减小梁高同时不增加自重的换梁方法

周宏达

（唐山市交通运输局，河北 唐山063000）

在对既有桥梁进行换梁维修时，由于使用功能要求的提高，往往要增加桥梁上部结构的自重，这样在不知道旧桥下部结构构造的情况下，桥梁的安全性就无法准确把握。

八里台立交桥始建于1985 年，位于中环线与卫津路交口处，是天津市中环线上重要的交通枢纽之一。该桥分为东西向主桥和南北向主桥，另有4 座匝道相接。八里台立交桥东西方向全长847.62m，南北长495.984m，车行道全宽17m。设计荷载为汽-20 级，挂车-100。该桥第3 层跨卫津路段普通钢筋混凝土T 梁曾多次遭超高车辆刮蹭，导致多片T梁受损严重。经检测，该桥的整体技术状况评定为D级，这意味着承载能力降低了25%以上，需要对桥梁进行大修[1]。

由于该桥第3层跨卫津路段主梁损坏严重，要达到4.5m 的桥下净高标准（维修以前为4m），需要对该段主梁进行更换，以满足安全运营及桥下净高的要求。经过天津市市政府决定，采用更换预应力T梁方案。

要更换的T梁段主梁的跨径为20m，为普通钢筋混凝土结构，梁高为130cm，边梁腹板厚20cm，外侧翼缘板端部厚8cm，根部厚18cm，内侧翼缘板端部厚6cm，根部厚8cm；中梁腹板厚20cm，翼缘板端部厚6cm，根部厚8cm，该段横桥向共有10 片梁，每2 片梁之间用干接头相连，具体尺寸如图1所示。

1 技术难题

1.1 将换梁段的桥下净高由4m提升至4.5m

鉴于该处第3层跨卫津路段多次发生撞击主梁的事故，提高桥下净高、避免主梁受到超高车辆的撞击是非常必要的。维修前该段桥梁的桥下净高为4.43m，要将桥下净高提高到4.5m，就要将梁高减少10cm 左右，这样的话再达到原来主梁的强度及刚度就比较困难[2]。

图1 原有主梁断面图（单位：cm）

1.2 不增加上部结构的自重

该桥在设计时盖梁的安全储备不大，这就要求在进行更换T 梁的设计时不增加上部结构的自重，以免由于盖梁的安全储备不足而发生破坏[3]。更换后主梁的高度要减少10cm 左右，用普通钢筋混凝土T梁不能满足设计要求，必须采用预应力T梁[4]，但原T 梁腹板的尺寸不满足预应力钢束锚固端的局部承压要求，因此需要对预应力T梁的尺寸进行优化，使预应力T梁的强度及刚度满足要求。

2 方案比选

2.1 方案一

方案一：梁高减小到120cm，中间部分腹板厚及翼缘板保持原有主梁的尺寸，对主梁的两端进行加厚以满足预应力钢束的锚固要求，维修跨上部由10片主梁组成。

方案一中主梁的片数不变，仍为10片，经过对T梁尺寸的优化，最后确定的主梁的尺寸如图2所示。

图2 方案一主梁尺寸（单位：cm）

原有主梁的梁高为130cm，方案一中主梁的尺寸变为120cm，梁高减少了10cm，净空满足要求。经过计算，强度和刚度也满足要求。虽然方案一在主梁的两端进行了加宽，但是由此增加的重量与减少的10cm 的梁高部分的混凝土相抵消，相比原有主梁，上部结构的自重没有增加。

2.2 方案二

方案二：为了满足预应力钢束的布置要求，对主梁的下部进行加宽，做成马蹄的形状，为了减少上部结构的自重，将翼缘板进行加宽，减少上部结构主梁的数量。

方案二中主梁为8片。这样虽然每一片梁的重量增加了，但是总重量基本上没有变化，同时强度和刚度也能满足要求。

经过对主梁尺寸的优化，确定的主梁的尺寸如图3所示。

图3 方案二主梁尺寸（单位：cm）

2.3 方案比选

方案一和方案二都能满足不增加桥梁上部结构自重和提升桥梁净高的要求。但是方案二每片主梁的悬臂较大，悬臂端受到车辆冲击荷载的作用，比较容易产生裂缝。另外，方案二要对盖梁上的抗震挡块进行较大的改动，工程量较大，工期受到限制。综合各个方面的因素，选取方案一对八里台立交桥进行改造。

3 方案一设计

3.1 设计原则

方案一的设计原则如下：

（1）维持原桥梁设计荷载等级；

（2）确保桥梁结构安全、可靠；

（3）提高桥梁的耐久性，延长桥梁使用寿命；

（4）改善桥梁使用功能；

（5）保持桥面原有高程，满足净空大于4.5m的标准。

3.2 预应力钢束配置

桥梁原有主梁为普通钢筋混凝土结构，现在梁高要减少10cm，方案一中主梁采用预应力钢筋混凝土结构，以提高主梁的强度和刚度[5]。经过计算，需要在主梁底部设4 束钢绞线，4 束钢绞线从上到下布置成1 列，边梁钢束均为6ΦS15.2；中跨上面两束为4ΦS15.2，下面两束为5ΦS15.2。

3.3 建立模型

采用Midas软件建立全桥模型，如图4所示。

图4 Midas全桥模型

3.4 计算结果

经过计算，改造后的八里台立交桥主梁最大压应力为14.4MPa，最大拉应力为1.5MPa，最大位移为2.8cm，满足规范要求。经过维修后，八里台立交桥运营良好，这也证明了该方案的可靠性。

4 结论

在对既有桥梁进行提升净高的改造时，有两种方法：第一种是保持原有主梁的片数，仅仅减小梁高，尽量不改变原有主梁的尺寸；第二种是增大主梁截面，为了不增加桥梁上部结构的自重，减少主梁的片数。以上两种方法都能达到提升桥梁净高的同时不增加桥梁上部自重的目的，但是对既有桥梁的改造要充分考虑到桥梁现有条件的约束，因此在选取方案时应尽可能选取对桥梁现有状况影响较小的第一种方案。在第一种方案不适用的情况下，第二种方案作为建议方案。

[1] 叶吉军.桥梁加固技术的研究与应用[D].上海：同济大学，2007.

[2] 唐永利. 浅谈旧桥结构检算与加固设计[J]. 民营科技，2013（3）：323-324.

[3] 贾历波.中小跨径预应力混凝土整体箱梁桥主动加固方法分析[D].西安：长安大学，2012.

[4] 王世君.公路旧桥加固的方法与养护[J].黑龙江交通科技，2012（7）：114-115.

[5] 李玲军. 公路工程桥梁加固技术研究[J]. 交通世界，2012（1）：148-149.