPa，根据原设计的计算模式，顶底板钢束张拉全部采用标准抗拉强度的75%，为1 395 MPa。

2)结构模型建立。根据结构对称性原则，本次计算取半个T构进行计算，将半个T构离散为13个梁单元，14个节点。单元划分见图2。

图2 单元划分示意图

本次计算阶段划分与竣工图图纸所述基本一致，见图2。

4.2 分析结论

该桥设计荷载为汽车—20级，挂—100验算，设计荷载等级不高。随着当地经济的飞速发展，该桥目前实际日交通量很大，且重车混入率较高，桥梁长期处于高负荷的运营状态。

当前T构下挠的主要原因是混凝土收缩徐变和预应力钢丝的应力松弛引起的有效预应力损失。

5 加固方案和分析

5.1 方案简介

加固设计拟采取在T构箱梁内顶板上设置齿板，通过增加体外预应力的方法来达到减少T构在悬臂端的下挠和增强T构主梁承载能力的目的。增设体外预应力的另一目的是考虑加固过程中需通过桥面铺装来调整纵坡，因而T构箱梁会因悬臂端下垂而使桥面铺装层厚度增加所引起附加内力。体外束的设置形式如图3所示，考虑便于施工与体外预应力效果最大化，体外预应力拟设置于顶板下缘(直束)。

图3 体外预应力钢束布置

5.2 分析结论

悬臂端下挠主要因素是主梁内有效预应力损失和混凝土收缩徐变。采用了体外预应力法进行加固补强是合适恰当的，通过计算分析，布置体外束后，在最不利荷载组合下，结构没有出现拉应力，有效的改善了T构受力。

6 结语

带挂孔的预应力T形刚构，是我国二十世纪七八十年代为了进一步增大桥梁跨径而又限于当时的桥梁修建技术而得到广泛应用的桥型结构。通过多年使用后，该类型桥梁结构通病逐渐显现，特别是悬臂端下垂过大，对结构受力非常不利。本文通过一个实际工程实例，介绍了通过体外预应力进行加固的方法，并通过有限元分析证明了该方法可行，可为类似工程提供参考。