劉美汐 西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院

1 前言

由于我國山川河谷眾多，復(fù)雜的地形地貌使得橋梁建設(shè)成為現(xiàn)代土木工程的主要發(fā)展趨勢。當(dāng)前，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正逐漸由“大規(guī)模建設(shè)”向“建設(shè)與管養(yǎng)并重”過渡，橋梁作為國家基礎(chǔ)設(shè)施的重要部分與公路系統(tǒng)的樞紐，其管養(yǎng)與維護在城市可持續(xù)性發(fā)展中起著重要的作用，具有最優(yōu)成本效益的運營與維修策略更是提升社會經(jīng)濟活動的核心要素。隨著我國橋梁建設(shè)的高速發(fā)展，簡支T 梁橋以其構(gòu)造簡單、施工方便、結(jié)構(gòu)受力明確等優(yōu)點成為我國目前使用最多的簡支梁橋[1,2]，對改善我國公路交通起到了重要作用。但隨著時間的積累發(fā)現(xiàn)因其存在的病害造成的工程事故尤為嚴(yán)重。由此可見，對T橋梁的常見病害進行原因分析和給出加固方法是非常必要的。因此需要對存在病害的橋梁進行維修和加固，以此來保證它的使用性和安全性[3]。

2 T梁橋常見病害及原因

根據(jù)其常見病害情況發(fā)生的位置可分為T 梁、腹板、橫隔梁、支座，其具體病害及成因如下[4]。

（1）梁端斜向開裂、翼板縱向開裂，都可能是在設(shè)計中存在缺陷或者在后期養(yǎng)護、對超限車輛管理不當(dāng)中導(dǎo)致腹板承受了過大的剪力。而靠近支座處的梁端抗剪能力不足，最終出現(xiàn)梁端斜向開裂的情況[5]。

（2）梁端劣化，多發(fā)生于橋臺側(cè)，原因是伸縮縫年久失修，導(dǎo)致雨水等侵入伸縮縫，水流對混凝土的腐蝕造成的或因施工缺陷造成的。

（3）連接的鋼板脫焊、斷裂和橫隔梁的開裂，一種原因是施工中操作不當(dāng)導(dǎo)致橫隔梁安裝不到位導(dǎo)致位置存在偏差，加上梁橫向聯(lián)系較弱，橫隔梁易形成開裂。另一種原因是后期管理養(yǎng)護不當(dāng)造成的。

（4）支座脫空，多發(fā)生在結(jié)構(gòu)為先簡支后連續(xù)的橋梁中，因為橋梁縱坡較大，而T梁自己未設(shè)置鋼板加以調(diào)劑來使支座均衡受力，或施工中相鄰的支座安置粗拙，無法使它們一起受力，因而支座便發(fā)生脫空現(xiàn)象。由此可見支座脫空是由于施工不當(dāng)引起的橋梁病害是可以合理避免的。

（5）連續(xù)梁端支座上常見支座剪切變形過大等病害，因為對橋梁后期的管養(yǎng)不當(dāng)，梁端支座處產(chǎn)生較大的剪切變形和沖擊荷載的影響，極易導(dǎo)致梁支座處出現(xiàn)混凝土鼓包和開裂。

（6）部分T型梁存在梁端頂死而導(dǎo)致的混凝土壓裂和剝落的情況，可能是梁預(yù)制時長度超出設(shè)計長度或安裝錯位。

（7）T 梁橋面縱向開裂，很多是橫隔板拼接處下翼緣板鋼板焊接出現(xiàn)了脫焊，導(dǎo)致了梁不能完全成為一個整體，橫向各部位活動性大產(chǎn)生錯動裂縫。

3 T梁橋病害的加固方法

現(xiàn)如今橋梁結(jié)構(gòu)的管理、養(yǎng)護和加固已經(jīng)逐漸成為結(jié)構(gòu)工程關(guān)注的一個焦點。T梁橋大多使用裝配式拼裝結(jié)構(gòu)，經(jīng)過各個預(yù)制部件的拼接形成結(jié)構(gòu)整體，因此T梁橋常采用的加固方法如下所示。

（1）粘貼加固法。此方法主要解決橋梁的受拉問題，提高結(jié)構(gòu)整體性，從而使橋梁的承載力和耐久性增強。粘貼鋼板法對老石拱橋進行加固的計算過程和施工工藝，說明了粘貼鋼板法在加固中的適用性和有效性[6]。

圖1 粘貼加固法

此加固法可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)不同部位的加固修復(fù)，通過實際工程纖維材料加固施工案例，采用碳纖維布加固法施工簡便、快捷，加固效果好[7]。這種加固方法所具有的特點有是對原有結(jié)構(gòu)不會完成損傷；施工質(zhì)量容易控制；經(jīng)濟高效且工期短；存在的問題是倘若粘結(jié)劑存在問題，此法將失效。

（2）預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固法。碳纖維材料的強度高，彈性模量高，密度低，線膨脹系數(shù)小。可以在極大地提高構(gòu)件的延性和承載力的同時，幾乎不增加自重。通常在T梁腹板的底部和雙側(cè)粘貼碳纖維布，對碳纖維布進行張拉施加預(yù)應(yīng)力，可以充分發(fā)揮材料的高強特性，改善結(jié)構(gòu)使用階段的受力性能，解決碳纖維布加固應(yīng)力遲滯的問題[8]。李世宏等[9]對預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固的混凝土梁，普通方法粘貼碳纖維布加固的梁及未加固梁進行對比試驗并分析。試驗表明，用預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固梁，充分利用了碳纖維布強度，改善了梁的結(jié)構(gòu)性能，加固效果顯著提高。萬秋實等[10]采用預(yù)應(yīng)力CFRP 加固混凝土梁能夠減小撓度，增強剛度，提高屈服荷載。研究表明，使用預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土梁能夠有效提高工作性能，施加預(yù)應(yīng)力越大，效果越明顯。

圖2 預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固法

（3）增大截面加固法。常在T梁的馬蹄位置增大截面，并在增大的馬蹄位置植入縱向鋼筋[11]。例如，紫坭大橋引橋病害較嚴(yán)重，T梁裂縫較多。為達到修舊如新的目的，姜海波等[12]對紫坭大橋引橋3 種加固方案進行比選，對加固T梁的抗彎，抗剪承載力進行了分析計算，結(jié)果證明承載力有較大程度的提高。陳正旵[13]細(xì)闡述了其方案的工藝流程及施工要點，并對橋墩結(jié)構(gòu)檢測、加固方法的選擇進行了探討。結(jié)果表明，采用該方法對橋墩進行加固后，提升了橋梁的剛度、穩(wěn)定性及整體受力性能。

此種方法可以提高構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性，且可以有效縮小裂縫寬度。其所適用的橋梁部位有梁橋、墩臺、鋼架橋和橋基礎(chǔ)等。但增大截面加固方法會增大結(jié)構(gòu)的自重，對整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的重力效應(yīng)。并且應(yīng)力滯后的存在導(dǎo)致新加部分的承載力折減，降低結(jié)構(gòu)耐久性。因此須在滿足某些規(guī)定條件下才可使用。

圖3 增大截面加固法

（4）體外預(yù)應(yīng)力加固法。通過體外預(yù)應(yīng)力張拉使橋梁成為一個自平衡體系，從而抵消結(jié)構(gòu)在自重和汽車荷載下產(chǎn)生的撓度和應(yīng)力[14]。目前，隨著我國交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，公路路橋出現(xiàn)嚴(yán)重破損，承栽能力下降?，F(xiàn)有實踐證明，采用體外預(yù)應(yīng)力可大大提高公路路橋的承載能力，具有應(yīng)用和推廣價值，為我國橋梁工程的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐，加快了交通運輸業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為現(xiàn)代化社會的經(jīng)濟建設(shè)做出了貢獻[15]。

運用此加固方法的優(yōu)點有：①在結(jié)構(gòu)處在自重不大或者外荷載對其自重影響不大時，此方法可以對原結(jié)構(gòu)的受力狀況進行調(diào)整和改善，從而提升其剛度和抗裂性；②經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)自重小，對墩臺或者基礎(chǔ)傳遞的荷載就小，其對墩臺進行加固所耗資金少；③加固時間不占用通車運營時間，提升社會效益；④對預(yù)應(yīng)力的處理可隨意，即可保留其預(yù)應(yīng)力也可將其釋放。所以，對于重車通行的臨時加固很方便，同時也可以實現(xiàn)對橋梁永久加固以提高其承載能力。體外預(yù)應(yīng)力加固法適用于梁、板、柱和桁架部位的缺陷，提高部位的承載能力。

圖4 體外預(yù)應(yīng)力加固法

（5）預(yù)應(yīng)力鋼絲-聚合物砂漿加固法。此加固法是體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固法與MPC 復(fù)合材料加固法的完美結(jié)合，其工藝流程為在T梁的底部穿加預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，梁底澆筑MPC 高韌性聚合物混凝土，養(yǎng)生后同樣采用MPC 高韌性聚合物混凝土澆筑錨頭[16]。依托方正縣中興橋，使用預(yù)應(yīng)力鋼絲－聚合物砂漿加固法對其進行加固，經(jīng)荷載試驗結(jié)果表明該加固法可以有效提高T梁橋的抗彎承載能力，顯著降低結(jié)構(gòu)撓度[17]。

圖5 預(yù)應(yīng)力鋼絲－聚合物砂漿加固法

（6）鋼-UHPFRC 組合加固法。此加固法是在T梁的馬蹄處和腹板位置采用混凝土和鋼板加固。王春生等[17]鋼-UHP?FRC 組合加固足尺混凝土T梁抗彎承載性能試驗鋼-UUHP?FRC 組合加固法利用了超高性能纖維混凝土（UHPFRC），研究表明該混凝土的抗壓強度約150MPa～200MPa，抗拉強度約7MPa～11MPa。

（7）鋼箱加固法。賈斌[18]以蘭州市東崗立交橋引橋為工程背景，分析該橋的主要病害及形成機理，通過該橋鋼箱法加固前后的靜、動載試驗結(jié)果的對比分析，對鋼箱加固法的加固效果進行評價。實踐證明，鋼箱加固法不僅能有效提高鋼筋混凝土梁的抗彎和抗剪承載力，增大加固梁的剛度，還能有效改善梁的受力性能，降低加固梁的跨中撓度。該加固法具有良好的加固效果，可以推廣應(yīng)用于類似橋梁的加固工程中。

（8）T轉(zhuǎn)箱加固法。通過改變截面抗彎慣性矩的方式加固T梁橋，對相鄰兩片T梁增加鋼筋混凝土底板形成箱型截面。楊菲以一座設(shè)計荷載偏低、病害嚴(yán)重的鋼筋混凝土T梁橋的加固改造工程為例，介紹截面轉(zhuǎn)換T轉(zhuǎn)箱加固T梁的基本原理和設(shè)計施工方法，結(jié)合有限元軟件計算分析采用截面轉(zhuǎn)換T轉(zhuǎn)箱加固前后橋梁承載能力、應(yīng)力及撓度的改善程度，結(jié)果表明，經(jīng)過截面轉(zhuǎn)換加固后，該橋承載能力增強，受力狀況及變形得到改善[19]。

（9）T梁橋的體系轉(zhuǎn)化法。通常將簡支梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，常常用于多跨簡支梁抗彎承載能力不足的情況，具體方法為設(shè)置中間墩，同時在中間墩置的T梁截面增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束，用于抵抗中間墩截面的負(fù)彎矩[20]。張基巖全面闡述北三家橋加固維修的各施工環(huán)節(jié)。選取橋梁的第一、二兩孔作為檢測對象，分別做了靜載試驗和動載試驗。靜載試驗應(yīng)力和撓度校驗系數(shù)滿足《公路舊橋承載能力鑒定方法》（試行）的要求；動荷載試驗表明該橋第一、二兩孔的固有頻率、阻尼比均在正常范圍，對此類橋梁采用的加固方法是合理且行之有效的[21]。

3 結(jié)語

本文以T梁橋為研究對象，對國內(nèi)外現(xiàn)有的7種T梁橋病害進行分析并參考大量文獻匯總了9 種在橋梁加固中可以使用的加固方法。

在加固前應(yīng)該明確缺陷產(chǎn)生的原因，然后對針對橋梁不同的病害位置，不同的承載能力，結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用程序的要求明確具體的加固方法。粘貼加固法可以應(yīng)用于由于受拉而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不同部位損害的加固修復(fù)。碳纖維加固可用于混凝土梁的正截面抗彎和斜截面抗剪加固，以及柱子的抗壓承載力不足的加固，增加抗震延性的加固以及地震破壞后的修復(fù)補強等。增大截面法其所適用的橋梁部位有梁橋、墩臺、鋼架橋和橋基礎(chǔ)等。預(yù)應(yīng)力鋼絲－聚合物砂漿加固法使用于由于受彎、受壓及受拉而造成的缺陷。

T梁橋的體系轉(zhuǎn)化法常常用于多跨簡支梁抗彎承載能力不足的情況。鋼箱加固法作為一種新型加固方法適用于拱式橋梁主要構(gòu)件發(fā)生缺陷的加固。T轉(zhuǎn)箱截面轉(zhuǎn)換加固法更加適用于在我國建造的老舊T梁橋的缺陷中應(yīng)用。綜上所述，希望可以為其他學(xué)者后續(xù)對T 梁橋的研究提供方便且有依據(jù)的理論參考。