一种T形刚构桥加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是一种T形刚构桥加固结构及其施工方法。

背景技术

T形刚构桥是刚构桥的一种类型，许多T形刚构桥在投入使用后，由于T形刚构桥增设附属设施(花槽、市政管线、加铺桥面沥青层等)，使T构主梁因抗弯能力不足而经常出现一些典形病害，其主要表现为：(1)在挂梁恒载及汽车荷载的作用下，随着T构主梁收缩徐变的发展，出现T构主梁的梁端下挠过大；(2)主墩位置处T构主梁的顶部常出现因抗弯承载能力不足而产生裂缝。

针对T构主梁的这种典型病害，CN202148495U专利文献公开了一种体外预应力加固T型刚构桥牛腿锚固结构，通过体外预应力加固T型刚构桥，在箱梁内设置横隔墙。其缺点是，体外预应力必须在整个T构主梁上布置，体外预应力用量过大；在箱梁内设置的横隔墙，仅起到支承体外预应力或供体外预应力转向的作用。

CN107100095A专利文献公开了一种采用增设主塔及斜拉索，通过斜拉索承担部分荷载，达到提高T构主梁抗弯承载力的加固方法。该加固方法需要增设主塔及斜拉索，工程量大、造价高；且斜拉索施工技术要求高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种经济、施工快捷、可大幅降低T形刚构桥主墩位置处T构主梁弯矩的T形刚构桥加固结构及其施工方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种T形刚构桥加固结构，在T构主梁的下部的倒角a与顶板之间分别设有斜隔板；斜隔板顶部与顶板交接处的内侧有倒角c，外侧有倒角b；斜隔板倒角c与中隔板顶部之间的顶板底面上有间隔分布的一组纵梁；在中隔板、纵梁和斜隔板顶部中有贯通的孔道，预应力钢筋穿过该孔道、两端分别锚固于所述倒角b上。

所述斜隔板与水平夹角θ＝45°。

所述斜隔板的厚度b为50cm≤b≤100cm。

所述倒角c采用二次倒角形式。

所述纵梁的高度为60cm～100cm，按相互间距为200cm～500cm布置。

上述加固结构的施工方法，包括以下步骤：

首先对T形刚构桥采用上述加固结构进行可行性分析：

通过桥梁专业有限元软件或手算计算得到T形刚构桥增设附属设施(花槽、市政管线、加铺桥面沥青层等)在主墩位置处T构主梁增加的恒载弯矩M

然后按以下公式计算T形刚构桥增设上述加固结构后T构主梁在主墩位置处弯矩的减少值：

M

式中：

a：斜隔板中心线底端与主墩中心线的水平距离(m)；

h：主墩位置处T构主梁的梁高(m)；

R：取中挂梁、边挂梁恒载在T构主梁上反力的大值(kN)；

n：车道数；

η：车道折减系数，可通过规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》查询；

L：T构主梁的悬臂长(m)；

如果M

确定采用上述加固结构后，按以下步骤进行施工：

步骤1、对T形刚构桥的T构主梁位于主墩位置处进行加固前预处理：

在中隔板顶部钻孔；对倒角a的表面和顶板与斜隔板顶部交汇处的底面分别进行凿毛处理，并在凿毛位置处植筋；

步骤2、将中挂梁及边挂梁吊起，拆除T构主梁与中挂梁及边挂梁间的伸缩缝，对T形刚构桥的主墩位置处T构主梁的弯矩进行部分卸载；

步骤3、在中隔板顶部的每一个钻孔中穿塑料波纹管，将塑料波纹管伸出钻孔的部分置于顶板的下方；绑扎斜隔板、倒角b、倒角c和纵梁的钢筋，绑扎时将塑料波纹管水平置入斜隔板、倒角b、倒角c和纵梁的钢筋中，形成孔道，然后浇筑混凝土；将预应力钢筋穿过塑料波纹管后张拉锚固于倒角b上，形成T构主梁加固结构；

步骤4、下放中挂梁及边挂梁，恢复T构主梁与中挂梁及边挂梁间的伸缩缝，施工结束。

所述步骤2中将中挂梁及边挂梁吊起，可分别采用热气球起吊方式。

本发明通过在T构主梁内设置斜隔板，可减小T构主梁的悬臂长度，进而减小T构主梁的弯矩，其弯矩减小的原理结合图4(a)、图4(b)和图4(c)进行说明：①如图4(a)所示，当T构主梁的悬臂长为L时，悬臂端作用力F在T构主梁产生最大弯矩为F×L，最大弯矩发生在T构主梁的主墩位置处；②如图4(b)所示，当T构主梁增设斜隔板后，悬臂端作用力F在T构主梁产生的最大弯矩为F×L1，最大弯矩发生在T构主梁的斜隔板位置处；③如图4(b)所示，通过增设斜隔板，可将T构主梁的最大弯矩减小量为ΔM＝F×(L-L1)。

根据力学原理，T形刚构桥增加本发明加固结构后T构主梁在主墩位置处弯矩的减少值M

M

计算公式中，R×(a+h)为减小的中挂梁、边挂梁的恒载对T构主梁的弯矩；η×n×10.5×(L–a–h)

本发明的有益效果：

1.本发明通过在T构主梁内设置斜隔板，可减小T构主梁的悬臂长度，进而减小T构主梁的弯矩。T构主梁的弯矩的减小可有效提高T构主梁的安全性，有效防止T构主梁的梁端下挠大和主墩位置处T构主梁的顶部常常出现因抗弯承载能力不足而产生裂缝等病害。

2.通过斜隔板、顶板形成一个稳定、可靠的三角T形刚构桥加固结构；同时，斜隔板顶部设置倒角，尤其是倒角c采用二次倒角形式，可有效防止斜隔板与顶板交汇处局部产生应力集中；通过设置纵梁及预应力钢筋增强斜隔板间顶板的刚度和压应力储备，可有效防止在斜隔板顶部受到汽车荷载作用时顶板抗拉强度不足。

3.将中挂梁和边挂梁分别起吊，可对中挂梁和边挂梁的恒载在主墩位置处的T构主梁产生的弯矩进行卸载，使构筑的T形刚构桥加固结构能对中挂梁和边挂梁的恒载在主墩位置处T构主梁产生的荷载卸载。

4.采用热气球起吊中挂梁和边挂梁，施工简便，可就地快速将中挂梁和边挂梁吊起至中挂梁和边挂梁的上方，完成对中挂梁和边挂梁的恒载在主墩位置处的T构主梁产生的荷载卸载。T形刚构桥加固结构施工完成后，中挂梁和边挂梁复位简单，直接将中挂梁和边挂梁放下即可。如采用传统的吊机起吊，需安装吊机、竖向起吊中挂梁和边挂梁、横向平移、将中挂梁和边挂梁下放至地面或水面的驳船上等施工操作，实现卸载；待T形刚构桥加固结构施工完成后，需再起吊、横向移动、下放才能将中挂梁和边挂梁复位，施工工序繁琐、施工周期长。

附图说明

图1为T形刚构桥的立面图；

图2为T形刚构桥主墩位置处T形刚构桥加固结构的立面图；

图3为图2的A-A断面图；

图4(a)、图4(b)和图4(c)为T形刚构桥加固结构减小弯矩的原理示意图。

图中：1-T形刚构桥，2-T构主梁，3-主墩，4-中挂梁，5-边挂梁，6-斜隔板，7-中隔板，8-底板，9-倒角a，10-顶板，11-倒角b，12-倒角c，13-纵梁，14-孔道，15-预应力钢筋，16-热气球。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施加以说明。

结合图1，本实施例T形刚构桥1，桥跨组合为(100+160+100)m。T构主梁2的悬臂长L＝60m；主墩3位置处T构主梁2的梁高h＝10m；中挂梁4、边挂梁5恒载在T构主梁2上反力的大值R＝6250kN；车道数n＝3，查规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)得车道折减系数η＝0.78。

该T形刚构桥增设有花槽和市政管线附属设施，为避免T构主梁的抗弯能力不足导致T形刚构桥投入使用后发生T构主梁梁端下挠过大和主墩位置处T构主梁顶部产生裂缝，拟采用本发明加固结构进行加固。

通过桥梁专业有限元软件计算，可得到该T形刚构桥增设的花槽及市政管线在主墩位置处T构主梁增加的恒载弯矩M

如采用本发明T形刚构桥加固结构，T构主梁2在主墩3位置处的弯矩减少值

M

＝6250×(1.0+10.0)+0.78×3×[10.5×(60–1.0–10.0)

＝138377kNm

满足M

结合图1、图2和图3，该T形刚构桥的加固结构设计为：在T构主梁下部的倒角a9与顶板10之间分别设斜隔板6，斜隔板6中心线底端与主墩3中心线的水平距离a＝1.0m；斜隔板6与水平夹角θ＝45°，斜隔板6的厚度b为70cm。斜隔板6顶部与顶板10交接处的内侧有倒角c12，外侧有倒角b11，倒角c12采用二次倒角形式。斜隔板6倒角c与中隔板7顶部之间的顶板底面设五个相互间距为为350cm的纵梁13，每个纵梁的高度为80cm。在中隔板7、纵梁13和斜隔板6顶部中开设贯通的孔道14，孔道中穿塑料波纹管(未图示)，将预应力钢筋15穿过塑料波纹管、两端分别锚固于倒角b11上。

该T形刚构桥加固结构的施工方法按以下步骤进行：

步骤1、对T形刚构桥的T构主梁位于主墩位置处进行加固前预处理：

在中隔板顶部对应设计的纵梁钻孔；对倒角a的表面和顶板与斜隔板顶部交接处的底面分别进行凿毛处理，并在凿毛位置处植筋；

步骤2、采用热气球16起吊方式(如图1所示)将中挂梁及边挂梁吊起，拆除T构主梁与中挂梁及边挂梁间的伸缩缝，对T形刚构桥的主墩位置处T构主梁的弯矩进行部分卸载；

步骤3、在中隔板顶部形成的五个钻孔中分别穿入塑料波纹管，使塑料波纹管伸出钻孔的部分置于顶板的下方；绑扎斜隔板、倒角b、倒角c、纵梁钢筋，绑扎时将五根塑料波纹管分别水平置入斜隔板、倒角b、倒角c和纵梁的钢筋中，形成孔道，然后浇筑混凝土；将预应力钢筋穿过孔道后张拉锚固于倒角b上，形成T构主梁加固结构；

步骤4、下放中挂梁及边挂梁，恢复T构主梁与中挂梁4及边挂梁5间的伸缩缝，施工结束。