塔索體系加固帶掛梁T型剛構(gòu)橋的受力特性

張智暉

摘要：針對傳統(tǒng)的帶掛梁T型剛構(gòu)橋，提出塔索體系的加固設(shè)計要點和措施。研究結(jié)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(yīng)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(gòu)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(guān)鍵詞：塔索體系;帶掛梁T型剛構(gòu)橋;受力特性;加固設(shè)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(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）28-0218-02

0? 引言

20世紀(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋是主要橋型之一[1]。近年來，國內(nèi)已建成的帶掛梁預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋普遍出現(xiàn)不同程度的懸臂梁梁端下?lián)线^大、梁體局部裂縫、橋面開裂等問題[2-4]。目前，國內(nèi)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(yù)應(yīng)力加固法[5-7]及改變結(jié)構(gòu)體系加固法[8-11]等。本文以某四跨帶掛梁的T型剛構(gòu)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(gòu)橋，孔徑組合為60m+2×90m+60m，共300m。設(shè)計荷載為汽車-20級，掛車-100級。加固前懸臂梁梁端下?lián)厦黠@，箱梁頂板出現(xiàn)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(cè)加設(shè)橋塔，兩側(cè)分別對稱增設(shè)斜拉索，在每跨結(jié)構(gòu)中都形成了多個類似小跨徑的連續(xù)梁形式，改善原有被加固橋梁結(jié)構(gòu)的受力特性。加固后橋跨結(jié)構(gòu)形成了帶掛梁的原T構(gòu)、主塔和斜拉索組合而成的新結(jié)構(gòu)體系，橋上設(shè)置雙向兩車道，橋面布置為0.5m+9.8m+0.5m，共10.8m，設(shè)計荷載為公路-Ⅱ級。加固后單T構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)為試驗孔跨，在原荷載作用下，加固前8#T構(gòu)邊跨懸臂梁梁端最大撓度測點校驗系數(shù)在0.79～0.93之間，接近常規(guī)橋梁常值范圍。在公路-Ⅱ級荷載作用下，加固后8#T構(gòu)邊跨懸臂梁梁端最大撓度測點校驗系數(shù)在0.53～0.58之間，遠(yuǎn)低于常規(guī)橋梁常值范圍，表明加固后組合結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)前2階自振頻率試驗實測值均較理論計算值大，結(jié)構(gòu)整體性好，動剛度變大。不同車速下的沖擊系數(shù)實測值與計算值對比如表3所示。

4? 結(jié)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(jié)構(gòu)的整體承載能力，是一種切實有效的加固設(shè)計方法。主墩增大截面加固后，由轉(zhuǎn)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(wěn)定性顯著加強。橋梁結(jié)構(gòu)前2階的自振頻率實測值較理論值大，實測沖擊系數(shù)較理論沖擊系數(shù)小，說明在動態(tài)激勵下，結(jié)構(gòu)整體性好，動力響應(yīng)性能得到明顯改善。

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