变截面矮T梁在危桥加固中的运用
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摘要：针对本项目引桥机动车道与主桥机动车道病害状况不同的情况，提出引桥更换梁板、主桥局部修复的加固方案。该方案导致引桥桥面标高整体抬升，与主桥桥面形成高差。通过特殊设计的变截面矮T梁来过渡引桥与主桥的桥面标高。对变截面矮T梁按照规范要求进行了各项验算，并对端部截面突变处进行了加强设计。为特殊情况下的危桥加固提供了可参考的工程经验。
关键词：危桥加固；变截面矮T梁；端部加强
中图分类号：U457文献标识码： A
1项目背景：
绍兴市某跨河桥梁为城市主干道路桥梁，桥梁全长452m，由主桥与引桥两部分构成。主桥上部为下承式预应力混凝土拱梁组合体系，拱肋轴线为二次抛物线，计算跨径为80m，计算矢高为16m，矢跨比1：5；下部为双柱式墩，承台加钻孔灌注桩基础。引桥采用小铰缝先张法简支梁桥面连续结构，左右幅错孔布置，左幅配跨为：5×20+2×20+2×25+82+4×20+5×20，右幅配跨为5×20+4×20+82+2×25+2×20+5×20，下部采用桩柱式桥墩、桥台，钻孔桩基础。原桥桥跨布置见图1，图中长度单位为cm。
图1左幅桥型布置图（原桥）
检测发现该桥引桥机动车道出现多种病害，主桥基本完好。如桥面纵、横向贯通缝，桥面砼坑槽、网裂，桥面连续普遍断裂，伸缩缝部分损坏，护栏老化砼脱落，部分梁板下挠明显。下部结构基本完好。部分病害照片见图1～图４。
图2伸缩缝砼碎裂图3桥面铺装坑槽
图4空心板腹板斜裂缝 图5空心板板底斜裂缝
2加固方案
考虑到本桥位于城市主干道路，承担着大量的交通运输任务，采用传统的被动加固方式，只能缓解病害的发展，不能排除安全隐患。基于“安全、耐久”原则，提出引桥更换梁板、主桥局部修复、下部结构利用的加固方案。
本项目加固方案仅针对引桥机动车道范围内的梁板，非机动车道维持现状利用。引桥采用后张法预应力混凝土先简支后连续结构体系，梁高95cm，板宽125cm。由于原小铰缝先张梁板梁高80cm，更换梁板后，引桥桥面标高整体抬升，与主桥桥面形成高差。为使改造后的引桥与主桥桥面平顺，将主桥两侧各两跨引桥设置为过渡跨。引桥采用部颁装配式后张法预应力混凝土连续空心板桥上部构造，本文仅讨论过渡跨设计。过渡跨布置如图6、如图7所示，图中长度单位为cm。
a 过渡跨布置图
b 跨中断面图
图6过渡跨布置图
3变截面矮T梁构造
由于过渡跨有两种跨径（20m，25m），从已有的设计经验可知，此种类型的桥跨不宜采用刚度相对较小的简支空心板，另外设计成变截面矮T梁，此种结构主要是为了满足过渡跨结构在盖梁上的搁置宽度，控制上部结构自重，同时也加大整体的刚度。
主要构造参数：20m过渡跨跨中梁高120cm，端部梁高80cm；端部肋宽55cm，跨中肋宽22cm，肋底设置马蹄，翼缘板悬臂厚16cm，设置2道中横隔梁，两道端横隔梁；25m过渡跨跨中梁高145cm，端部梁高100cm，端部肋宽55cm，跨中肋宽22cm，肋底设置马蹄，翼缘板悬臂厚16cm，设置3道中横隔梁，两道端横隔梁。
预应力配束选型：20m跨径边梁采用1束7φ15.2与2束6φ15.2钢束，中梁采用3束6φ15.2钢束；25m跨径边梁采用1束9φ15.2与2束7φ15.2钢束，中梁采用1束8φ15.2与2束7φ15.2钢束。
本文仅示出25m变截面矮T梁一般构造图及钢束布置图，详见图7、图8，图中长度单位为cm。
a 立面图
b 支点断面c 跨中断面
图7一般构造图
图8钢束布置图
4 结构计算
4.1主要计算参数
采用《桥梁博士3.3》对变截面矮T梁进行了预制阶段及运营阶段的结构分析和验算，主要计算参数：
（1）预应力构件类型：A类构件。
（2）混凝土：主梁采用C55混凝土，弹性模量E=3.55×104MPa，重度γ=26kN/m3。
（3）钢材：普通钢筋采用HRB400级。预应
力钢筋高强度代松弛钢绞线，抗拉强度标准值1830MPa，弹性模量E=1.95×105MPa，张拉控制应力1395MPa。预应力管道采用塑料波纹管，摩阻系数u＝0.17，偏差系数0.0015，锚具变形6mm，传力锚固龄期为15天。
（4）桥面铺装：13cm厚玄武岩纤维砼。
（5）混凝土收缩及徐变：考虑10年收缩徐变时间，按规范要求计入收缩及徐变产生的各项效应。
（6）汽车荷载：城-A级荷载，最大横向分布系数按刚性横梁法计算得0.542（边梁）。
（7）汽车冲击力：根据结构基频按规范要求计算。
（8）温度作用：简支结构仅考虑梯度温度。梯度升温T1=25℃，T2=6.7℃；梯度降温T1=-12.5℃、T2=-3.35℃。
4.2计算结果
由于篇幅所限，本文仅列出主要的验算结果，见图（9），图中应力单位为MPa，压应力为正，拉应力为负。
a正常使用极限状态短期应力包络图
b正常使用极限状态长期应力包络图
c正常使用极限状态正应力包络图
d承载能力极限状态弯矩包络图
图9 验算包络图
由验算结果表明，该构件的主要验算指标均满足规范要求。
5 普通钢筋配置
（1）由于是按A类构件设计，应布置适量的普通钢筋参与受力，T梁下缘布置7根直径25mm的HRB400钢筋。
（2）箍筋采用直径12mm的HRB400钢筋，梁端2.5m范围内，箍筋间距为10cm，其余位置为15cm。
（3）腹板侧面的水平纵向钢筋采用直径10mm的HPB300钢筋，间距为13cm，布置在箍筋的内侧。
（4）翼缘板上、下缘横桥向布置直径12mm的HRB400钢筋，间距10cm。
6 局部构造设计
a 立面构造图
b 断面图
图10 端部构造设计图
由于端部梁高的限制，端部的抗剪承载力在满足规范要求的前提下，对局部进行了构造上的加强设计。在梁端预埋钢板组合构件，并布置有锚固焊钉，以降低截面突变处的应力集中效应。底板厚度16mm，肋板厚14mm。肋板下缘开孔，孔径30mm，梁端箍筋从此孔穿过，形成闭合箍。其构造见图10。
7 结语
原小铰缝简支先张法空心板已难以满足目前的交通荷载，其结构本身的缺陷所产生的病害已经开始显现，因此，小铰缝简支空心板的加固将成为今后一段时间桥梁维护的主要问题。本项目根据实际结构的需要，特殊设计了变截面矮T梁。计算结果表明主要验算指标均能满足规范要求。
变截面矮T梁可用于空心板更换、下部结构利用且对梁高有特殊限制的桥梁加固工程中，结合具体的工程特点，仍可以作进一步的优化。
参考文献：
[1] 中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2] 中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.
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