T构转连续刚构在老桥加固中的应用

吴俊锋　沈杰

摘 要：预应力混凝土T构桥梁具有历史属性，由于其属于静定结构，计算方便等原因，在上世纪80、90年代有较多的使用，但是其存在本身刚度小，挂孔牛腿等客观问题，目前已基本不再修建该类型的桥梁，但是对于现状“T”构桥梁、特别是重载交通量的T构如何加固？有必要进行探索研究。本文以无锡市西氿大桥为实例对加固进行探索，为未来其它类似项目改造加固提供参考。

关键词：西氿大桥;T构桥梁;体系转变;连续刚构

中图分类号：U445.72 文献标识码：A

0 引言

上世纪80—90年代建造的T构梁，由于其刚度较小，特别是在重载交通作用下，震动大，行车舒适性差。本文结合无锡市西氿大桥改造案例及效果，分析T构转连续刚构的可行，为此类桥梁改造提供参考。

1 工程概况

西氿大桥位于江苏省宜兴市S342省道上，于1996年建成通车，老桥主桥为T构挂孔桥梁。

主桥上部结构采用带挂梁的三孔T构预应力混凝土箱梁，主桥跨径28.75+52.5+28.75 m，边跨及跨中挂孔均为5 m。桥梁分左右两幅，为提供整体性2004年增设了两幅桥之间的横隔板[1]。主梁高度在桥墩处为3.5 m，悬臂端为1.5 m，挂梁高均为1.5 m。主桥下部结构采用组合式桩基础，承台下设双排桩，共计8根1.5 m钻孔灌注桩。原设计荷载等级为：汽-20，挂-100。本桥重载交通量大，桥梁的竖向刚度小、震动大[1]。

2 老桥病害技术状况分析

目前，桥梁中跨下挠较为严重（图1，2015年10月测得数据），尤其在主跨中跨挂梁位置附近存在明显下挠趋势，行车舒适性差。

检查中桥梁缺损状况主要在以下几方面[2]：

（1）本桥位于S342省道上，重载交通量大，桥梁使用过程中，振动大。

（2）桥面系中桥梁伸缩缝被垃圾填塞、橡胶条破损、铺装层骨料外露，护栏变形、损坏，人行道板破损。

（3）桥梁上部结构中T构箱梁底板、腹板砼破损、漏筋锈蚀，腹板、底板、翼缘板产生裂缝，挂梁牛腿应力集中处产生横向裂缝，挂梁与T构悬臂错位。

3 加固设计基本思路

由于老桥特殊的结构型式，桥梁的上部的竖向刚度小，T构基频率约1.2 Hz，桥梁震动大，另外，由于桥梁收缩徐变的影响，加剧降低行车舒适性。

加固设计基本思路主要分为以下两种[3]：

（1）维持桥梁外形和结构体系不变，增设箱梁顶板预应力钢束，提高箱梁的预压应力，同时采用增大截面法加厚箱梁腹板，提高箱梁刚度和抗剪能力。

（2）改变结构体系外形，如更改为连续刚构桥;增设索塔和斜拉索，形成斜拉桥体系等。

对于本桥梁，本次拟采用调整体系为连续刚构方式，主要原因如下：预应力混凝土连续刚构桥，混凝土收缩、徐变、基础不均匀沉降三项对结构影响是相当可观的，因此一般情况下连续刚构桥的桥墩设计为双薄壁桥墩结构，桥墩高度往往要求也不能过小。考虑到老桥已经使用20年，桥梁结构的收缩、徐变、沉降基本完成，因此设计考虑将原来的T构桥梁改造为连续刚构桥型，对结构体系进行改变，增加桥梁的整体刚度，总体上是可行的。具体做法为：把原来中跨5 m挂孔混凝土箱梁拆除，更换为钢结构箱梁，并做好钢结构段与老桥的连接，达到连续刚构的效果（连接点三个方向的变形协调）。以此为思路，我们进行了分析，对结构有利的方面是可以不考虑改造后结构的收缩、徐变、不均匀沉降，不利方面是体系改变后，原来的静定结构变为了超静定结构，而且原来的桥墩刚度很大，因此对整体温度、温度梯度是不利的。此外，由于结构体系改变后，原来T构梁部分没有正弯矩，下缘未设置预应力钢束，体系改变后，跨中段在活载及部分恒载作用下，产生了正弯矩，因此需要采取一定的措施来承担该部分正弯矩（图2下缘采用钢板来承担正弯矩）。

4 主要计算结果

在加固设计分析过程中，我们把新老桥做计算对比，两者均不考虑混凝土收缩、徐变和不均匀沉降的影响。主要结果为：对于墩顶，由于对边跨本身并未改变结构的受力体系，仍然属于悬臂结构，因此边跨的受力情况不变，墩顶中跨侧，由于恒载的效应基本不变，但是对于汽车荷载来说，墩顶位置减少了较多的负弯矩。对于中跨跨中（不含挂梁）段，原有结构本身无正弯矩，而变为连续刚构后，跨中段有少部分恒载、二期铺装荷载、使用活载产生的正弯矩，这对原有跨中段悬臂梁部分是不利的，因为原有T构的预应力钢束仅布置在梁的上缘。为了消除此部分的不利影响，在下缘设置了钢板承担结构的正弯矩效应。

对于原来桥墩部分，由于桥墩的轴向力基本不变，而连续刚构桥活载产生的弯矩效应比T构小，但是对于整体温差而言，改造后是不利的，综合比较对桥墩还是有利的（表3）。

对结构刚度的贡献是不言而喻的，计算结果表明，原结构的竖向基频为1.2 Hz，体系改变加固后，基频达到了1.8 Hz。

5 施工中关键问题

（1）由于桥梁宽度本身较小，且施工过程中要吊离原有的中间5 m挂孔，采用5 m的钢箱梁与“T”构固结，因此施工过程采取全封闭交通。

（2）由于体系改变后温度效应的增加，而温度效应与桥墩的水平刚度息息相关，在实际实施过程中，拆除中间挂梁后，给T构施加10 mm强制位移，用于检测墩的水平刚度，修正计算参数。

（3）如前文所述，改变体系后跨中增加了正弯矩效应，对于挂梁部分替换为的钢箱梁已经没问题，但是对于原来T梁端部段，下缘增加了正弯矩是不利的，设计当中采用了800 kN预压力，等钢梁与T梁固结后释放，达到减少跨中正弯矩的作用。

6 结论及评价

西氿大桥加固工程已于2018年4月完工，经过3年的运行，目前桥梁行车舒适性大大增加，桥面振动较小，能满足目前车辆通行舒适性的交通需求，创造了较好的社会效益和经济效益，较好的服务了城市的发展，也为其它类似桥梁加固方案提供了宝贵的设计和施工经验。

参考文献：

[1]无锡市交通规划设计院.西氿大桥施工图设计.1996.

[2]無锡公正试验检测有限公司.2015年宜兴市西氿大桥主桥特殊检查报告[R].2015.

[3]王晓东，李广毅.预应力混凝土T型刚构桥的病害分析及加固设计[J].公路交通科技（应用技术版），2009（5）：169-171.

作者简介：吴俊锋（1979—），男，浙江缙云人，本科，一级注册结构工程师、注册岩土工程师、高级工程师，主要从事桥梁结构、岩土工程等设计、管理工作。