T梁桥常见病害问题及加固方法综述

刘美汐 西北民族大学土木工程学院

1 前言

由于我国山川河谷众多，复杂的地形地貌使得桥梁建设成为现代土木工程的主要发展趋势。当前，我国基础设施建设正逐渐由“大规模建设”向“建设与管养并重”过渡，桥梁作为国家基础设施的重要部分与公路系统的枢纽，其管养与维护在城市可持续性发展中起着重要的作用，具有最优成本效益的运营与维修策略更是提升社会经济活动的核心要素。随着我国桥梁建设的高速发展，简支T 梁桥以其构造简单、施工方便、结构受力明确等优点成为我国目前使用最多的简支梁桥[1,2]，对改善我国公路交通起到了重要作用。但随着时间的积累发现因其存在的病害造成的工程事故尤为严重。由此可见，对T桥梁的常见病害进行原因分析和给出加固方法是非常必要的。因此需要对存在病害的桥梁进行维修和加固，以此来保证它的使用性和安全性[3]。

2 T梁桥常见病害及原因

根据其常见病害情况发生的位置可分为T 梁、腹板、横隔梁、支座，其具体病害及成因如下[4]。

（1）梁端斜向开裂、翼板纵向开裂，都可能是在设计中存在缺陷或者在后期养护、对超限车辆管理不当中导致腹板承受了过大的剪力。而靠近支座处的梁端抗剪能力不足，最终出现梁端斜向开裂的情况[5]。

（2）梁端劣化，多发生于桥台侧，原因是伸缩缝年久失修，导致雨水等侵入伸缩缝，水流对混凝土的腐蚀造成的或因施工缺陷造成的。

（3）连接的钢板脱焊、断裂和横隔梁的开裂，一种原因是施工中操作不当导致横隔梁安装不到位导致位置存在偏差，加上梁横向联系较弱，横隔梁易形成开裂。另一种原因是后期管理养护不当造成的。

（4）支座脱空，多发生在结构为先简支后连续的桥梁中，因为桥梁纵坡较大，而T梁自己未设置钢板加以调剂来使支座均衡受力，或施工中相邻的支座安置粗拙，无法使它们一起受力，因而支座便发生脱空现象。由此可见支座脱空是由于施工不当引起的桥梁病害是可以合理避免的。

（5）连续梁端支座上常见支座剪切变形过大等病害，因为对桥梁后期的管养不当，梁端支座处产生较大的剪切变形和冲击荷载的影响，极易导致梁支座处出现混凝土鼓包和开裂。

（6）部分T型梁存在梁端顶死而导致的混凝土压裂和剥落的情况，可能是梁预制时长度超出设计长度或安装错位。

（7）T 梁桥面纵向开裂，很多是横隔板拼接处下翼缘板钢板焊接出现了脱焊，导致了梁不能完全成为一个整体，横向各部位活动性大产生错动裂缝。

3 T梁桥病害的加固方法

现如今桥梁结构的管理、养护和加固已经逐渐成为结构工程关注的一个焦点。T梁桥大多使用装配式拼装结构，经过各个预制部件的拼接形成结构整体，因此T梁桥常采用的加固方法如下所示。

（1）粘贴加固法。此方法主要解决桥梁的受拉问题，提高结构整体性，从而使桥梁的承载力和耐久性增强。粘贴钢板法对老石拱桥进行加固的计算过程和施工工艺，说明了粘贴钢板法在加固中的适用性和有效性[6]。

图1 粘贴加固法

此加固法可以应用于结构不同部位的加固修复，通过实际工程纤维材料加固施工案例，采用碳纤维布加固法施工简便、快捷，加固效果好[7]。这种加固方法所具有的特点有是对原有结构不会完成损伤；施工质量容易控制；经济高效且工期短；存在的问题是倘若粘结剂存在问题，此法将失效。

（2）预应力碳纤维布加固法。碳纤维材料的强度高，弹性模量高，密度低，线膨胀系数小。可以在极大地提高构件的延性和承载力的同时，几乎不增加自重。通常在T梁腹板的底部和双侧粘贴碳纤维布，对碳纤维布进行张拉施加预应力，可以充分发挥材料的高强特性，改善结构使用阶段的受力性能，解决碳纤维布加固应力迟滞的问题[8]。李世宏等[9]对预应力碳纤维布加固的混凝土梁，普通方法粘贴碳纤维布加固的梁及未加固梁进行对比试验并分析。试验表明，用预应力碳纤维布加固梁，充分利用了碳纤维布强度，改善了梁的结构性能，加固效果显著提高。万秋实等[10]采用预应力CFRP 加固混凝土梁能够减小挠度，增强刚度，提高屈服荷载。研究表明，使用预应力碳纤维布加固混凝土梁能够有效提高工作性能，施加预应力越大，效果越明显。

图2 预应力碳纤维布加固法

（3）增大截面加固法。常在T梁的马蹄位置增大截面，并在增大的马蹄位置植入纵向钢筋[11]。例如，紫坭大桥引桥病害较严重，T梁裂缝较多。为达到修旧如新的目的，姜海波等[12]对紫坭大桥引桥3 种加固方案进行比选，对加固T梁的抗弯，抗剪承载力进行了分析计算，结果证明承载力有较大程度的提高。陈正旵[13]细阐述了其方案的工艺流程及施工要点，并对桥墩结构检测、加固方法的选择进行了探讨。结果表明，采用该方法对桥墩进行加固后，提升了桥梁的刚度、稳定性及整体受力性能。

此种方法可以提高构件的强度、刚度和稳定性，且可以有效缩小裂缝宽度。其所适用的桥梁部位有梁桥、墩台、钢架桥和桥基础等。但增大截面加固方法会增大结构的自重，对整个结构产生一定的重力效应。并且应力滞后的存在导致新加部分的承载力折减，降低结构耐久性。因此须在满足某些规定条件下才可使用。

图3 增大截面加固法

（4）体外预应力加固法。通过体外预应力张拉使桥梁成为一个自平衡体系，从而抵消结构在自重和汽车荷载下产生的挠度和应力[14]。目前，随着我国交通事业蓬勃发展，公路路桥出现严重破损，承栽能力下降。现有实践证明，采用体外预应力可大大提高公路路桥的承载能力，具有应用和推广价值，为我国桥梁工程的发展提供了有力的技术支撑，加快了交通运输业的可持续发展，为现代化社会的经济建设做出了贡献[15]。

运用此加固方法的优点有：①在结构处在自重不大或者外荷载对其自重影响不大时，此方法可以对原结构的受力状况进行调整和改善，从而提升其刚度和抗裂性；②经济性，结构自重小，对墩台或者基础传递的荷载就小，其对墩台进行加固所耗资金少；③加固时间不占用通车运营时间，提升社会效益；④对预应力的处理可随意，即可保留其预应力也可将其释放。所以，对于重车通行的临时加固很方便，同时也可以实现对桥梁永久加固以提高其承载能力。体外预应力加固法适用于梁、板、柱和桁架部位的缺陷，提高部位的承载能力。

图4 体外预应力加固法

（5）预应力钢丝-聚合物砂浆加固法。此加固法是体内预应力加固法与MPC 复合材料加固法的完美结合，其工艺流程为在T梁的底部穿加预应力钢束，张拉预应力钢束，梁底浇筑MPC 高韧性聚合物混凝土，养生后同样采用MPC 高韧性聚合物混凝土浇筑锚头[16]。依托方正县中兴桥，使用预应力钢丝－聚合物砂浆加固法对其进行加固，经荷载试验结果表明该加固法可以有效提高T梁桥的抗弯承载能力，显著降低结构挠度[17]。

图5 预应力钢丝－聚合物砂浆加固法

（6）钢-UHPFRC 组合加固法。此加固法是在T梁的马蹄处和腹板位置采用混凝土和钢板加固。王春生等[17]钢-UHP⁃FRC 组合加固足尺混凝土T梁抗弯承载性能试验钢-UUHP⁃FRC 组合加固法利用了超高性能纤维混凝土（UHPFRC），研究表明该混凝土的抗压强度约150MPa～200MPa，抗拉强度约7MPa～11MPa。

（7）钢箱加固法。贾斌[18]以兰州市东岗立交桥引桥为工程背景，分析该桥的主要病害及形成机理，通过该桥钢箱法加固前后的静、动载试验结果的对比分析，对钢箱加固法的加固效果进行评价。实践证明，钢箱加固法不仅能有效提高钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪承载力，增大加固梁的刚度，还能有效改善梁的受力性能，降低加固梁的跨中挠度。该加固法具有良好的加固效果，可以推广应用于类似桥梁的加固工程中。

（8）T转箱加固法。通过改变截面抗弯惯性矩的方式加固T梁桥，对相邻两片T梁增加钢筋混凝土底板形成箱型截面。杨菲以一座设计荷载偏低、病害严重的钢筋混凝土T梁桥的加固改造工程为例，介绍截面转换T转箱加固T梁的基本原理和设计施工方法，结合有限元软件计算分析采用截面转换T转箱加固前后桥梁承载能力、应力及挠度的改善程度，结果表明，经过截面转换加固后，该桥承载能力增强，受力状况及变形得到改善[19]。

（9）T梁桥的体系转化法。通常将简支梁结构转化为连续梁结构，常常用于多跨简支梁抗弯承载能力不足的情况，具体方法为设置中间墩，同时在中间墩置的T梁截面增设预应力钢束，用于抵抗中间墩截面的负弯矩[20]。张基岩全面阐述北三家桥加固维修的各施工环节。选取桥梁的第一、二两孔作为检测对象，分别做了静载试验和动载试验。静载试验应力和挠度校验系数满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）的要求；动荷载试验表明该桥第一、二两孔的固有频率、阻尼比均在正常范围，对此类桥梁采用的加固方法是合理且行之有效的[21]。

3 结语

本文以T梁桥为研究对象，对国内外现有的7种T梁桥病害进行分析并参考大量文献汇总了9 种在桥梁加固中可以使用的加固方法。

在加固前应该明确缺陷产生的原因，然后对针对桥梁不同的病害位置，不同的承载能力，结构类型和应用程序的要求明确具体的加固方法。粘贴加固法可以应用于由于受拉而导致结构不同部位损害的加固修复。碳纤维加固可用于混凝土梁的正截面抗弯和斜截面抗剪加固，以及柱子的抗压承载力不足的加固，增加抗震延性的加固以及地震破坏后的修复补强等。增大截面法其所适用的桥梁部位有梁桥、墩台、钢架桥和桥基础等。预应力钢丝－聚合物砂浆加固法使用于由于受弯、受压及受拉而造成的缺陷。

T梁桥的体系转化法常常用于多跨简支梁抗弯承载能力不足的情况。钢箱加固法作为一种新型加固方法适用于拱式桥梁主要构件发生缺陷的加固。T转箱截面转换加固法更加适用于在我国建造的老旧T梁桥的缺陷中应用。综上所述，希望可以为其他学者后续对T 梁桥的研究提供方便且有依据的理论参考。