塔索体系加固带挂梁T型刚构桥的受力特性

张智晖

摘要：针对传统的带挂梁T型刚构桥，提出塔索体系的加固设计要点和措施。研究结果表明：采用塔索体系加固方法，桥梁的跨中弯矩及悬臂梁梁端挠度大为减小，承载能力明显提高，动力响应性能有效改善。该方法是一种针对早期修建带挂梁T型刚构桥的有效加固方法，具有一定的理论意义和工程实用价值。

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.

关键词：塔索体系;带挂梁T型刚构桥;受力特性;加固设计;承载能力

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

中图分类号：U448                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）28-0218-02

0  引言

20世纪70年代末至90年代初，我国修建的大跨径梁式桥中，带挂梁的预应力混凝土T型刚构桥是主要桥型之一[1]。近年来，国内已建成的带挂梁预应力混凝土T型刚构桥普遍出现不同程度的悬臂梁梁端下挠过大、梁体局部裂缝、桥面开裂等问题[2-4]。目前，国内针对梁式桥采用的加固方法主要有粘贴碳纤维布加固法、体外预应力加固法[5-7]及改变结构体系加固法[8-11]等。本文以某四跨带挂梁的T型刚构桥为工程依托，提出塔索体系加固法。

1  工程背景

某四跨带挂梁的T型刚构桥，孔径组合为60m+2×90m+60m，共300m。设计荷载为汽车-20级，挂车-100级。加固前悬臂梁梁端下挠明显，箱梁顶板出现多处纵向受力裂缝，在车辆荷载作用下桥梁振幅较大。加固前主桥总体布置如图1所示。

2  加固措施

采用塔索体系加固法，分别在原桥承台上的中跨桥墩两侧加设桥塔，两侧分别对称增设斜拉索，在每跨结构中都形成了多个类似小跨径的连续梁形式，改善原有被加固桥梁结构的受力特性。加固后桥跨结构形成了带挂梁的原T构、主塔和斜拉索组合而成的新结构体系，桥上设置双向两车道，桥面布置为0.5m+9.8m+0.5m，共10.8m，设计荷载为公路-Ⅱ级。加固后单T构立面示意如图2所示。

3  空间理论分析

采用空间有限元软件MIDAS/Civil进行计算，加固后計算模型如图3所示。

3.1 静力分析

加固前主墩转动引起的挠度占悬臂梁梁端总挠度位移百分比的27%，主墩墩身刚度较弱。加固后主墩转动引起的挠度占悬臂梁梁端总挠度位移百分比的7%，主墩的弯曲刚度显著增大。加固前后主墩转动引起的挠度占悬臂梁梁端总挠度的比例如表1所示。

选择8#墩T构为试验孔跨，在原荷载作用下，加固前8#T构边跨悬臂梁梁端最大挠度测点校验系数在0.79～0.93之间，接近常规桥梁常值范围。在公路-Ⅱ级荷载作用下，加固后8#T构边跨悬臂梁梁端最大挠度测点校验系数在0.53～0.58之间，远低于常规桥梁常值范围，表明加固后组合结构体系的整体刚度明显增强，如表2所示。

3.2 动力分析

加固前后桥梁测试截面选取一致，均在距8#T构悬臂根部15m及28.7m截面安装若干高灵敏度加速度传感器，加固前桥梁结构竖向自振频率试验实测值与理论计算值接近，加固后桥梁结构前2阶自振频率试验实测值均较理论计算值大，结构整体性好，动刚度变大。不同车速下的冲击系数实测值与计算值对比如表3所示。

4  结论

塔索体系法通过增加拉索，减少了桥跨的跨中弯矩，从而提高结构的整体承载能力，是一种切实有效的加固设计方法。主墩增大截面加固后，由转动引起的梁端挠度占悬臂梁梁端总挠度的比例由27%降低至7%，主墩的弯曲刚度和稳定性显著加强。桥梁结构前2阶的自振频率实测值较理论值大，实测冲击系数较理论冲击系数小，说明在动态激励下，结构整体性好，动力响应性能得到明显改善。

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