T形刚构桥

形同T字且主要承重结构采用钢构的桥梁

T形刚构桥 ( T-shaped rigid frame bridge）是刚构桥的一种类型。是一种具有悬臂受力特点的梁式桥，从墩上伸出悬臂，跨中用剪力铰或简支挂梁组合而成，因墩上在两侧伸出悬臂，形同T字，故称此名。在预应力混凝土结构中采用悬臂施工方法可做成比钢筋混凝土结构中长得多的悬臂结构。

结构特点

T形刚构因墩顶左右同时向外侧伸出的悬臂结构好像一个“T”的符号，被冠以其名。T形刚构桥最早采用的是钢筋混凝土结构，其截面高度沿桥跨方向一般是变化的，墩顶截面处的负弯矩值最大，此处的梁高也是最高的。由于墩顶位置处较大负弯矩的存在，一般会产生裂缝，其跨越能力受到了制约。

预应力混凝土T形刚构桥梁主要可以分为在跨中设置剪力铰和带挂梁两种形式。

跨中设置剪力铰的T形刚构桥，是 1950 年最先在国外出现的形式，其上部T构的悬臂部分是通过跨中设置的剪力铰连接在一起，剪力铰部分只能传递竖向剪力不能传递主梁的弯矩和纵向水平力。当有竖向力作用在一个T构单元上时，剪力铰会使邻近的部分也受到该力的作用，其存在对于改善结构的整体受力和限制T构悬臂的下挠来看，效果是显而易见的。

跨中带挂梁的T形刚构桥是静定结构体系，与设置了剪力铰的形式相比，所有T构部分都是单独受力，其在变形和承受外力等方面要稍逊一筹，但其在荷载作用下受力相对明确，不受各种因素影响。带挂梁的形式因在跨内同时存在着正弯矩和负弯矩，它们的面积总和比跨中设置了剪力铰形式要小很多，并且用牛腿取代了构造更加复杂的剪力铰。跨中带挂梁的T形刚构桥的最主要弊病是桥面上伸缩缝数量的增加，严重制约了高速行车的顺畅性，而且在施工中除了要有悬臂施工的配套机具设备外，还需要增加挂梁的预制、安装及其所需的所有机具设备等，另外挂梁的部分严格制约了 T 构悬出部分横截面形式的选择范围。

存在问题

T 形刚构桥出现了一些影响桥梁正常使用的病害和问题，主要表现在以下几个方面：

⑴ 桥面伸缩缝较多，行车不平顺，且伸缩缝大多设置在挠度最大的T构主梁悬臂端部，在车辆行驶过程中很容易损害、破损，甚至失效。

⑵ 采用悬臂拼装法进行施工的T形刚构桥，施工节段之间存在施工缝。桥面铺装如有破损、坑洼，将导致雨水通过桥面由施工缝进入到梁体中，严重影响桥梁的耐久性和承载能力。

⑶ T形刚构桥经过多年的通车使用，T 构主梁悬臂端部下挠过大，在桥面伸缩缝处形成折角，造成通行车辆行车不平顺，纵桥向线形与原设计值相差甚大，影响了桥梁的正常使用和安全。从前人的研究成果来看，导致T构悬臂端过度下挠的原因有很多，早些年对悬臂施工技术不了解，施工质量不过关；设计建造时对混凝土的收缩、徐变等问题理解不够透彻，未全面考虑两者对结构造成的作用效应；设计时没有充分考虑或没有计算预拱度的问题，或者设置的预拱度太小；梁体承载力不足，梁体顶板出现裂缝，导致实桥整体刚度下降，加剧了悬臂端的下挠。

⑷ 众多的T形刚构桥主梁存在大量的裂缝，这些裂缝从位置来看，主要有顶板纵向通长裂缝、顶板横向裂缝、腹板斜裂缝、横隔板竖向裂缝等。导致主梁出现裂缝的原因有很多，如预应力损失过大、承载力不足、长期超载等。裂缝导致结构的整体刚度降低，挠度变大，裂缝进一步扩展，导致刚度继续降低，结构在运营过程中振动幅度不断增大。

⑸ 主梁悬臂端牛腿处受力较为复杂，易产生应力集中现象，继而导致出现牛腿斜向裂缝、网状裂缝等。

病害原因分析

混凝土收缩徐变的影响

混凝土的收缩徐变对梁体应力影响较大。结构合龙以后，由于体系的转换，将产生次生应力，次生应力的大小与施工分阶段的浇筑时间有很大关系，若施工周期较长，混凝土的收缩徐变完成较多，则合龙后的次生应力较小，反之，则较大。

竖向预应力损失影响

在长期运营过程中，车辆荷载对桥面的不断冲击，会导致精轧螺纹钢筋锚头逐渐松动，竖向预应力因锚固变形而减少，使该桥的抗剪能力下降，主拉应力增大，箱梁两侧腹板出现了大量的斜剪裂缝。这使桥梁的整体刚度明显下降，所以随时问的推移，产生了较大的不可恢复的下凹变形。

剪力滞效应

考虑剪力滞效应的影响，支点处箱梁截面需折减15%，跨中处箱梁截面需折减2%，其余断面依次内插，因此作用于桥体的预应力储备值会降低。

使用荷载超限

公路交通流量明显增大，超载超速现象也越来越严重。据统计，某些载重车辆的吨位高达80 t，已远远超过汽车一20级的重车吨位。由于该桥长期处于繁忙的超负荷运营状态，加剧了变形和裂缝的发展。

加固方法

旧桥加固技术分为结构性加固技术和非结构性加固技术。适用于预应力混凝土T形刚构桥的加固技术一般有增大截面加固法、粘贴钢板加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法、粘贴纤维复合材料加固法等；非结构性加固如修补裂缝、修补混凝土破损等方式，大部分措施是结构性加固技术的辅助和完善措施。

⑴ 增大截面加固法：增大截面加固法根据截面增大的位置不同一般有两种形式，一种是在原混凝土构件

的受压区或薄弱部位浇筑一定厚度的混凝土来增加受压区混凝土的截面面积，继而有效的增大构件的承载能力和刚度；另一种方法是在原构件的受拉区浇筑一定厚度的混凝土并配置一定数量的钢筋来增加受拉区钢筋的截面面积，从而增大构件的抗弯、抗剪承载力和截面刚度等。

⑵ 粘贴钢板加固法：粘贴钢板加固技术，即使用特定的粘结剂或螺栓把钢板、钢筋等材料粘贴或锚固在原结构受拉部位或受力比较复杂的位置，使其与原结构构成一个整体，协同承受荷载的加固方法。同增大截面加固法一样，粘贴钢板加固技术也是一种被动的加固方式，新增的钢板不能承受原结构由于自重等产生的内力，只承受加固后的作用产生的结构内力。加固后，通车运营过程中，既有构件和粘贴的钢板共同承受荷载作用，提高了原结构的承载力和刚度。

⑶ 体外预应力加固法：体外预应力加固法是指通过在主梁梁体外或箱梁空洞内增加适量的体外预应力钢筋对梁体主动施加外力，以抵消部分因自重、二期等作用产生的内力，达到提高旧桥的承载力、刚度目的的加固方法。与以上两种加固方法不同，体外预应力加固法是一种有效的主动加固方法，它是对加固的原结构主梁主动施加预压力，实际上是对主梁控制截面进行卸载，从而达到改善结构受力性能的目的。

⑷ 改变结构体系加固法：改变结构体系加固技术简单来说，就是利用一定的加固方式使结构或构件的受力体

系发生变化，从而达到改善结构的受力性能，降低关键截面的峰值内力，增大结构承载力的加固方法。

⑸ 粘贴纤维复合材料加固法：粘贴纤维复合材料加固法是在材料发展的基础上产生的一种新的加固方法，与粘贴钢板加固方法的原理基本相同，但是具体操作方法有所不同。粘贴纤维复合材料加固技术是指用高粘结性的粘结剂将高强度的纤维复合材料粘贴于结构的表面，使混凝土与复合材料共同参与受力。

加固效果

⑴ 减缓T构主梁悬臂端进一步下挠的发展趋势，尽可能的恢复桥面纵向线形，改善桥面行车条件，增强行车的平顺度和舒适度，使桥梁满足正常使用的要求。

⑵ 提高桥梁结构的承载能力，增大主墩墩顶等控制截面处主梁的压应力储备，补充因各种原因引起的预应力钢筋的预应力损失。

⑶ 通过一定的加固措施尽可能的改善主梁腹板的受力性能，抑制腹板斜裂缝的进一步发展，提高结构的抗剪承载力。

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