隨著我國軌道交通的高速發(fā)展，橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，但目前設(shè)計(jì)人員主要關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)和施工方法及工藝，而已建橋梁的檢測和加固維修卻成為橋梁工程界的薄弱環(huán)結(jié)。隨著時(shí)間的推移、重載列車的開行及列車速度的提升，我國在上世紀(jì)修建的部分橋梁的承載力、剛度不足的問題日益嚴(yán)重，對列車行車安全造成威脅。然而廢除這些橋梁重建新橋，不但要耗費(fèi)大量的資金，而且會(huì)阻斷交通。而對舊橋加固，不但比新建橋梁節(jié)省60%以上的資金，而且選取合適的加固方法還能保證正常交通。因此，對已有病害橋梁提出行之有效的加固方法，在我國鐵路建設(shè)發(fā)展中具有重要的意義。本文以T型簡支梁橋?yàn)槔?，采用MIDAS／CIVH 有限元軟件計(jì)算橋梁加固前后在中活載作用下的豎向位移和橫向位移，檢驗(yàn)加固效果。
本文選取京廣線上某單線特大橋的3孔32．6m簡支梁做為計(jì)算工點(diǎn)。主梁采用兩片32m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁并置而成，橋墩為鋼筋混凝土圓形橋墩，橋墩直徑1．7 m，基礎(chǔ)采用4根1．0 m鉆孔樁。加固前橋梁結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
1、加固措施
1．1 橋梁存在的問題
T梁之間有橫向聯(lián)結(jié)時(shí)，橫向聯(lián)結(jié)的主要作用是保證各片主梁能連接成整體，共同參與受力，還要承受橫向水平力及偏載等作用。T梁之間的橫向聯(lián)結(jié)越強(qiáng)，每片梁承受的荷載就越均勻。如果T梁之間無橫向聯(lián)結(jié)或是橫向聯(lián)結(jié)較弱，組合T梁中的每片梁的受力會(huì)近乎于單梁。加固前，橋梁僅在跨中采用一道橫隔板將兩片T梁聯(lián)成一體，這種結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系較弱，當(dāng)車速提升時(shí)，橋梁跨中橫向振幅常有超限的情況。
1．2 橋梁加固方法
本文采用加強(qiáng)橫向聯(lián)系以及加大橋墩截面尺寸的措施來加固該橋。對3孔32．6 mT梁橋的加固方案為偏離支座中心線每4 m增設(shè)l道橫隔板，每跨共增設(shè)6道橫隔板，加固示意圖如圖2所示。并且將橋墩的縱向尺寸加寬到1．9 m，橫向尺寸加寬到3．7 m，橋墩加固示意圖如3所示。
2、橋梁空間有限元模型的理論分析
2．1 建立模型
針對本橋T梁情況，由于其容易發(fā)生畸變與翹曲，箱梁畸變計(jì)算方法不適于T梁的畸變分析。跨寬比很小的組合型T梁屬于深梁，用一般空間梁段單元法分析不合適。鑒于此，本文建模使用的是梁殼組合單元法分析。
橋梁的位移模式采用梁殼組合模型對全橋進(jìn)行離散，為降低結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)，引入截面的剛周邊假定，考慮截面的翹曲變形，凝聚以后的每片T形粱模型的自由度分別為：梁體上緣橫向位移
、梁體下緣橫向位移
、梁體豎向位移
梁體上緣縱向位移
梁體下緣縱向位移
、梁體上端繞豎直軸緣縱向位移Y軸的轉(zhuǎn)角位移
梁體下端繞豎直軸Y軸的轉(zhuǎn)角位移
。節(jié)點(diǎn)4剛接于節(jié)點(diǎn)2，節(jié)點(diǎn)5剛接于節(jié)點(diǎn)6。用同樣的方法可求得節(jié)點(diǎn)7～ 節(jié)點(diǎn)12的約束方程。對于橫隔板，采用板單元建模，邊界節(jié)點(diǎn)分別與節(jié)點(diǎn)4，5，i0，11，3，7剛接。單T形和雙T形梁的分析模型分別見圖4及圖5。
兩片T梁的分析模型如圖6所示。建立此模型的思想如下：將T梁離散為n個(gè)梁殼組合單元；頂腹板采用殼單元模擬，底板采用梁單元模擬，墩采用空間梁元建模。
本文采用上述理論，以MIDAS／CIVIL建立加固前后的單梁和墩梁體系單跨的有限元模型。墩底固結(jié)為輸入墩底6個(gè)方向的剛度的方式建模。本文共分析了單梁及墩梁體系加固前后共4種工況。由于篇幅所限，本文只列出加固前后墩梁體系有限元模型示意圖，見圖7、圖8。
2．2 加固前后橋梁剛度對比分析
?。?）加固前后豎向剛度對比分析。列車運(yùn)行時(shí)，巨大的沖擊作用要求橋梁必須具備足夠的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性，以保證列車安全、平穩(wěn)通行?！惰F路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》 規(guī)定，簡支梁由于列車豎向靜活載所引起的豎向撓度不應(yīng)超過橋梁計(jì)算跨度的1／800。本文分別進(jìn)行了單梁和墩梁體系的加固前后的豎向撓度對比，橋梁靜活載采用中活載。通過對兩種體系加固前后的模型加載計(jì)算，求出其豎向的最大位移，以對其豎向剛度進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果如表1所列
?。?）加固前后橫向剛度對比分析。由于列車過橋時(shí)列車輪對的蛇形運(yùn)動(dòng)以及軌道不平順、車輛輪緣錐度、機(jī)車車輛質(zhì)量和災(zāi)禍的不對稱等等，使橋梁產(chǎn)生橫向振動(dòng)?！稑蛞?guī)》 規(guī)定，在列車搖擺力、離心力和風(fēng)力的作用下，梁體的水平撓度應(yīng)小于或等于梁體計(jì)算跨度的1／4 000。
本文對32 m簡支梁分別進(jìn)行單梁和墩梁體系的對比分析。計(jì)算荷載為列車橫向搖擺力100kN，水平風(fēng)力取1．5 kPa，采用線荷載的形式作用在橋梁腹板平面上。計(jì)算結(jié)果如表2所列。
3、結(jié)論
通過建立32 m 簡支梁加固前后的有限元模型進(jìn)行理論計(jì)算。從計(jì)算得到的兩種體系加固前后的在中活載作用下的位移變化可得如下
?。?）加固前，單梁和墩梁體系的豎向和橫向剛度雖然均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，橋梁的豎向剛度有很大的富余，但墩梁體系的橫向剛度已經(jīng)很接近限值，這是非常不安全的。雖然滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但可能不滿足檢定規(guī)范要求，橋梁加固前現(xiàn)場檢測結(jié)果也表明列車通過時(shí)部分橋梁動(dòng)力響應(yīng)值超標(biāo)。
（2）加固后，兩種體系的豎向剛度變化不是很明顯，而橫向剛度卻有顯著的提高。說明增加橫向連接系的方法能有效地提升組合式T形梁橋的橫向剛度。
