装配式T形梁桥加固设计优化分析——以某市政跨线桥维修加固工程为例

汪 洋

（河北省高速公路石黄管理处，河北 石家庄 050031）

1 工程背景

1.1 桥梁概况

某市政跨线桥于20世纪90年代建成通车，全桥共7孔，跨径为2×27m+（27m+36.5m+27m）+2×27m，上部结构中间三孔为现浇预应力混凝土连续箱梁，两侧2×27m为预制预应力混凝土简支T梁。半幅桥面净宽16m，外侧1.25m人行道，内侧2m分隔带。半幅横向分为10片梁，主梁中距1.7m，沿桥跨纵向共布置3道横隔梁，其中梁端各1道，跨中1道。

2012年4月，管养单位发现T梁、横隔梁均出现严重病害，为了保障桥梁安全和正常运营，主管部门决定对该桥进行维修加固。

1.2 桥梁主要病害

该桥现阶段的主要病害为：

（1）两侧27m预应力混凝土T梁的中横隔梁均出现了较严重的剪切破坏、钢板外露、错位；主梁未见病害；

（2）桥面铺装（T梁结构部分）出现纵向裂缝，间距为梁宽，纵向长度近L/2（L为跨径）。

1.3 桥梁加固方法

考虑到该桥原设计横隔梁间距过大，横向联系较弱，加固时拟采用以下措施：

（1）针对中横隔梁病害，在对其破碎区处理后采用增大截面方式加固；

（2）在T梁纵向近L/4和3L/4附近各增设1道中横隔梁，以增强桥梁整体刚性。

2 加固效果分析

2.1 分析内容及目的

为充分了解采用以上加固措施后该桥的整体受力状况，实施加固前借助有限元软件对以下内容进行了分析：

（1）加固前、后中横隔梁应力变化情况，以了解加固后中横梁应力增减幅度；

（2）加固前、后主梁应力变化情况，以了解增加恒载后主梁应力变化幅度；

（3）加固前、后结构横向不均匀增大系数ξ变化情况；

（4）加固前、后结构改善系数k变化情况。

2.2 计算模型

依据结构特点及分析需要，本文借助桥梁计算软件Midas Civil，采用梁格法建模分析。

（1）单元选择

T形主梁、横隔梁均采用梁单元模拟。

（2）荷载

结构自重按设计规范取用；桥面铺装、护栏等按梁单元均布荷载施加；汽车荷载采用集中力模拟，共分四级，每级按常用三轴车辆实际尺寸分为6个集中力施加。

（3）计算工况

为充分了解加固效果，共分为加固前，仅加厚中横隔梁，以及增设横隔梁距支点1m、3.15m、4.15m、 5.15m、 6.15m、 7.15m、 8.15m、 9.15m、10.15m、11.15m、12.15m等13种情况计算。为后期分析方便，以上工况均表示为增设横隔梁距支点距离，其中0.0m表示加固前，0.2m表示仅加厚中横隔梁。

2.3 计算结果

2.3.1 中横隔梁应力变化

加固前后中横隔梁底缘变化如图1所示。

图1 加固前后横隔梁底缘应力变化曲线

由图1（a）可以看出，采用增设横隔梁加固后，结构在恒载作用下中横梁底缘应力明显降低，而且随着增设中横梁距支点距离的增大，中横隔梁底缘应力逐渐减小，降低幅度接近加固前横隔梁底缘应力的50%。

由图1（b）可以看出，采用增设横隔梁加固后，在各级活荷载作用下中横梁底缘应力明显降低，而且随着增设中横梁距支点距离增大，中横隔梁底缘应力逐渐减小，降低幅度接近加固前横隔梁底缘应力的50%。

2.3.2 主梁应力变化

加固前后主梁跨中底缘应力变化如图2所示。

图2 加固前后主梁跨中底缘应力变化曲线

由图2（a）可以看出，采用增设横隔梁加固后，结构在恒载作用下主梁跨中底缘应力略有增加，但幅度较小。

由图2（b）可以看出，采用增设横隔梁加固后，在各级活荷载作用下主梁跨中底缘应力略有降低，而且随着增设中横梁距支点距离的增大，主梁跨中底缘应力逐渐减小，在横隔梁距支点距离为9m左右时最小，之后逐渐增大，但变化幅度不大。

2.3.3 横向不均匀增大系数ξ

加固前后，L/4、L/2控制截面在各级荷载作用下结构横向不均匀增大系数ξ的变化如图3、图4所示。

图3 加固前后L/4控制截面ξ变化曲线

图4 加固前后L/2控制截面ξ变化曲线

由图3、图4可以看出：

（1）L/4与L/2控制截面在各级偏载作用下，横向不均匀增大系数ξ总体呈下降趋势；

（2）在一级偏载和四级偏载作用下，L/4、L/2控制截面横向不均匀增大系数ξ随着增设横隔梁距支点距离的增加呈逐渐变小的趋势，但变化幅度较小。

2.3.4 结构改善系数k

加固前后控制截面在偏载作用下结构改善系数k的变化如图5所示。

图5 加固前后结构改善系数k变化曲线

由图5可以看出：（1）增设横隔梁后结构改善系数提高约10%；（2）L/4、L/2控制截面在偏载作用下结构改善系数k总体呈上升趋势，而且随着增设的中横梁距支点距离增加而增大，当中横隔梁距支点距离为9.15m时达到最大，之后略有下降。

3 结论

通过以上对该T形梁桥纵向不同位置增设中横隔梁效果的分析，得出以下结论：（1）增设中横梁对降低中横梁底缘应力效果明显，而且位置越靠近跨中效果越明显；（2）增设中横梁虽然对提高结构整体刚度有较大帮助，但对降低T形主梁跨中应力作用不大；（3）增设中横梁在一定程度上能减小结构横向不均匀增大系数，增加结构横向整体刚度；（4）采用增设中横梁的方式对装配式T形梁桥进行加固后，能显著提高结构改善系数，而且随着增设的中横梁距支点距离的增大，结构改善系数总体呈上升趋势。

[1]黄平明，陈万春.桥梁养护与加固[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].