少横隔板装配式预应力混凝土T 梁桥横向加固方案分析

■曾华超

（福建省恒通路桥工程有限公司，南平 353000）

近年来随着国家经济飞速发展，公路道路桥梁交通量亦高速增长，早期建设的大部分公路桥梁设计标准偏低，通行荷载有限，施工质量不良，且养护维护力度偏弱，其技术状况及承载能力已不能适应当前交通运输发展的需要。 对旧桥进行科学有效加固，排除桥梁结构存在的安全隐患，使其发挥原有的使用功能，是我国桥梁建设中的一门重要学问。

在混凝土桥梁的病害调查中，普遍存在混凝土桥梁结构裂缝、混凝土剥落、开裂及结构松动等缺陷，尤其是混凝土T 梁桥，梁与梁之间的横隔板、端横梁等横向联系构件损伤较为严重。 对于装配式T梁桥而言，横向联系构件的作用是将各片主梁连接为一个整体，使其桥面荷载在横向整体能够进行有效传递， 保证桥梁整体具有良好的刚度及受力性能[1]。 如果横向联系构件设置较少或损失严重，会导致桥梁整体性能下降，各片主梁间受力模式丧失良好的协调作用，易造成主梁单梁受力，使得主梁和桥面产生裂缝。 基于此，本文以某少横隔板装配式预应力T 梁桥梁实际加固工程为例，对T 梁桥横隔板病害及加固技术进行分析和探讨。

1 桥梁概况

某装配式预应力混凝T 梁桥，上部结构跨径布置为4×30 m，结构形式为结构简支桥面连续，横向布置6 片T 梁，每跨仅在两端头设置有端隔板。 桥梁总长128 m， 在桥面0# 台、4# 台处设置伸缩缝；下部结构桥墩采用柱式桥墩配钻孔灌注桩基础，桥台采用U 型桥台扩大基础。 原设计荷载：汽车-20，挂车-100 级；公路等级为二级公路标准，设计速度60 km/h；桥面总宽度12.5 m，宽度组成：0.25 m（护栏）+1.5 m（人行道）+9.0 m（行车道）+1.5 m（人行道）+0.25 m （护栏）。 预制T 形梁中心线处梁高1.8 m，与18 cm 现浇桥面组合后的中心线处梁高是1.9 m，主梁间距2.10 m，翼缘板湿接缝1.2 m。 预制T 梁采用50 号混凝土，现浇湿接缝及横隔板均采用40 号混凝土； 桥面铺装采用40 号混凝土。 该桥于1996 年建成通车。

2019 年10 月，业主组织对该桥进行特殊检测，该桥被评定为3 类桥，主要病害为：主梁端横隔板底缘出现开裂破损，主梁出现了腹板竖向、斜向裂缝和梁底横向裂缝（2 处裂缝为贯通裂缝），梁间现浇湿接缝出现纵向裂缝，桥面铺装层普遍存在龟裂磨损病害。 典型病害见图1～2。

图1 横隔板底部开裂

图2 梁间接缝纵向裂缝

2 主要病害分析

早期由于设计观念的束缚，T 梁桥仅在每跨两端设置有横隔板，导致桥梁上部结构横向联系先天薄弱，上部结构的整体受力性能削弱，活载横向传力将主要通过梁间现浇桥面板和端部隔板传递，横向应力集中在端部横隔板及梁间现浇桥面板上，导致横隔板出现开裂破损等病害，梁间现浇桥面板纵向开裂[2]。 同时在局部车辆荷载作用下，位于铰缝处的混凝土也将承受很大的正弯矩，导致出现沿铰缝方向的纵向裂缝。

本次维修加固将重点围绕提升上部结构整体刚度为基准，通过考虑增加横隔板数量，并加强桥面铺装层（重做铺装，较大配筋）以增加桥梁的整体刚度，保证梁片和各隔板受力均匀。

3 维修加固方案

考虑到本桥上部结构T 梁间只有端部设有横隔板，横向联系薄弱，整桥横向刚度不足、整体稳定性差，横向应力集中在端部横隔板及湿接缝上，导致横隔板出现开裂破损、 湿接缝纵向裂缝等病害，对本桥的横向刚度提升加固提出了2 种方案[3]：（1）新增钢结构横隔板；（2）新增混凝土结构横隔板。综合对比分析，考虑到新增混凝土结构横隔板方案对梁肋植筋较多，对梁体破坏较大，且恒载增加较多，混凝土浇筑困难，施工难度大，施工质量较难保证等要素，最终采用新增钢结构横隔板方案。

本方案主要思路如下：每跨中间纵桥向均布增设3 道钢结构横隔板；横桥向，通过在T 梁肋上缘、下缘设置钢结构连接件，钢结构横隔板与连接件栓接，连接件由螺栓穿过梁肋后与钢板锁定组成。 加固方案所用钢构件及螺栓均采用热浸镀锌防腐处理。 全桥粘贴的钢板采用Q355B，厚度为16 mm，其质量应符合现行国家标准GB/T 1591-2018《底合金高强度结构钢》的规定。 粘贴钢板材料采用专用粘钢胶，厂家须提供原料的抗剪报告，现场检测7 d 抗剪强度≥18 MPa。 粘贴钢板所用锚固螺栓均采用M16（8.8S）高强螺栓，扭紧力矩取230 N·m。所有钢板焊接焊缝应进行超声波无损检测，焊缝质量要求达到二级以上。

主要加固施工步骤如下：（1）基面处理；（2）混凝土上打孔植筋（螺栓），包括钻孔、清孔、注胶、植入钢筋（螺栓）、养护等；（3）粘贴钢板，包括钢板粘贴面处理、配胶、粘贴、固定与加压、固化等。 方案布置如图3、图4 所示。

图3 新增横隔板连接件纵向布置图

图4 新增钢结构横隔板横向布置图

4 加固前、后计算分析对比

为分析对比加固前、后桥梁受力及变形状况，建立增设钢结构中横隔板加固前、后桥梁实体模型[4]，见图5～6； 模型加载中取同样的边界条件和加载等级（2 台30 t，3 轴车，居中加载），计算增设钢结构中横隔板加固前、后梁体应力分布变化、主梁变形等情况。

图5 原设计加载模型

图6 加固后加载模型

对比采用增设钢结构横隔板加固前、后桥面板应力云图，在车辆荷载作用下，T 梁间现浇桥面板处应力由加固前的1.188 MPa 下降到1.118 MPa，降幅为6%，同时可发现采用增设钢结构横隔板加固后桥面板的应力较加固前分布更均匀，如图7～8 所示。

图7 加固前桥面板应力云图

图8 加固后桥面板应力云图

对比采用增设钢结构横隔板加固前、后端隔板应力云图，在车辆荷载作用下，加固前相邻端隔板应力分别为1.150 MPa、1.374 MPa； 新增钢结构中隔板加固后相邻端隔板应力分别为1.229 MPa、1.223 MPa， 采用增设钢结构中隔板加固后的端隔板应力较加固前分布更均匀，如图9、图10 所示。

对比采用增设钢结构横隔板加固前、 后T 梁面外变形云图，在车辆荷载作用下，T 梁最大面外变形加固后较加固前降幅为14%，说明新增钢结构中隔板后，桥跨横向整体稳定性有较大提高，如图11～12所示。

图11 加固前T 梁面外变形云图

图12 加固后T 梁面外变形云图

在车辆荷载作用下，新增型钢横隔板最大应力为6.531 MPa（底部水平杆），较Q355 型钢的设计抗拉强度（285 MPa）小，如图13 所示。

图13 型钢结构横隔板应力云图

通过上述对比采用增设钢结构横隔板加固前、后有限元模型计算结果可知，采用跨中新增3 道钢横隔板加固方案能明显改善桥跨横桥向受力。

5 结语

早期建设的公路T 梁桥， 有一部分为少横隔板，横向联系偏弱，本文以某少横隔板装配式预应力T 梁桥梁实际加固工程为例，采用新增设钢结构横隔板的加固方案，以改善混凝土T 梁桥跨横向整体受力性能，通过对比加固前、后有限元实体模型的计算结果表明，使用该方法加固后的桥跨各梁片间协调受力改善明显，横向整体性改善较好，也充分体现该加固方案施工便捷、快速等优点，可为同类桥型的加固项目提供一定参考。