塔索體系加固帶掛梁T型剛構橋的受力特性

張智暉

摘要：針對傳統的帶掛梁T型剛構橋，提出塔索體系的加固設計要點和措施。研究結果表明：采用塔索體系加固方法，橋梁的跨中彎矩及懸臂梁梁端撓度大為減小，承載能力明顯提高，動力響應性能有效改善。該方法是一種針對早期修建帶掛梁T型剛構橋的有效加固方法，具有一定的理論意義和工程實用價值。

Abstract： In view of the traditional T-shape rigid frame bridge with suspended beam， the main points and measures of reinforcement design for strengthening T-shape rigid frame bridge with suspended beam by pylon and cable system is proposed. The results from field testing show that： the mid-span bending moment of reinforced bridge and deflection of cantilever beam are reduced obviously after the reinforcement， and the bearing capacity is greatly improved， the integral rigidity and the dynamical response performance of combinative structure are strengthened availably. It is proved that it is an effective method to reinforce the existing T-shape rigid frame bridge with suspended beam and enhance its bearing capacity. The definite theory significance and practical engineering value can be used in similar bridge engineering.

關鍵詞：塔索體系;帶掛梁T型剛構橋;受力特性;加固設計;承載能力

Key words： pylon and cable system;T-shape rigid frame bridge with suspended beam;mechanical behavior;reinforcement design;bearing capacity

中圖分類號：U448? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）28-0218-02

0? 引言

20世紀70年代末至90年代初，我國修建的大跨徑梁式橋中，帶掛梁的預應力混凝土T型剛構橋是主要橋型之一[1]。近年來，國內已建成的帶掛梁預應力混凝土T型剛構橋普遍出現不同程度的懸臂梁梁端下撓過大、梁體局部裂縫、橋面開裂等問題[2-4]。目前，國內針對梁式橋采用的加固方法主要有粘貼碳纖維布加固法、體外預應力加固法[5-7]及改變結構體系加固法[8-11]等。本文以某四跨帶掛梁的T型剛構橋為工程依托，提出塔索體系加固法。

1? 工程背景

某四跨帶掛梁的T型剛構橋，孔徑組合為60m+2×90m+60m，共300m。設計荷載為汽車-20級，掛車-100級。加固前懸臂梁梁端下撓明顯，箱梁頂板出現多處縱向受力裂縫，在車輛荷載作用下橋梁振幅較大。加固前主橋總體布置如圖1所示。

2? 加固措施

采用塔索體系加固法，分別在原橋承臺上的中跨橋墩兩側加設橋塔，兩側分別對稱增設斜拉索，在每跨結構中都形成了多個類似小跨徑的連續梁形式，改善原有被加固橋梁結構的受力特性。加固后橋跨結構形成了帶掛梁的原T構、主塔和斜拉索組合而成的新結構體系，橋上設置雙向兩車道，橋面布置為0.5m+9.8m+0.5m，共10.8m，設計荷載為公路-Ⅱ級。加固后單T構立面示意如圖2所示。

3? 空間理論分析

采用空間有限元軟件MIDAS/Civil進行計算，加固后計算模型如圖3所示。

3.1 靜力分析

加固前主墩轉動引起的撓度占懸臂梁梁端總撓度位移百分比的27%，主墩墩身剛度較弱。加固后主墩轉動引起的撓度占懸臂梁梁端總撓度位移百分比的7%，主墩的彎曲剛度顯著增大。加固前后主墩轉動引起的撓度占懸臂梁梁端總撓度的比例如表1所示。

選擇8#墩T構為試驗孔跨，在原荷載作用下，加固前8#T構邊跨懸臂梁梁端最大撓度測點校驗系數在0.79～0.93之間，接近常規橋梁常值范圍。在公路-Ⅱ級荷載作用下，加固后8#T構邊跨懸臂梁梁端最大撓度測點校驗系數在0.53～0.58之間，遠低于常規橋梁常值范圍，表明加固后組合結構體系的整體剛度明顯增強，如表2所示。

3.2 動力分析

加固前后橋梁測試截面選取一致，均在距8#T構懸臂根部15m及28.7m截面安裝若干高靈敏度加速度傳感器，加固前橋梁結構豎向自振頻率試驗實測值與理論計算值接近，加固后橋梁結構前2階自振頻率試驗實測值均較理論計算值大，結構整體性好，動剛度變大。不同車速下的沖擊系數實測值與計算值對比如表3所示。

4? 結論

塔索體系法通過增加拉索，減少了橋跨的跨中彎矩，從而提高結構的整體承載能力，是一種切實有效的加固設計方法。主墩增大截面加固后，由轉動引起的梁端撓度占懸臂梁梁端總撓度的比例由27%降低至7%，主墩的彎曲剛度和穩定性顯著加強。橋梁結構前2階的自振頻率實測值較理論值大，實測沖擊系數較理論沖擊系數小，說明在動態激勵下，結構整體性好，動力響應性能得到明顯改善。

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