李世振，高 青
（长安大学公路学院，陕西西安 710064）
作者简介：李世振（1988－5），男，长安大学公路学院硕士研究生，桥梁与隧道工程。
高 青（1986－2），女，长安大学公路学院硕士研究生，桥梁与隧道工程。
摘 要：为了解决国内T型刚构桥梁出现的箱室底板正应力超限、截面主拉应力超限、最大悬臂端下挠严重的问题，提出矮塔斜拉变体系加固方案［1］，研究T构在变体系后桥梁是否得到预期加固效果，结果表明加固后桥梁梁体截面顶底板拉压应力有一定储备，主拉压应力在规定值以内，满足正常使用极限状态以及承载能力极限状态各项指标满足规范要求。
关键词：T型刚构；改变结构体系；矮塔斜拉加固
Abstract：For solving a local T type just reached the box that the bridge appeared room scale board just in response to dint su－per limit，cut a noodles lord pull in response to dint super limit，biggest the serious problem for hanging arm to carry dis－placement，put forward an ETA inclined pulled change the system reinforced a project and studied T reach at become after the system bridge whether gets an expectation to reinforce effect，expressed that after reinforcing，the bridge beam body cut a noodles crest，the scale board pulled to press as a result in response to the dint had definitely storage，the lord pulled pressed in response to the dint at stipulate value in，satisfied normal use extreme limit each index sign of the status and load－ing ability extreme limit status satisfy norm request．
Key words：T－shaped rigid frame；Change the structure system；Dwarf pylon cable－stayed structure
1 前言
在20世纪70年代至90年代初我国修建的大跨梁式桥中，带挂梁的预应力T型刚构桥是主要桥型之一，基于当时的车辆和各方面的发展规划，桥梁的设计等级普遍偏低。已建成的T型刚构桥由于建设过程中有的施工不当、运营中产生的预应力松弛、混凝土的收缩徐变效应的影响，交通量过大、超载严重等现象，使得许多T型刚构箱室产生许多超限裂缝，最大悬臂端下挠严重，主拉应力超限，正截面压应力超限等病害。因此对T型刚构的加固使其能够继续服役具有重大意义，国内许多的T型刚构加固采用的是体外预应力加固方法，体外预应力技术作为一种主动的加固技术，可以主动为原结构提供预加力，弥补预应力损失，不存在效应滞后的问题。本文所述T型刚构矮塔斜拉加固方法其本质也是为了弥补桥梁预应力损失，但桥梁体系发生改变，加固后桥梁体系为矮塔斜拉桥，这种加固方法能有效地减小整体桥梁内力值，其箱室底板正截面拉压应力有了较好的储备，加固效果明显，加固后桥梁造型新颖美观。本文以T型刚构桥的工程实际为背景，模拟施工过程，进行成桥及变体系后桥梁受力分析。
2 工程现状
2．1 工程概况
本文以某桥为背景，其主桥为四跨带挂梁的T型刚构，主桥悬臂梁为单箱双室的箱梁截面，挂梁和引桥均为预应力混凝土T梁。桥面布置为0．25m（护栏）＋1．50m（人行道）＋9．0m（行车道）＋1．50m（人行道）＋0．25m（护栏）。主桥跨径组合为60＋2×90＋60m，共300m。引桥跨径组合为五跨5×30m和三跨3×30m，
共240m，全桥共长540m。主桥下部结构为空心薄壁桥墩，桥台为扩大基础U型桥台，桥台为桩基础U型桥台。引桥下部结构为混凝土实体桥墩，灌注桩基础。设计荷载：汽车－20级，挂车－100级。
2．2 荷载试验评定
加固前桥梁荷载试验结论如下：
（1）应变分析
由应变实测数据可见，各工况所得数据具有一定规律，主桥箱梁所测顶底板应变数据规律性较好，控制截面主要测点应变校验系数大多在1．00以下。在相当于汽车－20级、挂车－100级试验荷载作用下，主桥箱梁顶底板的控制截面测点平均应变校验系数在0．47～0．58之间，处于常值范围内，表明箱梁结构处于弹性工作状态下，仍然有一定的强度安全储备。
（2）挠度分析
在相对于汽车－20级、挂车－100级试验荷载作用下，最大挠度测点校验系数在0．8～1．2之间，绝大多数超出常规桥梁常值范围，表明预应力混凝土梁结构整体刚度较弱，但仍处于弹性工作范围。
（3）主桥结构竖向振动频率实测值与理论计算值基本接近，刚度偏小。
（4）冲击系数分析
T型刚构⑥号桥墩所测最大冲击系数1＋μ＝1．144，较计算值1．198小。T型刚构⑧号桥墩所测最大冲击系数1＋μ＝1．194，较计算值1．198小。
3 加固原理
每个T构采用矮塔斜拉桥加固［3］单塔双索面矮塔斜拉桥带挂梁的新结构体系。在每个T构上下游侧承台上，结合薄壁墩采用扩大截面法加固，并新增2座钢箱矮塔，用钢箱横梁联系；在箱梁悬臂端（下牛腿）至悬臂跨中区域分别增设2道斜拉索，钢箱矮塔索塔锚固区设索鞍。见图3－1和图3－2。
箱室内裂缝宽度≥0．2mm处注浆封闭，其余裂缝采用表面涂胶封闭；空洞周围粘贴碳纤维布或钢板补强［4］。
图3－1 全桥加固图
图3－2
4 旧桥承载能力
4．1 旧桥主桥正常使用极限状态正应力验算
旧桥桥结构计算模型及结构离散图见图4－
图4－1 旧桥结构计算模型
图4－2 旧桥结构离散图
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5．2．21条规定，在使用荷载作用下，预应力混凝土构件的法向压应力（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：
第5．2．24条规定，在使用荷载作用下，预应力混凝土受弯构件在计算混凝土主拉应力和主压应力时，应该符合下列规定：
考虑混凝土收缩徐变并模拟施工过程进行成桥分析，考虑预应力损失，验算桥梁在各个不同荷载工况组合并结合旧桥设计参数，参照现行承载能力规范进行代换。主拉应力包络图如图4－5所示；主压应力包络图如图4－6所示。
根据计算结果可得，最大梁底法向压应力为10．5MPa，发生在T构L／2悬臂处，最大梁顶法向压应力为7．8MPa，发生在T构根部处，均小于容许法向压应力14MPa。最大主拉应力为1． 9MPa，小于容许主拉应力2．08MPa；最大主压应力为10．4MPa，小于容许主压应力16．8MPa，满足规范要求。
表4－1 加固前折减后正截面底板应力表
表4－2 加固前折减后正截面顶板应力表
4．2 旧桥主桥承载能力极限状态验算
根据承载能力验算系数Z，承载能力劣化系数ξe，截面折减系数（ξc、ξs）对极限状态方程中结构抗力效应进行修正，并通过比较以判定结构或构件的承载能力状况。考虑结构承载力折减后，计算结论如下：
表4－3 旧桥承载能力极限状态验算（设计荷载：汽－20级）
5 加固后桥梁承载能力
5．1 加固后主桥正常使用极限状态正应力验算
经矮塔斜拉变体系［5］加固后桥梁结构计算模型及结构离散图见图5－1、图5－2。
图5－1 加固后主桥结构计算模型
图5－2 旧桥结构离散图
组合Ⅰ：结构自重＋斜拉索拉力＋温度影响力＋混凝土收缩徐变
组合Ⅱ：结构自重＋斜拉索拉力＋二期恒载＋汽车荷载＋温度影响力＋混凝土收缩徐变
加固后主桥正常使用阶段正截面梁底法向应力包络图如图5－3所示，正截面梁顶法向应力包络图如图5－4所示；主拉应力包络图如图5－5所示；主压应力包络图如图5－6所示。
表5－1 加固后底板应力验算
根据计算结果可得，最大梁底法向压应力为6．4MPa，发生在T构L／2悬臂处；最大梁顶法向压应力为10．7MPa，发生在T构根部处。均小于容许法向压应力14MPa。最大主拉应力为0．7MPa，小于容许主拉应力2．08MPa；最大主压应力为10．1MPa，小于容许主压应力16．8 MPa，满足规范要求。
表5－2 加固后主桥正截面顶板应力表
图5－3 加固后主桥正截面底板正应力图
图5－4 加固后主桥正截面顶板正应力图
图5－5 加固后主桥主拉应力图
图5－6 加固后主桥主压应力图
图5－7 加固后主梁弯矩包络图
5．2 加固后主桥承载能力极限状态计算
表5－3 加固后主桥承载能力极限状态计算
根据计算结果可以看出，通过张拉斜拉索，对桥梁承载力改善明显。
5．3 基于主桥加固前后正应力变化趋势结论
（1）加固前后由于主桥由于体系的改变，箱室截面上下缘顶底板的正应力有明显的变化，具体变化趋势见图5－8（a），（b）。
图5－8 加固前后主桥顶底板应力对比
由上图可知主桥经加固后底板正截面压应力有了明显的下降，加固后顶板板正截面压应力有了明显的提升，均有了一定的应力储备；截面主拉压应力均满足规范要求；加固前在承载能力极限状态下安全储备不足及大于抗力的部分截面在加固后其承载能力均满足规范要求，证明矮塔斜拉变体系加固方法的可行性。
5．4 基于荷载试验结论
加固后桥梁荷载试验结论如下：
（1）应变校验系数
在相当于公路－Ⅱ级荷载效应的车辆荷载作用下，相应工况应变校验系数平均值0．51～0．93之间，绝大多数测点校验系数均在0．90以下。
在相当于汽车－20级荷载效应的车辆荷载作用下，相应工况应变校验系数平均值0．52～0．82之间，绝大多数测点校验系数均在0．80以下。
主要测点应变校验系数平均值在常值范围，说明桥梁结构处于弹性工作状态，整座桥梁应力状况符合加固设计要求，在设计荷载下结构安全。
（2）挠度校验系数
在相当于公路－Ⅱ级荷载效应车辆荷载作用下，由挠度实测数据可知，在相应几个主要工况下挠度规律与分析结果吻合完好，绝大多数测点校验系数均在0．82以下；T构最大悬臂端Ⅰ－Ⅰ截面中载挠度校验系数为0．55～0．58，偏载校验系数为0．53～0．58。说明整座桥梁的刚度符合加固设计要求。
在相当于汽车－20级荷载效应的车辆荷载作用下，由挠度实测数据可知，在相应几个主要工况下挠度规律与分析结果吻合完好，绝大多数测点校验系数均在0．80以下；T构最大悬臂端Ⅰ－Ⅰ截面中载挠度校验系数为0．56～0．73，偏载校验系数为0．52～0．73。
主要测点挠度校验系数平均值在常值范围，说明桥梁结构处于弹性工作状态，整座桥梁刚度符合加固设计要求，在设计荷载下结构变形较小。
（3）在动态激励下，上部结构的动力响应体现出结构的整体性能良好，主桥和引桥实测冲击系数分别为1．1908和1．2160，小于规范方法计算值1．216，实测值与规范方法计算值较吻合，表明桥面较平顺。
主桥、引桥结构前2阶自振频率实测值均较理论分析计算值大，表明结构整体性好，动刚度较大。
6 结论及展望
6．1 结论
通过矮塔斜拉变体系加固后桥梁的各项受力性能均满足规范要求，顶底板应力有了一定的储备，悬臂端下挠过大的问题得到了有效的解决。
6．2 展望
本文仅对桥梁加固后正截面拉压应力的变化得到桥梁的加固效果，对桥梁具体的加固方式没有做进一步的研究，桥梁加固的布索方式、塔高度的选择、索力的优化，控制截面的细部分析，箱梁变体系后其畸变、扭转、剪力滞效应都有进一步研究的需要。希望本文的加固经验能为同类桥梁的加固设计积累一些经验，具有一定的参考价值。
［1］ 张树春．某T型刚构桥体外预应力加固及评价分析［U］．广州：华南理工大学，2013．
［2］ 李腾．T型刚构桥承载能力分析及加固技术［U］．西安：长安大学，2013．
［3］ 黄汪盛．大跨预应力箱梁桥矮塔斜拉加固布索方式研究［TU］．南京：南京航空航天大学，2011．
［4］ 栾好发．粘贴钢板加固钢筋砼T梁抗弯模型试验研究［U］．西安：长安大学，2013．
［5］ 马修印．矮塔斜拉加固法在梁式桥梁中的应用研究［U］．西安：长安大学，2011．
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