裝配式小箱梁橋橫向加固效果研究

吳佳佳，秦磊慧

（1.山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032；2.山西交通控股集團(tuán)有限公司 太原高速公路分公司，山西 太原 030006）

1 概述

裝配式小箱梁橋施工質(zhì)量好、施工效率高、經(jīng)濟(jì)性好，與橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、快速化的發(fā)展需求相契合，廣泛應(yīng)用于中等跨徑橋梁[1]。預(yù)制主梁架設(shè)完畢后，各主梁通過現(xiàn)澆橋面板和橫隔梁，或焊接橫隔板連接鋼板以提高橋梁的整體性。然而，我國早期建設(shè)的無橫隔梁、少橫隔梁的裝配式梁橋，由于橫向聯(lián)系較弱，濕接縫普遍出現(xiàn)縱橋向裂縫，嚴(yán)重影響橋梁服役狀態(tài)和運(yùn)營安全。常用的橋梁橫向加固手段包括：a）加固原有橫隔梁，使其滿足原設(shè)計要求；b）新增橫隔梁，包括混凝土橫隔梁、鋼橫梁等；c）加厚濕接縫；d）加厚整體化層。徐樂樂研究了連續(xù)箱梁橋采用H型鋼橫向加固，研究表明橋梁加固前后受力狀態(tài)基本一致[2]。本文通過實(shí)橋試驗(yàn)研究了裝配式小箱梁橫向加固效果，并討論其適用性。

2 橋梁加固方案

某裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁橋，跨徑組成為6×25 m，橋?qū)?4 m，由4片預(yù)制小箱梁構(gòu)成，箱梁中心距3.5 m，橫橋向通過濕接縫連接，其橫斷面如圖1所示。

圖1 橫斷面圖（單位：cm）

該裝配式小箱梁橋未設(shè)置跨中橫隔梁，且其主梁間距遠(yuǎn)大于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)圖的3.15 m，大噸位超載車輛作用下，各主梁出現(xiàn)明顯的相對位移和扭轉(zhuǎn)。運(yùn)營20多年后，主梁出現(xiàn)縱向裂縫、橫向裂縫、豎向裂縫，濕接縫出現(xiàn)縱向裂縫，為提升結(jié)構(gòu)的使用性能和耐久性，對預(yù)應(yīng)力主梁進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，并通過加厚混凝土橋面鋪裝+增設(shè)鋼橫梁提高結(jié)構(gòu)的橫向整體性。

橫向加固具體實(shí)施方案為，將原橋面鋪裝更換為12 cm雙鋼混凝土+2 cm超黏磨耗層，并在橋梁跨中增設(shè)鋼桁架橫梁，如圖2。

圖2 橫向加固示意圖

3 橫向加固效果研究

3.1 荷載試驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，選擇邊跨和次邊跨內(nèi)力最大斷面進(jìn)行加載，即圖3中1號斷面和2號斷面，橋梁加固前后試驗(yàn)方案保持一致，試驗(yàn)加載工況如表1所示，車輛橫向布置如圖4所示。試驗(yàn)中分別測試了邊跨、次邊跨跨中各主梁位移。

圖3 試驗(yàn)橋測試位置圖（單位：cm）

表1 荷載試驗(yàn)各加載工況及相應(yīng)測試項(xiàng)目表

圖4 加載車橫向布置圖（單位：cm）

3.2 撓度分析

車輛荷載作用下，橋梁加固前后的橫向撓度對比如圖5。由圖可知，在不同的加載工況下，加固后各加載工況下主梁跨中撓度明顯減小，且2號梁撓度減小值最大，工況一、工況二和工況三、工況四撓度分別減小8.73 mm、9.35 mm和4.74 mm、4.65 mm，撓度降幅為47.6%、52.5%和35.5%、39.2%；1號梁撓度減小值分別為5.61 mm、5.38 mm和4.39 mm、3.15 mm，撓度降幅為26.8%、39.7%和28.8%、37.0%?？梢园l(fā)現(xiàn)，各工況下中梁撓度降幅明顯大于邊梁。這是因?yàn)?，橋梁加固后縱向抗彎剛度增大，且由于鋼橫梁的設(shè)置，改變了荷載的橫向分布，因此中梁撓度降幅大于邊梁。

圖5 橋梁加固前后主梁撓度對比

圖5中，加固后橋梁跨中撓度橫向曲線較加固前更為平緩，最大位移和最小位移差值更小，表明加固后結(jié)構(gòu)橫向的整體性增強(qiáng)。

3.3 主梁橫向分布系數(shù)分析

為進(jìn)一步分析橋梁橫向加固效果，根據(jù)實(shí)測撓度值計算邊跨和中跨1號～4號主梁在不同加載工況下的荷載橫向分布系數(shù)，計算結(jié)果如表2所示。

表2 橋梁加固前后橫向分布系數(shù)

由表2可知，在不同加載工況下，近荷端的主梁分配的荷載減小，遠(yuǎn)荷端的主梁分配的荷載增大，進(jìn)一步驗(yàn)證了各主梁協(xié)同受力性能增強(qiáng)，橋梁橫向剛度得到提升。各加載工況下，2號主梁荷載橫向分布系數(shù)明顯減小，與偏心加載相比，橋梁結(jié)構(gòu)在對稱荷載作用下各主梁荷載橫向分布系數(shù)變化量較大，這是因?yàn)橹休d作用下是2號和3號主梁兩側(cè)的鋼橫梁參與荷載橫向傳遞，而偏載作用下，僅1號主梁的單側(cè)鋼橫梁參與荷載橫向傳遞，1號梁所分配的荷載稍有增大。綜上，裝配式小箱梁橋在加固前后各主梁荷載橫向分布系數(shù)變化量總體偏小，中梁變化值最大僅為0.14（2號梁），邊梁變化值均小于0.1，分析其原因，主要是由于小箱梁自身扭轉(zhuǎn)剛度較強(qiáng)，荷載作用下箱梁的扭轉(zhuǎn)剛度可以提高荷載橫向傳遞效率，且鋼橫梁自身抗彎剛度相對較?。ㄆ淇箯潉偠刃∮?0 cm厚混凝土橫隔板的抗彎剛度），因此增設(shè)鋼橫梁對結(jié)構(gòu)橫向受力改善性能不明顯。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)結(jié)構(gòu)加固前后主梁撓度橫向曲線對比，經(jīng)分析可以得出以下結(jié)論及建議：

a）采用體外預(yù)應(yīng)力加固、加厚混凝土橋面鋪裝、增設(shè)鋼橫梁聯(lián)合加固，可顯著減小主梁跨中位移值，最大位移和最小位移差值更小，提高了主梁豎向抗彎剛度和橫向整體性。

b）近荷端的主梁分配的荷載減小，遠(yuǎn)荷端的主梁分配的荷載增大，各主梁協(xié)同受力性能增強(qiáng)，橋梁橫向剛度得到提升。對稱荷載下中梁分配的荷載改變最為顯著。

c）由于小箱梁自身扭轉(zhuǎn)剛度較大，鋼橫梁對結(jié)構(gòu)橫向受力性能改善程度不明顯。因此，裝配式小箱梁橋加固時應(yīng)以縱向加固為主、橫向加固為輔。建議本文所述橫向加固方案應(yīng)用于自身抗扭剛度不足裝配式T梁的橫向加固。