增大截面法加固简支T梁实用研究

胡照苌

(海南路桥工程有限公司 三亚 572000)

简支T梁桥崛起于20世纪五六十年代。经过数十年的使用，病害逐步暴露出来，其中承载力的不足导致梁底的横向裂缝最为明显[1-2]，给交通带来了很大的安全隐患，若重建会给当地带来比较大的经济压力，这时加固旧桥就显得尤为重要。增大截面加固法常配合加铺桥面层一起加固上部结构，可以有效地提高梁的承载力和整体刚度，特别对旧T梁中湿接缝不能有效传力这一问题有明显改善。文献[3]提供了公式计算方法，为解决简支T梁这一类增大截面加固设计计算及实际中设计问题，文中结合自身设计项目经验，参照相关规范，总结增大截面的加固方法以供参考。

1 增大截面法加固简支T梁

增大截面法加固简支T梁的原理是通过对原结构底部及腹部3面钻孔植筋，从跨中到支点截面逐渐增大侧面外包混凝土面积，浇筑新混凝土与原结构形成整体，从而增大简支T梁的有效高度和受力钢筋的面积，提高原结构的承载力。采用增大截面法加固T梁有以下特点。

1) 采用增大截面法加固简支T梁桥，主要使用的材料为混凝土、钢筋及植筋胶，材料成本低廉且易取得，施工简便，技术含量相对较低，经济有效。相对于其他加固方法，施工质量最易控制。

2) 在设计中主梁受力明确，计算简单，减少设计计算工作量，加快了设计周期。

3) 增大截面法加固施工中湿作业的工作量大，可以结合桥面一起进行改造，改善桥梁横向传力，提高桥梁的整体刚度和稳定性。

2 工程实例

2.1 工程概况

某大桥为5跨20 m普通钢筋混凝土T梁桥，每跨5片T梁，桥面连续，全桥共2联，第一跨及第二跨为1联，第三、四、五跨为1联，下部采用桩基接盖梁桥台，桩柱式桥墩，桥型见图1，T梁截面见图2。

图1 桥型示意图(单位：cm)

图2 中板截面图(单位：cm)

2.2 病害成因分析及加固方案

经过实地的外观检测，此桥病害具体如下。

1) 全桥T梁底共有391道裂缝，部分裂缝宽度超限。

2) 梁底混凝土和横隔板底剥落、露筋。

3) 支座老化开裂。

该桥病害形成的主要原因有：①该桥位于重车通行的必经之路上，超载车辆长期通行，加大桥梁负载，产生梁底裂缝；②早期施工工艺差，不注重横隔板处的混凝土浇筑，质量监督不到位，造成部分单梁受力。

制定加固方案为：①对简支T梁进行增大截面加固；②更换全桥支座。

采用增大截面法加固T梁设计中应注意以下问题。

1) 采用增大截面法加固会增加上部结构的自身重量，对下部结构有一定影响,在设计中应取得原桥的上下部全部设计资料,对桩基和盖梁进行验算。

2) 梁底尺寸的增加会影响桥下净空，对于一些桥下净空有要求的桥梁，不可采用此方案。

3) 混凝土养护周期较长，加固期间需要适当中断交通，对现场管理人员的要求提高。

4) 桥梁的病害往往不止一处，应进行详细调查，在加固前需要先对梁桥的裂缝和混凝土剥落露筋等问题先进行处理，处理完成后方可加固主梁。

5) 对于新旧混凝土交界面，应对原T梁外包面进行凿毛处理，刷涂混凝土界面剂，保证新旧混凝土更好地黏结。

3 结构建模验算与计算分析

3.1 结构建模验算

内力计算采用midas Civil 2015软件，材料参数取值依据原桥设计图纸，具体模型见图3。将原桥设计荷载等级由汽车-20级、挂车-100提高到公路-I级荷载进行设计。原简支T梁桥采用C25混凝土，HRB335级钢筋，受拉区钢筋截面面积为7 691 mm2，通过软件分析，可分别计算出第一阶段弯矩组合设计值Md1=2 160 kN·m，在原有设计荷载下乘以系数1.2作为安全储备，得到第二阶段弯矩组合设计值Md=3 240 kN·m。

图3 一跨有限元模型

3.2 计算分析

根据相关公路桥梁加固规范等资料中的公式[3-4]，针对简支T梁采用增大截面法进行设计实例分析与计算。

1) 初步设计为梁底增加15 cm，从跨中到支点逐步增加截面面积，3面外包C40混凝土，底部2排受拉筋配置为HRB400，直径22 mm，上排直径为16 mm。具体配筋见图4，5。

图4 跨中处截面配筋(单位：cm)

图5 支点处截面配筋(单位：cm)

2) 原梁开裂截面换算截面几何特性计算。截面有效高度

h01=h1-as1=1 393 mm

αEs=7.143

混凝土受压区高度：

开裂截面惯性矩：

αEsAs1(h01-x1)3=75 853×106mm4

3) 原截面受压边缘混凝土在Md1的作用下压应变

4) 加固后跨中正截面承载力计算。受拉区原有钢筋和增大截面后增加钢筋的合力作用点至受拉边缘距离as=175.4 mm；截面有效高度h0=1 474.6 mm；受拉区新加钢筋合力作用点至截面受压区边缘距离h02=1 600 mm，新加纵向普通钢筋的拉应变

新增纵向普通钢筋的拉应力

σs2=εs2Es2

混凝土受压区高度按[5]

跨中截面抗弯承载力

计算结果表明，采用增大截面加固后承载力以满足公路-I级荷载，本设计安全储备较大，应适当减小设计的钢筋数量或钢筋直径，在此不再重复计算[6-7]。

4 加固前后静载试验

加固前后静载试验结果见表1和表2。

表1 加固前静载试验结果

表2 加固3年后静载试验结果

由表1、表2对比可见，未加固前在工况1(最不利)荷载作用下，主要控制截面挠度校验系数最大值为0.99，满足规定的校验系数不大于1.00的限值要求，但是均接近限值。经过增大截面加固后，主要控制截面挠度校验系数均小于1，且有一定余度，证明全桥梁受力状况得到明显改善。

5 结论

增大截面加固简支T梁桥对原桥受力有较明显改善，采用的植筋技术成熟，施工和设计简单，质量易于控制，材料易于取得，具有一定经济性。后期养护容易，养护成本低，相对于其他上部加固措施，可避免出现由于养护不到位引起加固措施失效的现象，安全保障高，寿命可以达到桥梁设计年限。对于长久运营桥梁而言，简支T梁桥采用增大截面加固法是一个很好的选择。