少橫隔板裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橋橫向加固方案分析

■曾華超

（福建省恒通路橋工程有限公司，南平 353000）

近年來隨著國家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，公路道路橋梁交通量亦高速增長，早期建設(shè)的大部分公路橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，通行荷載有限，施工質(zhì)量不良，且養(yǎng)護(hù)維護(hù)力度偏弱，其技術(shù)狀況及承載能力已不能適應(yīng)當(dāng)前交通運輸發(fā)展的需要。 對舊橋進(jìn)行科學(xué)有效加固，排除橋梁結(jié)構(gòu)存在的安全隱患，使其發(fā)揮原有的使用功能，是我國橋梁建設(shè)中的一門重要學(xué)問。

在混凝土橋梁的病害調(diào)查中，普遍存在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫、混凝土剝落、開裂及結(jié)構(gòu)松動等缺陷，尤其是混凝土T 梁橋，梁與梁之間的橫隔板、端橫梁等橫向聯(lián)系構(gòu)件損傷較為嚴(yán)重。 對于裝配式T梁橋而言，橫向聯(lián)系構(gòu)件的作用是將各片主梁連接為一個整體，使其橋面荷載在橫向整體能夠進(jìn)行有效傳遞， 保證橋梁整體具有良好的剛度及受力性能[1]。 如果橫向聯(lián)系構(gòu)件設(shè)置較少或損失嚴(yán)重，會導(dǎo)致橋梁整體性能下降，各片主梁間受力模式喪失良好的協(xié)調(diào)作用，易造成主梁單梁受力，使得主梁和橋面產(chǎn)生裂縫。 基于此，本文以某少橫隔板裝配式預(yù)應(yīng)力T 梁橋梁實際加固工程為例，對T 梁橋橫隔板病害及加固技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

1 橋梁概況

某裝配式預(yù)應(yīng)力混凝T 梁橋，上部結(jié)構(gòu)跨徑布置為4×30 m，結(jié)構(gòu)形式為結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)，橫向布置6 片T 梁，每跨僅在兩端頭設(shè)置有端隔板。 橋梁總長128 m， 在橋面0# 臺、4# 臺處設(shè)置伸縮縫；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式橋墩配鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺采用U 型橋臺擴(kuò)大基礎(chǔ)。 原設(shè)計荷載：汽車-20，掛車-100 級；公路等級為二級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度60 km/h；橋面總寬度12.5 m，寬度組成：0.25 m（護(hù)欄）+1.5 m（人行道）+9.0 m（行車道）+1.5 m（人行道）+0.25 m （護(hù)欄）。 預(yù)制T 形梁中心線處梁高1.8 m，與18 cm 現(xiàn)澆橋面組合后的中心線處梁高是1.9 m，主梁間距2.10 m，翼緣板濕接縫1.2 m。 預(yù)制T 梁采用50 號混凝土，現(xiàn)澆濕接縫及橫隔板均采用40 號混凝土； 橋面鋪裝采用40 號混凝土。 該橋于1996 年建成通車。

2019 年10 月，業(yè)主組織對該橋進(jìn)行特殊檢測，該橋被評定為3 類橋，主要病害為：主梁端橫隔板底緣出現(xiàn)開裂破損，主梁出現(xiàn)了腹板豎向、斜向裂縫和梁底橫向裂縫（2 處裂縫為貫通裂縫），梁間現(xiàn)澆濕接縫出現(xiàn)縱向裂縫，橋面鋪裝層普遍存在龜裂磨損病害。 典型病害見圖1～2。

圖1 橫隔板底部開裂

圖2 梁間接縫縱向裂縫

2 主要病害分析

早期由于設(shè)計觀念的束縛，T 梁橋僅在每跨兩端設(shè)置有橫隔板，導(dǎo)致橋梁上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系先天薄弱，上部結(jié)構(gòu)的整體受力性能削弱，活載橫向傳力將主要通過梁間現(xiàn)澆橋面板和端部隔板傳遞，橫向應(yīng)力集中在端部橫隔板及梁間現(xiàn)澆橋面板上，導(dǎo)致橫隔板出現(xiàn)開裂破損等病害，梁間現(xiàn)澆橋面板縱向開裂[2]。 同時在局部車輛荷載作用下，位于鉸縫處的混凝土也將承受很大的正彎矩，導(dǎo)致出現(xiàn)沿鉸縫方向的縱向裂縫。

本次維修加固將重點圍繞提升上部結(jié)構(gòu)整體剛度為基準(zhǔn)，通過考慮增加橫隔板數(shù)量，并加強(qiáng)橋面鋪裝層（重做鋪裝，較大配筋）以增加橋梁的整體剛度，保證梁片和各隔板受力均勻。

3 維修加固方案

考慮到本橋上部結(jié)構(gòu)T 梁間只有端部設(shè)有橫隔板，橫向聯(lián)系薄弱，整橋橫向剛度不足、整體穩(wěn)定性差，橫向應(yīng)力集中在端部橫隔板及濕接縫上，導(dǎo)致橫隔板出現(xiàn)開裂破損、 濕接縫縱向裂縫等病害，對本橋的橫向剛度提升加固提出了2 種方案[3]：（1）新增鋼結(jié)構(gòu)橫隔板；（2）新增混凝土結(jié)構(gòu)橫隔板。綜合對比分析，考慮到新增混凝土結(jié)構(gòu)橫隔板方案對梁肋植筋較多，對梁體破壞較大，且恒載增加較多，混凝土澆筑困難，施工難度大，施工質(zhì)量較難保證等要素，最終采用新增鋼結(jié)構(gòu)橫隔板方案。

本方案主要思路如下：每跨中間縱橋向均布增設(shè)3 道鋼結(jié)構(gòu)橫隔板；橫橋向，通過在T 梁肋上緣、下緣設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)連接件，鋼結(jié)構(gòu)橫隔板與連接件栓接，連接件由螺栓穿過梁肋后與鋼板鎖定組成。 加固方案所用鋼構(gòu)件及螺栓均采用熱浸鍍鋅防腐處理。 全橋粘貼的鋼板采用Q355B，厚度為16 mm，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1591-2018《底合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定。 粘貼鋼板材料采用專用粘鋼膠，廠家須提供原料的抗剪報告，現(xiàn)場檢測7 d 抗剪強(qiáng)度≥18 MPa。 粘貼鋼板所用錨固螺栓均采用M16（8.8S）高強(qiáng)螺栓，扭緊力矩取230 N·m。所有鋼板焊接焊縫應(yīng)進(jìn)行超聲波無損檢測，焊縫質(zhì)量要求達(dá)到二級以上。

主要加固施工步驟如下：（1）基面處理；（2）混凝土上打孔植筋（螺栓），包括鉆孔、清孔、注膠、植入鋼筋（螺栓）、養(yǎng)護(hù)等；（3）粘貼鋼板，包括鋼板粘貼面處理、配膠、粘貼、固定與加壓、固化等。 方案布置如圖3、圖4 所示。

圖3 新增橫隔板連接件縱向布置圖

圖4 新增鋼結(jié)構(gòu)橫隔板橫向布置圖

4 加固前、后計算分析對比

為分析對比加固前、后橋梁受力及變形狀況，建立增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)中橫隔板加固前、后橋梁實體模型[4]，見圖5～6； 模型加載中取同樣的邊界條件和加載等級（2 臺30 t，3 軸車，居中加載），計算增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)中橫隔板加固前、后梁體應(yīng)力分布變化、主梁變形等情況。

圖5 原設(shè)計加載模型

圖6 加固后加載模型

對比采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔板加固前、后橋面板應(yīng)力云圖，在車輛荷載作用下，T 梁間現(xiàn)澆橋面板處應(yīng)力由加固前的1.188 MPa 下降到1.118 MPa，降幅為6%，同時可發(fā)現(xiàn)采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔板加固后橋面板的應(yīng)力較加固前分布更均勻，如圖7～8 所示。

圖7 加固前橋面板應(yīng)力云圖

圖8 加固后橋面板應(yīng)力云圖

對比采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔板加固前、后端隔板應(yīng)力云圖，在車輛荷載作用下，加固前相鄰端隔板應(yīng)力分別為1.150 MPa、1.374 MPa； 新增鋼結(jié)構(gòu)中隔板加固后相鄰端隔板應(yīng)力分別為1.229 MPa、1.223 MPa， 采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)中隔板加固后的端隔板應(yīng)力較加固前分布更均勻，如圖9、圖10 所示。

對比采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔板加固前、 后T 梁面外變形云圖，在車輛荷載作用下，T 梁最大面外變形加固后較加固前降幅為14%，說明新增鋼結(jié)構(gòu)中隔板后，橋跨橫向整體穩(wěn)定性有較大提高，如圖11～12所示。

圖11 加固前T 梁面外變形云圖

圖12 加固后T 梁面外變形云圖

在車輛荷載作用下，新增型鋼橫隔板最大應(yīng)力為6.531 MPa（底部水平桿），較Q355 型鋼的設(shè)計抗拉強(qiáng)度（285 MPa）小，如圖13 所示。

圖13 型鋼結(jié)構(gòu)橫隔板應(yīng)力云圖

通過上述對比采用增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔板加固前、后有限元模型計算結(jié)果可知，采用跨中新增3 道鋼橫隔板加固方案能明顯改善橋跨橫橋向受力。

5 結(jié)語

早期建設(shè)的公路T 梁橋， 有一部分為少橫隔板，橫向聯(lián)系偏弱，本文以某少橫隔板裝配式預(yù)應(yīng)力T 梁橋梁實際加固工程為例，采用新增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔板的加固方案，以改善混凝土T 梁橋跨橫向整體受力性能，通過對比加固前、后有限元實體模型的計算結(jié)果表明，使用該方法加固后的橋跨各梁片間協(xié)調(diào)受力改善明顯，橫向整體性改善較好，也充分體現(xiàn)該加固方案施工便捷、快速等優(yōu)點，可為同類橋型的加固項目提供一定參考。