熊 杰

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052）

T 型刚构桥具有受力明确，外形美观、施工快捷、墩梁之间无需设置大吨位支座的特点[1]，且为静定结构体系，墩台沉降不产生结构次内力，是我国20 世纪建造数量较多的一种桥型。随着几十年的通车运营，国内T 型刚构桥普遍暴露出一些问题：桥面伸缩缝多，桥面平顺度差，行车舒适性差；桥梁纵向线形不良，T 构悬臂端部下挠较大；牛腿部位构造复杂，普遍存在裂缝等病害；梁体裂缝等[2-4]。目前，国内采用体外预应力加固是针对T 型刚构桥较为常见的一种方法[5，6]，该方法针对结构严重下挠，预应力损失过大等问题处治效果较为明显，但不能解决牛腿构造引发的系列问题。

连续刚构桥具有桥面伸缩缝少、桥面平顺性好、结构整体刚度大等特点，且与T 型刚构桥类似，由于墩梁固结主墩处无需设置构造复杂的大吨位支座，因此，考虑将T 型刚构桥改造为连续刚构桥即可改善由于T 构牛腿引发的系列问题。该加固方法在国内部分T 构桥的维修加固上得到了应用，但针对该方法的研究文献较少。

基于以上技术背景，结合某带挂梁T 型刚构桥，采用将原T 构混凝土挂梁替换为钢箱梁以减轻结构自重，然后将钢箱梁与原T 构悬臂端采用特定方式进行固结，从而实现将T 构改造为连续刚构的结构形式，对该方法加固桥梁的结构受力特性进行分析，对比桥梁加固前后的结构性能，从理论上论证该方法的可行性与优越性。

1 桥梁概况

某大桥采用三跨带挂梁T 型刚构桥结构形式，跨径组合为（29+53+29）m，边、中跨挂梁长均为5m，桥面全宽8.5m。上部结构主梁采用单箱单室预应力混凝土箱梁，主梁高度在主墩处为3.5m，悬臂端为1.5m，T 构箱梁采用挂篮法施工。挂梁采用钢筋混凝土箱梁结构形式，梁高1.5m。下部结构主墩采用矩形截面空心墩，横桥向长4m，顺桥向宽2.8m，采用钻孔灌注桩基础。桥梁荷载等级为：汽车-20、挂车-100。桥梁立面图如图1 所示，断面图如图2 所示。

图1 桥梁立面布置图（单位：）

图2 桥梁断面布置图

2 桥梁病害分析

通过近年来对桥梁外观状况检查以及桥面线形的跟踪观测，发现主要问题如下：

2.1 主梁中跨跨中下挠

该桥中跨范围纵向轴线的桥面标高小于设计标高，在中跨挂梁位置附近存在明显下挠趋势。T 型刚构桥下挠是目前该类桥型较为常见的一种病害，其成因复杂繁多，目前大量的研究成果表明：有效预应力损失、混凝土收缩徐变作用、施工质量等是引起T 构桥下挠的重要因素[7-9]。另外，原桥的设计荷载等级为汽-20，挂-100，建造年代较早，随着交通量、车辆轴载的不断提高以及超载现象的时有发生，桥梁长期处于超负荷运营状态，更加剧了结构下挠及梁体开裂。

2.2 悬臂端牛腿病害

悬臂端牛腿应力集中处产生横向裂缝，挂梁与T 构悬臂端产生一定程度错位，桥面系伸缩缝破损严重。牛腿与挂梁接触点可近似看成集中力作用，牛腿应力集中。另外，该桥运营过程中，T 构箱梁悬臂端振动明显，车辆经过此处冲击作用较大，更加剧了牛腿病害的发展。

2.3 结构振动大、冲击作用大

桥梁运营过程中，振动较大，车辆通过牛腿顶部桥面跳车，冲击作用较大。该桥T 型刚构体系为静定结构，在恒载以及活载作用下，T 构悬臂端部的挠度比同样跨径的连续梁或连续刚构大，结构整体刚度小，在车辆荷载作用下，结构振动幅值较大。结构明显的振动可能加剧构件的疲劳作用，从而减低构件的强度与稳定性。

2.4 箱梁腹板斜裂缝

箱梁腹板均有一定斜向裂缝，与水平方向夹角35°～50°，裂缝间距为50～100cm，在1/4 跨径附近较为集中，最大缝宽0.20mm。有效预应力损失、混凝土收缩徐变、超载、施工缺陷等因素同样也是导致混凝土梁体开裂的重要原因。

3 处治对策分析

由于老桥特殊的结构形式，桥梁上部结构竖向刚度较小，结构振动大，另外桥梁的收缩徐变的影响，中跨下挠严重，加剧降低了桥梁使用过程行车舒适性。考虑老桥使用时间较长，桥梁的收缩徐变以及基础沉降已基本完成，针对提高桥梁结构整体刚度，减小主梁挠度方面着手进行全面有效的处治。

3.1 挂梁更换

原结构挂梁与主梁之间伸缩缝破损严重，主梁之间存在错位，车辆驶过存在较大冲击，且挂梁牛腿处存在严重裂缝病害，从结构安全性与长期性角度考虑，应对其进行改造。挂梁改造采用将其更换为钢箱梁的方案，一方面，采用钢箱梁方案可节省现场施工时间，减小桥梁施工对现有交通的影响；另外一方面，将原来跨中5m 挂孔混凝土箱梁拆除，更换为钢箱梁，可有效减小结构自重，这对结构受力是有利的。

将原结构混凝土挂梁更换为钢结构箱梁，相当于减小T 构主梁悬臂恒载，可使T 构悬臂段的挠度以及T 构主梁悬臂根部的负弯矩均有效减少，对桥梁结构受力是有一定改善。通过理论计算分析，挂梁更换为钢箱梁前后在恒载作用下结构的受力变化见表1。

表1 挂梁更换为钢箱梁前后恒载作用下结构受力变化

3.2 结构体系改造

考虑结构的收缩徐变以及基础沉降已基本完成，不计收缩徐变以及基础沉降对结构影响，对结构体系进行改变，增加桥梁结构的整体刚度，具体做法为将原结构混凝土挂梁更换为钢箱梁后，采用特定的方式将钢箱梁与T 构悬臂端固结保持钢混结合部位的变形协调以实现将原T 构改造为连续刚构的结构形式，从而有效提高结构整体刚度。结构改造示意图如图3 所示。

图3 结构改造示意图

钢箱梁与混凝土箱梁的连续采用高强锚固螺栓连接以实现钢混结合部位的变形协调，在钢箱梁与混凝土连接端部设置隔仓作为钢混过渡段，另外在钢混结合部位设置竖向、顺桥向锚栓以实现钢箱梁与混凝土箱梁固结，钢混连接段示意图如图4 所示。

图4 钢混结合部位连接示意图

结构体系改变后，原T 构静定体系改造为超静定体系，结构的竖向基频明显增大，由原来的1.8Hz增大为3.4Hz，结构体系改变提高了结构整体刚度以及改善结构动力性能。在活载作用下结构墩顶负弯矩及原T 构悬臂端最大挠度均得到较大幅度的改善，通过理论计算分析，结构体系改变前后在活载作用下结构的受力变化见表2。

表2 结构体系改变前后活载作用下结构受力变化

3.3 跨中抗弯加固措施

对于原结构形式，T 构悬臂端在恒载以及后期活载作用下始终承受负弯矩作用，截面下缘未设置预应力钢束，然而将原T 型刚构改造为连续刚构形式后，在后期活载以及部分恒载作用下，跨中段将产生正弯矩作用，跨中段截面下缘将可能产生拉应力，对于结构受力较为不利，因此，有必要考虑最不利荷载工况组合下对结构可能产生拉应力的区域进行分析以采取有效的加固补强措施。通过理论计算分析，在恒载、活载以及温度变化作用下，中、边跨原T 构悬臂端部附近截面下缘将产生拉应力，最大拉应力位置位于原T 构悬臂端部，中跨跨中产生拉应力区域长度为21.0m（含钢箱梁在内），边跨产生拉应力区域长度为11.0m（含钢箱梁在内）。

因此，在中跨以及边跨对应截面下缘产生拉应力区域箱梁底板内外侧粘贴钢板加固以承担该区域内拉应力作用。混凝土箱梁底板粘贴钢板加固示意图如图5 所示。

图5 混凝土箱梁底板粘贴钢板加固示意图

4 结论

就某带挂梁T 型刚构桥改造为连续刚构体系加固方法进行了理论分析，探讨了由改变结构体系T 型刚构桥加固方法带来结构性能变化，主要得出如下结论：

（1）将原T 刚构改造为连续刚构后，在恒载作用下，结构的内力状态及位移均比改造之前有所减小，由于该桥挂梁长度短，替换为钢箱梁后，能够减轻自重，但对结构恒载作用下的内力状态及位移改善不明显。

（2）将原T 刚构改造为连续刚构后，在活载作用下，结构的内力状态及位移均比改造之前得到较大程度减小，这说明，改变结构体系后，结构整体刚度得到较大提升，也就是说，在同样荷载等级下，改变结构体系后结构的变形和内力比改造之前要小得多。

（3）由于原T 构箱梁截面底板未配置预应力钢束，改变结构体系之后，在最不利荷载组合作用下，原T 构悬臂端附近截面下缘可能产生拉应力，需在箱梁截面下缘产生拉应力区域底板内外侧粘贴钢板以抵抗此范围内的拉应力作用。

（4）将原T 刚构改造为连续刚构后，结构动力特性也得到了较大的改善。同时，结构连续，消除了桥面多处伸缩缝，桥面行车舒适性也得到了较大的提升。

综上所述，采用将T 型刚构桥改造为连续刚构桥的加固方法能够达到改善结构受力特性，增大桥梁结构整体刚度，减小跨中下挠，提高结构的整体承载性能的加固效果；同时，实现结构连续，可以改善牛腿受力状态，增强桥面行车舒适性。该方法所采取的措施是合理可行的，取得的效果是明显的，该维修加固对策可供同类工程借鉴。