裝配式小箱梁橋橫向加固效果研究

吳佳佳，秦磊慧

（1.山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032；2.山西交通控股集團有限公司 太原高速公路分公司，山西 太原 030006）

1 概述

裝配式小箱梁橋施工質量好、施工效率高、經濟性好，與橋梁建設標準化、快速化的發展需求相契合，廣泛應用于中等跨徑橋梁[1]。預制主梁架設完畢后，各主梁通過現澆橋面板和橫隔梁，或焊接橫隔板連接鋼板以提高橋梁的整體性。然而，我國早期建設的無橫隔梁、少橫隔梁的裝配式梁橋，由于橫向聯系較弱，濕接縫普遍出現縱橋向裂縫，嚴重影響橋梁服役狀態和運營安全。常用的橋梁橫向加固手段包括：a）加固原有橫隔梁，使其滿足原設計要求；b）新增橫隔梁，包括混凝土橫隔梁、鋼橫梁等；c）加厚濕接縫；d）加厚整體化層。徐樂樂研究了連續箱梁橋采用H型鋼橫向加固，研究表明橋梁加固前后受力狀態基本一致[2]。本文通過實橋試驗研究了裝配式小箱梁橫向加固效果，并討論其適用性。

2 橋梁加固方案

某裝配式預應力混凝土連續小箱梁橋，跨徑組成為6×25 m，橋寬14 m，由4片預制小箱梁構成，箱梁中心距3.5 m，橫橋向通過濕接縫連接，其橫斷面如圖1所示。

圖1 橫斷面圖（單位：cm）

該裝配式小箱梁橋未設置跨中橫隔梁，且其主梁間距遠大于現行標準圖的3.15 m，大噸位超載車輛作用下，各主梁出現明顯的相對位移和扭轉。運營20多年后，主梁出現縱向裂縫、橫向裂縫、豎向裂縫，濕接縫出現縱向裂縫，為提升結構的使用性能和耐久性，對預應力主梁進行體外預應力加固，并通過加厚混凝土橋面鋪裝+增設鋼橫梁提高結構的橫向整體性。

橫向加固具體實施方案為，將原橋面鋪裝更換為12 cm雙鋼混凝土+2 cm超黏磨耗層，并在橋梁跨中增設鋼桁架橫梁，如圖2。

圖2 橫向加固示意圖

3 橫向加固效果研究

3.1 荷載試驗

根據文獻[3]，選擇邊跨和次邊跨內力最大斷面進行加載，即圖3中1號斷面和2號斷面，橋梁加固前后試驗方案保持一致，試驗加載工況如表1所示，車輛橫向布置如圖4所示。試驗中分別測試了邊跨、次邊跨跨中各主梁位移。

圖3 試驗橋測試位置圖（單位：cm）

表1 荷載試驗各加載工況及相應測試項目表

圖4 加載車橫向布置圖（單位：cm）

3.2 撓度分析

車輛荷載作用下，橋梁加固前后的橫向撓度對比如圖5。由圖可知，在不同的加載工況下，加固后各加載工況下主梁跨中撓度明顯減小，且2號梁撓度減小值最大，工況一、工況二和工況三、工況四撓度分別減小8.73 mm、9.35 mm和4.74 mm、4.65 mm，撓度降幅為47.6%、52.5%和35.5%、39.2%；1號梁撓度減小值分別為5.61 mm、5.38 mm和4.39 mm、3.15 mm，撓度降幅為26.8%、39.7%和28.8%、37.0%。可以發現，各工況下中梁撓度降幅明顯大于邊梁。這是因為，橋梁加固后縱向抗彎剛度增大，且由于鋼橫梁的設置，改變了荷載的橫向分布，因此中梁撓度降幅大于邊梁。

圖5 橋梁加固前后主梁撓度對比

圖5中，加固后橋梁跨中撓度橫向曲線較加固前更為平緩，最大位移和最小位移差值更小，表明加固后結構橫向的整體性增強。

3.3 主梁橫向分布系數分析

為進一步分析橋梁橫向加固效果，根據實測撓度值計算邊跨和中跨1號～4號主梁在不同加載工況下的荷載橫向分布系數，計算結果如表2所示。

表2 橋梁加固前后橫向分布系數

由表2可知，在不同加載工況下，近荷端的主梁分配的荷載減小，遠荷端的主梁分配的荷載增大，進一步驗證了各主梁協同受力性能增強，橋梁橫向剛度得到提升。各加載工況下，2號主梁荷載橫向分布系數明顯減小，與偏心加載相比，橋梁結構在對稱荷載作用下各主梁荷載橫向分布系數變化量較大，這是因為中載作用下是2號和3號主梁兩側的鋼橫梁參與荷載橫向傳遞，而偏載作用下，僅1號主梁的單側鋼橫梁參與荷載橫向傳遞，1號梁所分配的荷載稍有增大。綜上，裝配式小箱梁橋在加固前后各主梁荷載橫向分布系數變化量總體偏小，中梁變化值最大僅為0.14（2號梁），邊梁變化值均小于0.1，分析其原因，主要是由于小箱梁自身扭轉剛度較強，荷載作用下箱梁的扭轉剛度可以提高荷載橫向傳遞效率，且鋼橫梁自身抗彎剛度相對較小（其抗彎剛度小于20 cm厚混凝土橫隔板的抗彎剛度），因此增設鋼橫梁對結構橫向受力改善性能不明顯。

4 結論及建議

根據結構加固前后主梁撓度橫向曲線對比，經分析可以得出以下結論及建議：

a）采用體外預應力加固、加厚混凝土橋面鋪裝、增設鋼橫梁聯合加固，可顯著減小主梁跨中位移值，最大位移和最小位移差值更小，提高了主梁豎向抗彎剛度和橫向整體性。

b）近荷端的主梁分配的荷載減小，遠荷端的主梁分配的荷載增大，各主梁協同受力性能增強，橋梁橫向剛度得到提升。對稱荷載下中梁分配的荷載改變最為顯著。

c）由于小箱梁自身扭轉剛度較大，鋼橫梁對結構橫向受力性能改善程度不明顯。因此，裝配式小箱梁橋加固時應以縱向加固為主、橫向加固為輔。建議本文所述橫向加固方案應用于自身抗扭剛度不足裝配式T梁的橫向加固。