增大截面法在简支T梁桥加固中的成效分析

■李高良

（三明市公路局，三明 365001）

增大截面法是针对简支T梁桥结构强度、刚度和稳定性能不足时采用的加固方案，该方法主要通过增大截面面积、增配钢筋来提高简支T梁桥的结构性能和承载能力，具有施工简便、成本低、可不中断交通等特点。本文以某普通钢筋混凝土简支T梁为例，阐述增大截面法在简支T梁桥加固中的成效。

1 工程概况及病害描述

某普通钢筋混凝土T梁桥全长69.04m，桥中心桩号为K201+448，原桥为 3×20m（结构简支，桥面连续）普通钢筋混凝土T梁桥，梁高130cm，桥宽12.5m，每跨由7片钢筋混凝土T梁组成。桩柱式桥墩，U型桥台配扩大基础。桥梁原设计荷载为汽-20，挂-100。

2014年6月，业主组织对该桥进行试验检测，主要病害情况有：上部结构主梁有大量横向裂缝，宽度为0.1～0.2mm；主梁翼缘板下缘有混凝土剥落、露筋锈蚀现象；0号台处梁端有铰缝开裂、渗水。下部结构的3号台前墙有竖向裂缝，盖梁侧翼底面存在胀裂。桥梁强度和刚度均不能满足规范要求，行车舒适性差，承载力不能满足汽-20，挂-100级荷载等级的通行要求。桥梁评定为三类桥梁，于2015年3月对该桥加固设计并改造。

2 加固设计

根据该桥的病害情况和荷载试验检测结果，梁体端部腹板斜截面抗剪能力满足规范要求，设计主要考虑抗弯加固，通过在梁体跨中腹板两侧增设“马蹄”并布置纵向受力钢筋 ，使新老钢筋共同抵抗活载作用，降低钢筋活载应力幅值的同时 ，提高结构抗弯承载能力 。主要加固项目如下：在跨中梁肋下缘增大截面加固，设计的受力钢筋为双排10根Φ22钢筋和6根Φ12的架立筋、混凝土为C40自密实混凝土，如图2和3所示；在盖梁顺桥向左右两侧增大截面，并增设主筋及斜筋；全部横隔板采取凿除原C25旧混凝土，重新浇筑C40自密实混凝土进行处理；凿除原桥桥面铺装混凝土，重新进行桥面铺装。

图1 桥型布置图

图2 T梁横断面图

图3 T梁底部增大截面大样图

3 加固前后承载能力性能分析

3.1 静载试验

3.1.1 荷载对象及试验荷载

为比对该桥的加固改造效果，在加固改造前后采用相同的荷载分别对桥梁结构进行荷载试验，理论模型采用加固前。加固前检测时间为2014年6月，加固完工改造时间为2015年5月，加固后检测时间为2015年6月。该桥原设计荷载为汽-20，挂-100，经过计算分析，本次试验车辆选取4辆重约35T重三轴载重货车。根据桥梁的病害情况，选取试验跨为第1跨，试验断面为主梁跨中（I-I）内力控制截面共两个试验工况（见表1）。

表1 静力荷载试验加载工况

3.1.2 测试截面及测点布置

试验孔选择在1#孔进行静力荷载试验，应力和挠度测试断面选择在1#孔跨中（I-I截面）梁底。7片T梁自上游向下游依次编号为 1、2、3、4、5、6、7。 详见图 4～6。

3.1.3 挠度测试结果

加固前后采用相同的试验荷载，在相同位置测试截面各测点的挠度值，加固前后各测点在试验荷载作用下的实测挠度与理论值比较见表2。

图4 测试断面图布置示意图

图5 I-I截面挠度测点布置图（单位：cm）

图6 I-I截面应变测点布置图（单位：cm）

表2 加固前后试验荷载作用下挠度校验系数

由表2可以看出，在试验荷载作用下，该桥加固前跨中截面各测点实测挠度校验系数为1.04～1.28，不满足规范要求；加固后，跨中截面各测点实测挠度校验系数为0.73～0.91，满足规范要求；加固后实测挠度值下降2.0～5.2mm，各测点校验系数降低22%～39%，平均降低30%左右，说明结构截面承载能力增加30%左右。

3.1.4 应变测试结果

加固前应变测点布置在旧混凝土T梁梁底，加固后测点布置在T梁梁底新混凝土表面，采用相同的试验荷载，加固前后各测点在试验荷载作用下的实测应变与理论值比较见表3。

由表3可以看出，在试验荷载作用下，该桥加固前跨中截面各测点实测应变校验系数为0.89～1.12，最大值大于1.0，不满足规范要求；加固后，跨中截面各测点实测应变校验系数为0.69～0.78，均满足规范要求；加固后实测应变值下降72～109με，校验系数降低23%～35%，平均降低2%左右，说明结构截面承载能力增加27%。

表3 加固前后试验荷载作用下应变校验系数

3.2 动载试验

为比较该桥加固前后的结构刚度变化情况，本文在加固前后的桥梁进行了动载试验，主要包括：（1）脉动试验：桥梁结构的自振特性测试，采用环境激励法进行测试；（2）跑车试验：采用一辆载重500kN的试验车作为动力试验荷载，试验汽车分别以不同速度无障碍匀速过桥激振。

3.2.1 脉动试验结果

对第1跨进行8等分，将加速度传感器布置在右侧行车道边缘等分点位置，加固前后的测点布置相同。采用环境激励法，测试结构的自振特性，以比较加固前后的自振频率变化，测试结果如表4所示。

表4 加固前后实测1阶频率比较

由表4可知，加固后桥梁1阶自振频率较加固前增加10%，说明虽然截面增大加固方法造成结构自重增加，但结构刚度有明显提升。

3.2.2 跑车试验结果

采用光电挠度测试仪器，在桥梁第1跨右侧梁底布置测点，加固前后测点布置相同。分别以5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h的行车速度，测试结构在不同车速下的冲击系数。5km/h、 10km/h、20km/h、30km/h、 40km/h。加固前后，不同车速下跨中截面的行车冲击系数见表5。

表5 加固前后跨中截面冲击系数

由表5可知，相同车速情况下，加固后跨中截面实测冲击系数较加固前下降5%～9%，有明显的降低，说明加固后桥面更加平顺，活荷载对结构冲击效应减小。

4 结论

（1）桥梁通过在跨中梁肋下缘增大截面法加固后，桥梁的刚度、强度、抗弯能力有大幅度提高，桥梁整体承载力提升20%～30%。

（2）适当增加主梁截面后，结构自振频率将增大，结构刚度增加10%以上。

（3）凿除原桥桥面铺装混凝土，重新进行桥面铺装，增强了桥梁的横向联系，有效提高了桥梁的整体刚度和强度，桥面更加平顺，活载对结构冲击效应减小。

（4）从测试结果看，新旧混凝土共同受力后，桥梁的整体承载能力大幅提升。从加固前不能满足汽-20，挂-100级荷载等级的通行要求，加固后能满足设计承载力要求。综合加固前后普通钢筋混凝土T梁跨中截面挠度、跨中截面钢筋活载应力的改善情况可以看出，增大截面法加固简支T梁效果明显 ，可采用此方法对同类进行维修加固处理。

[1]刘荣.双曲拱桥加固前后荷载试验对比分析.城市建设理论研究，2014，（3）.

[2]王峻高.增大截面加固钢筋混凝土T梁桥工作性能的动力评价方法.福建交通科技，2012，（2）.

[3]何旭燕.增大截面法加固钢筋混凝土T梁效果分析.铁道建筑，2009，（3）.

[4]刘晓晨.既有双曲拱桥加固技术研究[D].公路交通科技，2015，（5）.

[5]中华人民共和国交通运输部.JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程.

[6]福建省公路局，东南大学.公路桥梁养护维修与加固改造技术.北京：人民交通出版社.

[7]JGJ/T 283-2012，自密实混凝土应用技术规程.北京：中国建筑工业出版社.

[8]JTG/TJ23-2008，公路桥梁加固施工技术规范.北京：人民交通出版社.

[9]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范.北京：人民交通出版社.