減小梁高同時不增加自重的換梁方法

周宏達(dá)

（唐山市交通運(yùn)輸局，河北 唐山063000）

在對既有橋梁進(jìn)行換梁維修時，由于使用功能要求的提高，往往要增加橋梁上部結(jié)構(gòu)的自重，這樣在不知道舊橋下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的情況下，橋梁的安全性就無法準(zhǔn)確把握。

八里臺立交橋始建于1985 年，位于中環(huán)線與衛(wèi)津路交口處，是天津市中環(huán)線上重要的交通樞紐之一。該橋分為東西向主橋和南北向主橋，另有4 座匝道相接。八里臺立交橋東西方向全長847.62m，南北長495.984m，車行道全寬17m。設(shè)計荷載為汽-20 級，掛車-100。該橋第3 層跨衛(wèi)津路段普通鋼筋混凝土T 梁曾多次遭超高車輛刮蹭，導(dǎo)致多片T梁受損嚴(yán)重。經(jīng)檢測，該橋的整體技術(shù)狀況評定為D級，這意味著承載能力降低了25%以上，需要對橋梁進(jìn)行大修[1]。

由于該橋第3層跨衛(wèi)津路段主梁損壞嚴(yán)重，要達(dá)到4.5m 的橋下凈高標(biāo)準(zhǔn)（維修以前為4m），需要對該段主梁進(jìn)行更換，以滿足安全運(yùn)營及橋下凈高的要求。經(jīng)過天津市市政府決定，采用更換預(yù)應(yīng)力T梁方案。

要更換的T梁段主梁的跨徑為20m，為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，梁高為130cm，邊梁腹板厚20cm，外側(cè)翼緣板端部厚8cm，根部厚18cm，內(nèi)側(cè)翼緣板端部厚6cm，根部厚8cm；中梁腹板厚20cm，翼緣板端部厚6cm，根部厚8cm，該段橫橋向共有10 片梁，每2 片梁之間用干接頭相連，具體尺寸如圖1所示。

1 技術(shù)難題

1.1 將換梁段的橋下凈高由4m提升至4.5m

鑒于該處第3層跨衛(wèi)津路段多次發(fā)生撞擊主梁的事故，提高橋下凈高、避免主梁受到超高車輛的撞擊是非常必要的。維修前該段橋梁的橋下凈高為4.43m，要將橋下凈高提高到4.5m，就要將梁高減少10cm 左右，這樣的話再達(dá)到原來主梁的強(qiáng)度及剛度就比較困難[2]。

圖1 原有主梁斷面圖（單位：cm）

1.2 不增加上部結(jié)構(gòu)的自重

該橋在設(shè)計時蓋梁的安全儲備不大，這就要求在進(jìn)行更換T 梁的設(shè)計時不增加上部結(jié)構(gòu)的自重，以免由于蓋梁的安全儲備不足而發(fā)生破壞[3]。更換后主梁的高度要減少10cm 左右，用普通鋼筋混凝土T梁不能滿足設(shè)計要求，必須采用預(yù)應(yīng)力T梁[4]，但原T 梁腹板的尺寸不滿足預(yù)應(yīng)力鋼束錨固端的局部承壓要求，因此需要對預(yù)應(yīng)力T梁的尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使預(yù)應(yīng)力T梁的強(qiáng)度及剛度滿足要求。

2 方案比選

2.1 方案一

方案一：梁高減小到120cm，中間部分腹板厚及翼緣板保持原有主梁的尺寸，對主梁的兩端進(jìn)行加厚以滿足預(yù)應(yīng)力鋼束的錨固要求，維修跨上部由10片主梁組成。

方案一中主梁的片數(shù)不變，仍為10片，經(jīng)過對T梁尺寸的優(yōu)化，最后確定的主梁的尺寸如圖2所示。

圖2 方案一主梁尺寸（單位：cm）

原有主梁的梁高為130cm，方案一中主梁的尺寸變?yōu)?20cm，梁高減少了10cm，凈空滿足要求。經(jīng)過計算，強(qiáng)度和剛度也滿足要求。雖然方案一在主梁的兩端進(jìn)行了加寬，但是由此增加的重量與減少的10cm 的梁高部分的混凝土相抵消，相比原有主梁，上部結(jié)構(gòu)的自重沒有增加。

2.2 方案二

方案二：為了滿足預(yù)應(yīng)力鋼束的布置要求，對主梁的下部進(jìn)行加寬，做成馬蹄的形狀，為了減少上部結(jié)構(gòu)的自重，將翼緣板進(jìn)行加寬，減少上部結(jié)構(gòu)主梁的數(shù)量。

方案二中主梁為8片。這樣雖然每一片梁的重量增加了，但是總重量基本上沒有變化，同時強(qiáng)度和剛度也能滿足要求。

經(jīng)過對主梁尺寸的優(yōu)化，確定的主梁的尺寸如圖3所示。

圖3 方案二主梁尺寸（單位：cm）

2.3 方案比選

方案一和方案二都能滿足不增加橋梁上部結(jié)構(gòu)自重和提升橋梁凈高的要求。但是方案二每片主梁的懸臂較大，懸臂端受到車輛沖擊荷載的作用，比較容易產(chǎn)生裂縫。另外，方案二要對蓋梁上的抗震擋塊進(jìn)行較大的改動，工程量較大，工期受到限制。綜合各個方面的因素，選取方案一對八里臺立交橋進(jìn)行改造。

3 方案一設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

方案一的設(shè)計原則如下：

（1）維持原橋梁設(shè)計荷載等級；

（2）確保橋梁結(jié)構(gòu)安全、可靠；

（3）提高橋梁的耐久性，延長橋梁使用壽命；

（4）改善橋梁使用功能；

（5）保持橋面原有高程，滿足凈空大于4.5m的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼束配置

橋梁原有主梁為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在梁高要減少10cm，方案一中主梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以提高主梁的強(qiáng)度和剛度[5]。經(jīng)過計算，需要在主梁底部設(shè)4 束鋼絞線，4 束鋼絞線從上到下布置成1 列，邊梁鋼束均為6ΦS15.2；中跨上面兩束為4ΦS15.2，下面兩束為5ΦS15.2。

3.3 建立模型

采用Midas軟件建立全橋模型，如圖4所示。

圖4 Midas全橋模型

3.4 計算結(jié)果

經(jīng)過計算，改造后的八里臺立交橋主梁最大壓應(yīng)力為14.4MPa，最大拉應(yīng)力為1.5MPa，最大位移為2.8cm，滿足規(guī)范要求。經(jīng)過維修后，八里臺立交橋運(yùn)營良好，這也證明了該方案的可靠性。

4 結(jié)論

在對既有橋梁進(jìn)行提升凈高的改造時，有兩種方法：第一種是保持原有主梁的片數(shù)，僅僅減小梁高，盡量不改變原有主梁的尺寸；第二種是增大主梁截面，為了不增加橋梁上部結(jié)構(gòu)的自重，減少主梁的片數(shù)。以上兩種方法都能達(dá)到提升橋梁凈高的同時不增加橋梁上部自重的目的，但是對既有橋梁的改造要充分考慮到橋梁現(xiàn)有條件的約束，因此在選取方案時應(yīng)盡可能選取對橋梁現(xiàn)有狀況影響較小的第一種方案。在第一種方案不適用的情況下，第二種方案作為建議方案。

[1] 葉吉軍.橋梁加固技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

[2] 唐永利. 淺談舊橋結(jié)構(gòu)檢算與加固設(shè)計[J]. 民營科技，2013（3）：323-324.

[3] 賈歷波.中小跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土整體箱梁橋主動加固方法分析[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[4] 王世君.公路舊橋加固的方法與養(yǎng)護(hù)[J].黑龍江交通科技，2012（7）：114-115.

[5] 李玲軍. 公路工程橋梁加固技術(shù)研究[J]. 交通世界，2012（1）：148-149.